Число, время, свет

4.11.03

(хр.00:48:17)

Участник:

Кассандров Владимир Всеволодович – кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: Как «недоделанный» гуманитарий, я привык считать, что «в Начале» все-таки «было Слово», вне зависимости от того, как это понимать. Вы же утверждаете нечто противоположное, но интригующее, даже шокирующее: «в Начале», в основе всего, – Число, и только число.

Владимир Кассандров: Вы знаете, в наш век компьютерных информационных технологий, цифровой записи и т.п., наверное, очень просто себе представить, что, по сути дела, Слово, Число, Код, Алгоритм, последовательность символов – это практически синонимы. И поэтому как раз путь к реальному миру через число, возвращение к Пифагору, уже на современном уровне развития и математики, и естественнонаучных представлений – это как раз, если уж говорить по большому счету, то, что в Библии, наверное, и имелось в виду, по крайней мере, так, как мы ее понимаем сейчас.

Я хочу рассказать сегодня об уже давно развиваемом мной с учениками так называемом «алгебродинамическом» подходе к теории поля. Хочу рассказать немножко об его философских посылках, о математике, лежащей в основе этого подхода, и перейти к описанию той физической картины Мира, к которой этот подход приводит. Причем картина получается достаточно интересная и необычная, и эта необычность меня лично привлекает тем, что она не выдумана из каких-то эстетических предпочтений или полученных из каких-то естественнонаучных результатов, а она как бы прочитана в той структуре, с которой этот подход начался. И настолько, насколько это точно и полно прочитано, настолько она и может считаться достоверной. Соответствует ли эта структура и эта картина нашему миру или какому-то виртуальному миру – это вопрос, конечно, неразрешимый сейчас. Но сама возможность построения из какой-то изначальной, очень просто записанной, компактной и имеющей глубокие математические основания структуры, построения из этой структуры без всяких дополнительных посылок какого-то сложного мира, где есть понятия времени (давайте скажем осторожно – предвремени), пространства (или предпространства), частиц, полей, взаимодействий – все это очень привлекает.

А.Г. Простите, я сейчас попробую задать вопрос на понимание. Вы не ставите себе целью изучение реального мира. Вы ставите себе целью, основываясь на принципах, которые вам кажутся верными, используя математику как основу основ, создать некий мир, который может совпадать с существующим, а может и не совпадать.

В.К. Да, с концом вашей фразы я согласен. Но с началом – не совсем. Я как раз с этого и хочу начать – с философских посылок. Хотя на самом деле, исторически всегда физики приходят к философии уже на «выходе», а начинают с каких-то интуитивных, внутренних, неосознанных побуждений. Но потом все меняется местами. И чтобы донести новые вещи, лучше, конечно, начать с философии.

Давайте поговорим немножко о ситуации в теоретической физике, о той, как нас учили и продолжают учить в университете. Со времен Ньютона и Галилея «богом» физика является эксперимент: проверка экспериментом, предсказание каких-то новых эффектов, которые можно опять-таки обнаружить на эксперименте и так далее. Именно благодаря такой прогрессивной для того времени философии мы и имеем то, что мы сейчас имеем. То есть возможность использования очень сложных закономерностей, существующих в природе, и использование их на высоком технологическом уровне, с каким-то пониманием того, как надо сделать, чтобы построить какую-то машину или получить какой-то эффект.

Но так было не всегда. Если мы вернемся к временам Древней Греции, во времена средневековых ученых и даже во время не так давно живших великих ученых, например Гамильтона, Дирака, Эйнштейна, то обнаружим, что им совершенно не были свойственны такие взгляды, как это ни странно сейчас. Более того. Есть, в частности, прекрасная книжка М.Ю. Симакова «Пифагорейская Программа». Когда я ее прочитал, то с удивлением подумал, что та философия, к которой я пришел в конце концов, была совершенно естественна для ученых и мыслителей предшествующих поколений.

Действительно: они не пытались начать с эксперимента и закончить экспериментом, они пытались понять какой-то Принцип, в котором заключалось бы устройство природы, ее эволюция, структура. Принцип этот, он не был физическим: скажем, постоянство скорости света или принцип эквивалентности или еще что-то. Он имел дело с какими-то совершенными телами Платона, с идеальными орбитами и с гармонией сфер у Кеплера, с исключительными алгебрами у Гамильтона и так далее. И они верили, что только на этом пути можно по-настоящему понять, а не описать, с какой-то прагматической целью, устройство нашего мира. Потом все изменилось. И для того времени, еще раз повторюсь, это было, наверное, очень хорошо и дало толчок развитию европейской науки. Но как и все изменения, в настоящее время они потихонечку исчерпывают себя. И на новом витке, наверное, мы неизбежно будем возвращаться к воззрениям древних.

К воззрениям древних, прежде всего, в том, что в основе Мироздания, в том, как наш Мир «задумывался», если он задумывался Творцом, в том, как он функционирует, – лежит некий логический или числовой принцип. Потому что другого языка, более общего и более достоверного, чем такие, совершенно абстрактные и первичные, разделы математики, мы просто не знаем.

Я позволю себе сейчас процитировать величайших физиков 20-го столетия. Эти цитаты малоизвестны и даже, более того: они в какой-то степени неудобны для большинства теоретиков, физиков современного поколения, они слишком непривычны. Но они показывают, что даже в 20-м веке большинство людей, которые открывали так называемые «законы природы», очень хорошо понимали ограниченность этих законов. Они допускали, что эти законы недостоверны. Не в том смысле, что эти законы плохо описывают окружающий мир, а в том смысле, что описание это не единственно, что может быть совершенно другой язык, совершенно не похожий на существующий ныне. Другие уравнения, другие области математики, которые гораздо адекватнее описывают мир. И, самое главное: они понимали, что путь к этому начинается и кончается не в эксперименте, а во внутренних свойствах исследуемых структур, таких, какими они созданы. И так же, как мир создан и объективно существует, так и структуры. Эрмит говорил, что функции, числа подобны «зверям в зоопарке». То есть мы на них можем только смотреть, любоваться ими, их совершенством. Но ни в коем случае не выдумывать их «из головы»: они уже есть.

Я начну с цитаты Эйнштейна, даже две цитаты приведу. Первая как раз о том, с чего я начал. Эйнштейн писал: «Может ли человеческий разум без всякого опыта, путем только одного размышления понять свойства реальных вещей?» (при этом имеется в виду, конечно, что он с большой вероятностью допускал положительный ответ на этот вопрос). И в письме Борну он, в общем-то, положил начало той новой физике, которую я пытаюсь развивать в меру сил. «Мы хотим, – писал он, – не только знать, как устроена природа (и как происходят природные явления), но и по возможности узнать, почему природа является именно такой, а не другой».

Ведь понимаете, вот мы говорим об уравнениях Максвелла, об уравнениях Эйнштейна и т.п. Мы уверены, что это истины, раз и навсегда открытые и оправдавшие себя, потому что на них работают электрические машины и прочее, на них держится вообще вся цивилизация. Но на самом-то деле ведь нет никакой гарантии, что они даже в каком-то приближении останутся в будущей теории. Нет никакой гарантии, что ту же совокупность явлений, которые мы наблюдаем, нельзя описать на языке, гораздо более адекватном природе, на внутреннем языке Природы, который нельзя выдумать, а можно только прочитать.

А.Г. То есть вам кажется, что уже открытые законы, существующие закономерности, верны, но не достаточно верны, чтобы выполнить главную задачу…

В.К. Более того, ведь нет вообще никакой гарантии, что они верны. Есть только уверенность, что они хорошо описывают, достаточно хорошо описывают определенную совокупность явлений. И с этим, кстати, согласится и большинство физиков. Но разница идет дальше. Большинство говорит так: ну хорошо, завтра мы откроем какие-то более совершенные уравнения, которые в пределе по какому-то параметру перейдут в предыдущие. Значит, они будут иметь более широкую область применения и т.д. А здесь речь идет о том, что, может быть, и этого никогда не случится; что, может быть, нам надо отказаться вообще от этого языка.

Я хотел этим закончить, но, раз уж речь зашла о таких вещах, то я скажу пару слов о следующем. На самом деле, многие думающие и активно работающие в науке люди приходят к убеждению, что язык, естественный для природы, должен быть изначально нелокальным. То есть он не должен иметь дело, скажем, с дифференциальными уравнениями, с изменением поля или какой-то субстанции от точки к точке. Почему? На мой взгляд, это очень просто.

Ведь, опять-таки, современная физика родилась из эксперимента; а какие были эксперименты: с тележками, с бросанием камней, потом с электромагнитными полями. Все это локальные эксперименты. Человек локален по своей природе, он ограничен во времени и в пространстве. И естественно, что наука, которая выросла из его практической деятельности и является абстракцией этой его деятельности, она неизбежно и является локальной, эта наука. Но какова гарантия, что Мир устроен на основе локального принципа? Ведь гораздо проще, чем выдумывать какие-то уравнения отдельные, какие-то поля, гораздо проще задать единый закон на всем многообразии, на всем пространстве-времени. И тогда естественным языком станут, например, функциональные уравнения, в общем, не связанные с бесконечно малыми изменениями поля. И топологические, конечно, вещи. Они сейчас действительно стали модными в физике, и они, вне сомнения, имеют право на существование, потому что они связаны именно с нелокальностью. Вот вам пример.

Я уже, наверное, к этому не вернусь, поэтому хочу обратить внимание на то, что некоторые «наметки» на нелокальность нашего мира сейчас просматриваются в эксперименте. А именно: есть эксперименты С.Э. Шноля, который обнаружил очень интересные корреляции пространственно удаленных и причинно не связанных событий. Я думаю, Александр, что, может быть, вы его приглашали…

А.Г. Он нам рассказывал об этом.

В.К. Да. Вот поэтому очень даже может быть, что скоро наука просто вынуждена будет искать и внедрять, причем независимо ни от какой философии, а просто с целью лучшего описания природы, совершенно новый язык. И оттуда, конечно, этот сегодняшний язык локальный, язык дифференциальных уравнений, должен следовать. В этом смысле принцип соответствия, конечно, сохранится. Но он и будет совершенно естественно следовать из нелокальной теории, потому что из отображений, например, очень легко получить дифференциалы отображений, и из уравнений функциональных тогда будут следовать, возможно, и обычные, привычные уравнения физики. Так что здесь путь совершенно понятен и естественен.

Но я сейчас поведу речь о другом. О том, что Принцип должен быть, принцип, скорее всего, общий, он должен «кодироваться» в абстрактных, исключительных математических структурах. Известно их не так много. Многие люди, даже просто из моих друзей и знакомых (я знаю таких людей, совершенно «нетривиальных»), думают и пытаются построить конструктивную физику, скажем, на основе свойств целых чисел. Или на основе алгебр логического типа, так называемых «булевых» алгебр.

В этой связи я не могу не процитировать еще одного великого физика, Дж.А. Уилера. В трехтомнике по гравитации этот «матерый», выдающийся ученый позволил себе включить параграф, где он пишет, например, следующее: «Какой-то принцип, единственно верный и единственно возможный, когда он станет нам известен, будет столь очевидным, что не останется сомнений: Вселенная устроена таким-то и таким-то образом и должна быть так устроена, а иначе и быть не может». И дальше, уже в связи с тем, о чем мы говорили: «Реальная предгеометрия реального физического мира тождественна исчислению высказываний». То есть из логики Уилер мечтал получить физику, со всей ее феноменологией, с описанием всего богатства физических взаимодействий, «зоопарка частиц» и так далее. Конечно, это мечта. Я не знаю до сих пор никаких работ, в которых было бы реальное продвижение в этом направлении. Пока это только очень далекая перспектива.

Но есть более близкие вещи. В математике существует несколько структур, их «по пальцам» можно перечесть, которые в принципе известны давно, но их богатство, глубина их внутренних свойств стала понятна совсем недавно и, в частности, в связи с появлением и усовершенствованием компьютеров. В первую очередь здесь можно упомянуть фракталы. У вас была передача прекрасная, я ее как раз смотрел, о фракталах, Малинецкий и Курдюмов, по-моему, выступали. Поэтому я позволю себе просто, не углубляясь, попросить показать рисунки, связанные с фракталами (0А,0В,0С).

Вот такие сложные миры получаются из удивительно «плотной» по информации начальной математической структуры. Квадратичное отображение, когда на «комплексной плоскости» следующее число равно предыдущему в квадрате плюс константа С, при разных С дает совершенно удивительные «миры». Не буду углубляться сейчас в то, как это получается. А вот знаменитые «кардиоды» Мандельброта, это уже множество значений самого параметра С с определенными свойствами. Опять-таки каждому числу соответствует свой «мир», и все эти миры как бы сведены в какую-то универсальную геометрическую и алгебраическую структуру. Причем, во многом вид этой универсальной структуры, множества Мандельброта, не зависит от самого отображения. То есть вы можете взять другое отображение и опять получить ту же самую структуру. Эти структуры «самоподобны». То есть если вы увеличите какой-то участок рисунка, вы там увидите как бы новый мир, но он будет во многом подобен миру на больших масштабах.

Физики, собственно говоря, здесь опять делятся на две части. Ортодоксальные физики просто игнорируют существование таких структур. Слишком многое надо менять, большинство не готово к этому. Люди более гибкие пытаются построить фундаментальную фрактальную физику. Не какие-то приложения, к кластерам звездным или к кристаллам, к береговой линии и так далее, а построить действительно фундаментальную фрактальную физику. Но опять-таки это только первые попытки, это опять-таки дело будущего.

Существуют и некоторые другие структуры, о которых я надеюсь сказать попозже. Теперь же перейду ближе к своим вещам, но перед этим упомяну еще замечательные структуры, открытые нашим российским физиком, Ю.И. Кулаковым из Новосибирска, учеником И.Е. Тамма. В свое время, уже достаточно давно, он предложил получать физические законы из так называемых систем отношений. И только из них! То есть вот это и есть вещи, очень близкие к тем, о чем мы говорили: к логике, к исчислению высказываний. И одна эта исходная посылка позволила ему написать очень красивое и «компактное» уравнение, которое приводит к совершенно нетривиальной математике и, с другой стороны, дает, например, обоснование простых линейных законов, которые мы имеем в общей физике. Например, закон Ньютона очень элегантно формулируется на языке «систем отношений», закон Ома и др.

Другой наш физик, Ю.С. Владимиров, подхватил эти идеи и попытался их реализовать на уровне элементарных частиц, построить на основе «систем отношений» фундаментальную физику. И продвижения здесь есть, очень большие продвижения. Недавно у него вышла монография «Метафизика». Он не побоялся даже использовать такое, совершенно незаслуженно «опошленное», если можно так сказать, слово; он имеет на это право. Там действительно очень большие продвижения.

И, наконец, я подхожу к тому, что же все-таки является основой алгебродинамического подхода: это исключительные алгебры. Давайте перейдем к ним, то есть к математическим основаниям моего подхода.

Что такое исключительная алгебра? Наверное, большинство учило комплексные числа: это пара чисел с законами сложения и вычитания обычными, покомпонентными, и с простым законом умножения, который, в общем-то, просто следует из того, что вы добавляете символ «корень из минус 1», так называемую «мнимую единицу» «I», квадрат которой равен минус единице. Красивейшая вещь. Они соответствуют определенной геометрии: геометрии плоскости. Все знают, что комплексное число можно изобразить на плоскости.

Оказывается, что их немного, таких законов. И если закон умножения комплексных чисел соответствует геометрии двумерного мира плоскости, то возникает вопрос: а может быть, какая-то числовая система такого же типа соответствует нашему трехмерному пространству. А если говорить о теории относительности, которую мы давно уже «приняли на вооружение», то и 4-мерному пространству, так называемому пространству Минковского.

Это старая идея. И реализовал ее, открыл алгебру трехмерного пространства великий физик Уильям Гамильтон. Известна даже дата, когда он это сделал. На мосту в Дублине через Королевский канал имеется табличка, где написано: «здесь 16 октября 1843 года Уильям Гамильтон открыл свою таблицу умножения кватернионов». Гамильтон, который предложил самую элегантную из известных трактовку классической механики, который много сделал в оптике, в частности предложил оптико-механическую аналогию, – он больше всего в своей жизни ценил и дорожил открытием кватернионов. Удивительно. И всю свою оставшуюся жизнь после этого открытия он посвятил разработке этой алгебры.

Дайте, пожалуйста, формулу № 2. Здесь, в отличие от комплексных чисел, имеется не две и даже не три, а четыре базисных единицы: одна действительная и тройка мнимых единиц, как бы три «I»: «I, J, К». Квадрат каждой из них равен минус единице, так же как для комплексных чисел. Но, кроме того, и в этом была вся тонкость, почему эту алгебру не могли открыть раньше, между мнимыми единицами имеется весьма специфическое взаимное умножение: каждая пара перемноженных мнимых единиц приводит в результате к третьей. Самое забавное при этом, что если переставить порядок сомножителей, то результат изменит знак. То есть, например «I*J=K», а «J*I» будет равно уже «-K». Эта таблица оказывается единственной, исключительной во многих отношениях, и была доказана потом теорема, что кроме такой алгебры есть еще только одна подобная восьмимерная алгебра, алгебра октав, но и она в некоторых отношениях уже не столь красива, как алгебра Гамильтона.

Некоммутативность, то есть зависимость произведения от порядка сомножителей, действительно, по-видимому, лежит в основе этого мира, потому что она возникает везде: в квантовой механике, например, она является основой всего математического аппарата. Природа некоммутативности до сих пор не ясна. Но, может быть, она связана как раз с существованием таких исключительных алгебр.

Так вот, оказалось, что эта алгебра Гамильтона даже в большей степени «живет» и описывает и как бы «кодирует» наше трехмерное пространство, чем комплексные числа – двумерное (пространство). Потому что, если вы будете поворачивать плоскость, на которой «живут» комплексные числа, закон умножения будет меняться, будет оставаться постоянным только «модуль» комплексного числа. А если вы будете вращать трехмерное пространство, то закон умножения этой алгебры – и она единственная такая – будет оставаться инвариантным, он будет один и тот же во всех системах отсчета. Математики говорят, что группа симметрий, группа автоморфизмов этой алгебры соответствует группе вращений трехмерного пространства.

И поэтому после открытия Гамильтона начался настоящий кватернионный «бум», который продолжался долгие годы и даже вспыхивает эпизодически до сих пор. И действительно, эта алгебра удивительно тесно связана со свойствами нашего трехмерного пространства. Известно, что даже движение твердых тел, движение спутников и тому подобное рассчитывается очень легко и изящно в кватернионных переменных. До сих пор ничего лучшего невозможно предложить, это самый элегантный и самый простой математический аппарат, который позволяет все это рассчитывать.

Но Гамильтона волновало не это. Он хотел понять, как свойства физического Мира могут быть «скрыты» во внутренних свойствах этой алгебры. И более того: поскольку оказалось, что триплеты перемножать нельзя так красиво, как величины, содержащие четвертую единицу, у него сразу появилась мысль: а не связать ли эту четвертую единицу, действительную единицу, с физическим Временем? Это было задолго до теории относительности, задолго до Г. Минковского, который связал геометрически время и координаты в единое 4-мерное многообразие.

Конечно, ничего этого у Гамильтона не получилось. И теперь мы хорошо понимаем, почему: потому что эта алгебра не имеет прямого отношения к преобразованиям Лоренца. Для преобразований Лоренца, свойственных нашему миру и основных в теории относительности, эта алгебра чуждая. И это было одной из причин, почему со временем наступило разочарование в идеях Гамильтона и его последователей.

Где же нашелся выход? Выход нашелся в том, чтобы эту алгебру «удвоить», то есть каждую из ее компонент считать комплексной. Тогда мы естественно переходим к алгебре, содержащей преобразования Лоренца в качестве симметрии; но удивительным образом она оказывается тогда 8-мерной. И только в каком-то определенном подпространстве этого 8-мерного пространства, оказывается, действует геометрия нашего мира. Есть другие «срезы» и другие отвечающие им геометрии. Куда девать эти лишние измерения? Это очень долго было загадкой. И для меня, когда я начинал, это было загадкой. Сейчас я знаю примерный ответ на этот вопрос: они нужны; они нужны для того, чтобы в этом мире могли существовать нетривиальные физические поля и частицы-особенности – об этом позже.

Давайте поговорим теперь о том, что же такое сам по себе алгебродинамический подход? С чего он начался?

В теории функций комплексного переменного есть т.н. условия дифференцируемости, которые называются уравнениями Коши-Римана. Обычно их проходили раньше в университете в курсе теории функций комплексного переменного. Эти «условия аналитичности» представляют собой очень простые линейные дифференциальные уравнения.

Много попыток предпринималось для того, чтобы обобщить эти условия, эти уравнения, на алгебры больших размерностей, в частности, на алгебры типа кватернионов. Но необычное свойство некоммутативности этих алгебр приводило к тому, что все эти попытки оказывались или просто неудачными, или они полностью воспроизводили то, что мы знали из комплексного анализа, ничего нового не добавляя.

Я же попробовал учесть эту некоммутативность с самого начала, то есть определить свойства аналитичности функций в этих алгебрах так, чтобы в этом определении свойство некоммутативности фигурировало с самого начала. Я не буду забивать головы слушателей формулами, просто покажу одну формулу (покажите, пожалуйста, формулу № 1) для общего понимания «плотности информации», которая здесь имеет место. В этой формуле всего 4 значка, это условия дифференцируемости функций бикватернионного переменного – все отображения, все функции, которые удовлетворяют этому соотношению, мы рассматриваем как физические поля.

Для того чтобы найти конкретно физические поля, для того чтобы описать их особенности, нам нужно просто решить эти математические уравнения. Мы можем вообще при этой процедуре ничего не говорить ни о полях, ни о частицах, ни о пространстве-времени; мы можем просто говорить об отображениях, об особых точках этих изображений, то есть о чисто абстрактных математических понятиях. И только на самом дальнем этапе, когда у нас уже вырисовывается математическая картина, мы можем с достаточной уверенностью сказать, что это вот надо интерпретировать как поля, это как частицы, это как взаимодействие (а это как «световые потоки», о которых я попозже хочу поговорить).

Вот и сравните теперь плотность информации, когда физическая теория строится на основании одной такой формулы, с плотностью информации в современной теоретической физике, когда, например, характеристическая функция, так называемый «лагранжиан», описывающая электромагнитные и слабые взаимодействия, такова, что даже просто чтобы ее записать только изначально, надо потратить примерно страницу бумажного листа. Откуда, почему? Эти вопросы там не ставятся. Потому что так получается хорошо. И действительно, хорошо получается, ничего нельзя сказать. Но разве это есть понимание природы?

Немножко лучше дело обстоит сейчас в струнной теории: сейчас самое модное направление – это струнная теория, которая пытается объединить все взаимодействия и иметь дело с единой физикой на так называемой «планковской шкале», а уж из нее пытается получить физику низкоэнергетическую, то есть ту, которую мы и наблюдаем. Но там дело обстоит только немножко лучше. Там тоже масса взятых «с потолка» предположений и постулатов: скажем, физическое пространство, оно просто считается 10-мерным или 11-мерным только потому, что там и только там хорошо получается какая-то процедура, свойственная квантовой теории. А никаких внутренних, скажем геометрических оснований для этого нет. И это только одна из тех претензий, которые можно предъявить к бурно развивающейся струнной теории.

Вообще-то, по-видимому, та теория (структура), которая, в конце концов, должна получиться в физике, во многом будет объединением всех этих попыток, более или менее удачных. То есть это будет некая теория (структура), которая будет допускать описание на многих эквивалентных языках. Это не значит, что мы можем, скажем, в духе принципа дополнительности Бора говорить о корпускулярных и, одновременно, о волновых свойствах материи. Нет, это означает, что вы можете выбрать какой-то язык и на нем последовательно описать все; но при этом вы можете выбрать и другой язык (скажем, геометрический или потом алгебраический) и получить, по сути дела, те же самые результаты, приговаривая при этом совершенно другие слова. Я думаю, может быть, это будет именно так. Но не знаю, посмотрим.

Хорошо. Итак, у нас есть эта формула, мы решаем соответствующие ей уравнения и получаем поля. Что же именно у нас получается в итоге? В итоге у нас получается очень забавная картина. Мы помним, что поля – это функции (удовлетворяющие нашему уравнению); а что же такое тогда частицы? А частицы оказываются особыми точками этих функций-отображений. Ведь посмотрите, что получается у нас, скажем, в обычной электродинамике. Из школы известно: есть у нас заряд, то есть какая-то точка (если допустим, что заряд точечный, положительный или отрицательный), и он создает вокруг себя поле. Мы «рисуем» это поле; оно действует на другие заряды; они под действием этого поля также начинают как-то совершать какие-то движения. В свою очередь они создают поле, которое действует на «первые» заряды и так далее. Ничего хорошего: сущностей очень много.

Издавна были попытки как-то упростить теорию, свести эти сущности, скажем частицы и поля, а хорошо бы еще и пространство-время, к одному некоему единому – к первооснове. Скажем, нелинейная электродинамика: была такая очень красивая программа, которая тоже не получила логического завершения; так она по сути дела имела отношение к объектам, лишь недавно обнаруженным в математике – к красивейшим объектам, «сгусткам поля», солитонам, своего рода «уплотнениям» поля. Там, в нелинейной электродинамике, нет частиц как таковых, а есть одно лишь поле, а вот точки, «места», где это поле имеет очень большую амплитуду и плотность энергии, сосредоточены в какой-то конечной области пространства. Эту область мы и называем частицепоподобным, солитоноподобным объектом. И попросту рассматриваем ее (как область местонахождения) частицы. С этой точки зрения нет никакого отдельного объекта, а есть единый солитон, который состоит из нескольких «холмов». Скажем, мы с вами сейчас, Саша, объединены единым полем с двумя выраженными «горбами».

Почему эта программа не получила хорошего «выхода», не принесла новых результатов? Одна из причин этого состоит в том, что непонятно было, как ввести в теорию эту самую «нелинейность»: слишком много способов и при этом нет никакого критерия отбора. Попробовали так, вроде ничего получается, вот так – еще красивее. А в общем-то, и ничего нового, интересного. А кроме того, и технически это гораздо сложнее. Гораздо проще, как в квантовой механике, скажем, иметь дело с линейными уравнениями. Там можно много «сливок» снять.

Так вот, оказывается, следующее: и в алгебродинамике, и даже в обычных уравнениях Максвелла можно провести ту же идеологию, что и в нелинейной электродинамике. Не нужно считать, что есть заряд, который создает поле. Можно говорить только о поле, которое везде существует, и где-то обязательно имеет особую точку. Простейшая особая точка – это действительно точка. Это точечный заряд; как часто говорят, в частности, в теории твердого тела – это топологический дефект поля. То есть какая-то «неприятность» в точке, где что-то нарушается; например, значение поля обращается в бесконечность в этой точке. Обязательно такие точки будут; только у электромагнитных волн их нет, это особое решение. Но, оказывается, что особенности поля могут быть и не только точечными.

Я сейчас покажу несколько решений, скажем, уравнений Максвелла; не самих решений, а как раз рисунков «геометрических мест», тех геометрических мест разных форм и разной размерности, где электромагнитное поле обращается в бесконечность (и которые поэтому следует интерпретировать как частицеподобные образования). Как ни странно, хотя уравнения Максвелла изучались уже около ста лет, многие из этих решений, то есть, по сути дела, все эти решения, не были известны до сих пор. А вот в этой теории они получаются очень просто. А потом можно, если хотите, забыть саму теорию и сказать, что у нас есть такие (сложные и интересные) решения уравнений Максвелла. Давайте посмотрим с вами.

Начнем, скажем, с рисунка № 2. Посмотрите, пожалуйста: в начальный момент времени вы имеете электромагнитное поле, которое везде, кроме этого вот кольца, удовлетворяет уравнениям Максвелла. Более того: для теоретиков (если, может быть, кто-то из них слушает), я могу сказать, что не только уравнениям Максвелла, а и более сложным (известным в физике) уравнениям, скажем, уравнениям Янга-Миллса удовлетворяет. Это вообще очень необычно.

Но это решение принципиально не статическое, то есть это только поле (и его особенности) в начальный момент. А потом оно начинает развиваться, опять-таки по уравнениям Максвелла, и особенность начинает изменяться. Это кольцо становится тором. Тор постепенно увеличивается в размере, «дырочка» в конце концов закрывается, и потом он «самопересекается», продолжая при этом расширяться (он же «прозрачный», это же не материальный «плотный» объект в прямом смысле слова). И получается в итоге такая (изображенная на рисунке) «тыква». Вот такой интересный пример двумерной сингулярности. Причем, эта двумерная сингулярность получается из одномерной (из кольца).

Давайте посмотрим теперь рисунок № 3 – еще один пример. Вот, пожалуйста: пример решения с сингулярностью, состоящей из двух (скрещенных) колец. (Здесь надо сказать, что это не совсем точный рисунок, эти кольца на самом деле одномерны, они не имеют толщины.) Это устойчивое образование, сингулярное, «частицеподобное», распространяется обязательно со скоростью света. То есть это решение фотонного типа. Нельзя сказать, что это решение действительно описывает фотон, потому что у фотонов есть много определяющих их свойств, которые здесь пока не получены (не обнаружены). Скажем, связь между энергией и частотой – знаменитая формула Планка. Но, тем не менее, здесь мы имеем какие-то нетривиальные решения на классическом уровне рассмотрения – не электромагнитные волны, а решения с определенной частицеподобной структурой, на которой поле обращается в бесконечность, и распространяющиеся обязательно со скоростью света. Есть еще, например, спираль такого же типа, которая тоже «идет» вдоль своей оси симметрии со скоростью света.

Покажите, пожалуйста, рисунок № 4. А вот это решение, порождающее более сложное частицеподобное образование. Посмотрите, пожалуйста: точечная сингулярность, то есть точечный заряд, можно сказать, окружен неким фронтом эллипсоидным, который в начальный момент един, а потом «расщепляется». И внешняя оболочка «улетает» со скоростью света, а вторая «сжимается», и, в конце концов, дальше идет очень сложный процесс перестройки этой сингулярности. Все соответствующие стадии перестройки легко прослеживаются. Это даже в какой-то степени «мистический» рисунок, потому что здесь на самом деле имеет место еще так называемая многозначность значений поля.

Чтобы пояснить это свойство, давайте посмотрим более простой рисунок № 1А, 1Б. Вот самое простое (статическое) решение – кольцо, которое обладает еще неким внутренним вращением или спином. Я буду потом об этом говорить, если успею. Сейчас нам важно, что если мы проходим сквозь кольцо и возвращаемся обратно, то поле меняет знак: в каждой точке пространства, таким образом, существует два значения поля. И если с точки зрения обычного наблюдателя вы можете сказать, что оно везде однозначно, то, как только вы проходите сквозь кольцо и возвращаетесь в исходную точку, у вас поле меняет знак.

Многозначность вообще естественна для комплексных решений: типичное свойство комплексных функций как раз – многозначность. Здесь она играет большую роль. И, в частности, с этим свойством связан еще один забавный вывод этой теории: для всех этих решений все сингулярности, если они имеют заряд, то этот электрический заряд должен быть кратен некоторому минимальному или «элементарному» заряду.

То есть мы получаем здесь именно то, что мы видим на самом деле в природе. Ведь, с точки зрения обычных уравнений Максвелла, заряд может быть любой. Сила источника, пожалуйста, любая, закон Кулона: Q на R квадрат при любом Q. А в природе? А в природе у нас есть только элементарные частицы, и каждая из них обязательно «несет» либо единичный положительный, либо единичный отрицательный заряд. И только более сложные образования, типа ядра гелия, например, имеют «двойной» заряд (а другие – «тройной» и так далее).

То же самое свойство непосредственно и имеет место в нашей теории. Эта теория очень «жесткая», она очень хорошо реализует идею, предложенную Эйнштейном много лет назад. Он говорил, что «правильная» теория должна быть, по-видимому, настолько жесткой, чтобы она описывала не только изменения поля объектов частицеподобных во времени, а чтобы она фиксировала даже возможные начальные формы этих объектов. Или в ней, скажем, существование частицы в данный момент здесь означает, что другая частица не может находиться в какой-то произвольной точке пространства, а только в определенной, согласованной с положением первой частицы. Это совершенно необычная ситуация для теории поля. Действительно, в теории поля вы можете задать произвольное распределение поля в начальный момент времени, а потом решить так называемую задачу Коши и проследить, как будет поле изменяться с течением времени. В этой же схеме, в схеме алгебродинамики, где мы решаем наши первичные алгебраические уравнения, а из них уже получаем физические поля и их особенности – частицы, как раз у этих частиц непосредственно и оказывается заряд квантованным: имеют место ограничения на форму и структуру частиц.

А.Г. Жесткое детерминирование.

В.К. Да, сверхжесткая детерминированность. Но удивительно, что эта детерминированность очень хорошо отвечает реальному миру. Ни одна физическая теория не дает квантование заряда, оно вносится «ad hoc», «с потолка», чтобы соответствовать эксперименту. «Почему все заряды одинаковы?» – спрашивал Уилер Р. Фейнмана, и отвечал: «Потому что это один электрон».

Покажите, пожалуйста, рисунок №7. Здесь я попытался изобразить как раз эту идею Уилера, которая находит очень богатые ассоциации в данном подходе. Наш мир представляет собой здесь, как говорят физики и математики, некоторую гиперповерхность. То есть какое-то подпространство, типа плоскости или поверхности изогнутой, «вложенное» в пространство большего числа измерений. Представьте себе теперь, что физические объекты принадлежат не только нашему миру, а всему пространству. Скажем, этот физический объект пусть будет модной сейчас струной. Эта струна «живет» во всем пространстве, она пронизывает наш мир в каких-то определенных точках. Если струна движется, то эти точки будут смещаться «по листу», и мы будем, по идее Уилера, воспринимать эти точки, как точечные заряды, взаимодействующие между собой частицы. Представьте себе, что «изгиб» этой струны ушел туда, под лист, тогда заряды приблизятся и аннигилируют. Причем обязательно вместе, не может пропасть отдельно один заряд. Из такой картинки можно даже, по-видимому, вывести какие-то законы сохранения.

А.Г. Суперсимметрия?

В.К. Нет, Александр, это не суперсимметрия – это совершенно чуждая ей вещь. Это вещь, идущая от работ Калуцы, от идей пятимерия 30-х годов. Она действительно получила развитие в теории суперструн. Действительно. Но сама идея, она совершенно не связана с этим. И тождественность этих частицеподобных образований тоже может быть как раз математически обоснована в той модели, о которой я рассказываю. То есть дополнительные (в данной модели – комплексные) измерения здесь действительно играют огромную роль.

Теперь давайте, поскольку времени осталось мало, перейдем к самому основному, самому интересному. Структура решения здесь удивительна еще вот чем. Для любого решения, какое бы мы не взяли, в каждой точке можно указать некоторое направление. Как для магнитного поля, скажем, или для электрического поля, когда есть силовая линия, есть касательная, есть вектор; так и здесь тоже. Но этот вектор отличается от тех, которые мы имеем в электродинамике. Возьмите продолжение вдоль этого вектора, вы получите прямой направленный луч. Так вот оказывается, что вдоль этого луча поле, какое бы решение не взяли, будет распространяться как электромагнитная волна, то есть с одной и той же фундаментальной скоростью. Назовем ее условно скоростью света. И в другой точке существует другое какое-то направление. Если вы зафиксировали здесь поле, вы можете быть уверены, что вы его найдете в соответствующий следующий момент времени в некоторой точке на продолжении этой прямой.

То есть, таким образом, мы получаем, что в данной модели все пространство динамически пронизано некими «световыми» или, точнее, светоподобными нитями. Эти «нити» имеют самую простую возможную структуру: они даже не искривлены, они прямолинейны. Вдоль них происходит равномерное движение поля с одной и той же универсальной скоростью.

А.Г. Количество эти нитей бесконечно?

В.К. Да, да. Это плотная структура. Где бы вы ни взяли точку, вы найдете соответствующее направление. Конечно, можно для визуализации их «разрезать», но на самом деле это плотная структура.

Что же тогда такое частицы? А частицы – это особенности, это, оказывается, те места, где эти лучи самопересекаются, «уплотняются». Это то, что нам хорошо известно из школы – это фокусы. Фокусы же могут быть не только точечные. Если вы возьмете, например, чашку с водой, то в солнечную погоду за счет отражения на этой чашке вы увидите так называемую каустику. Она будет иметь вид «полумесяца» с острием, математически так называемую эпициклоиду.

Покажите еще рисунок №6. А вот знакомая вам радуга. Это то же самое, это каустика. Если есть наблюдатель и солнце, а между ними имеется область с капельками воды, скажем, после грозы, и они, эти три точки, образуют угол в 43 градуса, то за счет внутреннего отражения от поверхности капель лучи будут затем фокусироваться, или, более строго математически, иметь некоторую малую область самопересечения – протяженный фокус или каустику. Это и будет радуга, потому что разные цвета будут немножко смещены относительно друг друга, поскольку они по-разному преломляются, имеет место явление дисперсии, и вы будете видеть не просто однородное, а окрашенное спектральное распределение. И геометрическое место всех этих точек, где угол оказывается 43 градуса, это и будут те дуги, которые видит человек после грозы.

То есть каустики – это понятие довольно привычное. Но ведь здесь этот «свет», он же невидим: это «свет», который как бы образует эфир. Но это совсем не тот эфир, против которого возражал Эйнштейн. Ведь Эйнштейн говорил что: что скорость света везде одинакова, в любой системе отсчета. И этот образованный Предсветом, как я его называю, эфир, и является как бы идеалом в этом смысле. Из какой системы отсчета на него не посмотришь, это движение будет одним и тем же. Тогда и обычная материя, наделенная всеми физическими «атрибутами» – зарядом, спином, взаимодействием, перестройками этих частиц-каустик – вся оказывается порожденной этим (пред)световым потоком. Первичный световой поток «пронизывает» все пространство, и в тех местах, где лучи пересекаются, «уплотняются», там мы имеем частицеподобные образования.

А.Г. У меня к вам следующий вопрос. А чем ваш световой поток или предсветовой поток, как вы его называете, отличается от теории физического вакуума, скажем?

В.К. Саша, теорий физического вакуума очень много. И само слово «вакуум» настолько неопределенное, что говорить об этом… Я даже не знаю, как ответить на этот вопрос.

А.Г. Мы несколько раз встречались здесь с определением, что первопричиной происхождения мира, который мы видим, была некая флуктуация физического вакуума в «абсолютном поле», которое обладает всеми свойствами материи, которое присутствует везде и всегда. При этом мы до сих пор не можем с достаточной точностью определить его физические свойства. То есть вакуум как иное состояние материи.

В.К. Вот вы сами и ответили: нет механизма. Что такое вакуум? Есть «наметки» только, какие-то рецепты, как можно учесть поправки к наблюдаемым величинам, и эти поправки связать, проговорив какие-то слова, назвать это вакуумом. В каждой теории, в каждом подходе: в традиционном – это одно понимание вакуума, в нетрадиционных (их есть много) – там другое понимание. Ведь «эфиров» тоже много. И тот эфир, который здесь получается, он совершенно отличается от эфира, который, скажем, предлагал тот же Гамильтон. Кстати, он тоже был «светоносный», этот эфир. Но этот светоносный эфир – это некая среда упругая, через которую свет распространяется, а здесь ведь совсем другое.

Здесь мы не имеем ничего, кроме (пред)света; нет ничего, кроме света. Это как в индийской философии – «Майя», иллюзия, «блики». Частицы – это блики. Но с другой-то стороны, эти блики наделяются всеми квантовыми числами, и они устойчивы топологически. То есть действительно, какие-то библейские ассоциации приходят на ум: Свет порождает Материю.

Более того. Я закончу вот чем. Наличие этих предсветовых потоков позволяет по-другому подойти к определению физического времени. Потому что ведь как мы понимаем время, как понимаем время на обывательском, скажем, уровне, на субъективном? Как некое внутреннее, скрытое, равномерное движение, которое не зависит ни от материальных процессов, ни от нашей воли. То ли что-то мимо нас течет, то ли мы «течем» в Потоке Времени. Ну, действительно, спросите любого человека, как он воспринимает время?

Ведь чем отличается время от (пространственных) координат? Мы не можем остановить это движение, мы не можем изменить себя в этом движении. А в других, пространственных координатах мы это можем сделать. Пожалуйста, пойдите вдоль этой координаты; и при этом вы будете встречать другие материальные образования. Здесь же мы совершенно бессильны. И недаром мы измеряем изменения во времени, скажем, по записи на самописце, на ленте самописца, которая равномерно движется.

Итак, если у вас есть какое-то равномерное «скрытое» движение, и это движение универсально, то только тогда мы имеем Время. А в физике этого ничего нет; только какие-то начальные свойства времени были уловлены Г. Минковским, когда он объединил пространство и время в один континуум. Но ведь это же в какой-то степени, как это часто бывает, скрыло непонимание природы времени, и мало что дало для решения проблемы времени. А здесь мы имеем как бы реализацию наших внутренних впечатлений. В каждой точке мы имеем вот этот поток первичного Света, который и есть одновременно поток Времени, потому что он равномерен, он не прекращается, он универсален, он в любой точке существует и для любого решения, какое вы ни возьмете. Можно сказать, что Время в каком-то смысле здесь оказывается одномерным и направленным. Можно, например, сказать, куда течет время вот в этой точке. Правда, это «Река» не стационарная: если сейчас оно течет сюда, то в следующее мгновение здесь будет уже другой «световой элемент», который пойдет в другом направлении. Но тот световой элемент, который был здесь, он пойдет и будет идти до тех пор, пока не встретится с другим лучом и не сформирует частицу.

А.Г. «Лучи времени» получаются? То есть видимая материя – это пересечение лучей времени?

В.К. Да, да. Можно и так сказать. Здесь вообще можно много говорить, но все это будут разные интерпретации однозначных и строгих математических результатов, которые здесь получаются. По крайней мере, первые попытки определить те свойства времени, которые каждый из нас внутренне чувствует и которые не имеют никакого адекватного выражения в физике, здесь просматриваются. И опять-таки: комплексные измерения играют здесь огромную роль. Но об этом уже, наверное, как-нибудь в другой раз…

 

Антропный принцип

5.11.03

(хр.00:42:57)

Участники:

Вадим Васильевич Казютинский – доктор философских наук

Андрей Николаевич Павленко– доктор философских наук

Александр Гордон: …проблема, перед которой мы стоим и которой до конца не понимаем. Гости употребляли словосочетание «антропный принцип», и даже прозвучало суждение здесь как-то, что только основываясь на положениях антропного принципа можно когда-нибудь объединить все знание, накопленное человечеством – естественнонаучное, гуманитарное, мистическое, даже религиозное – с тем, чтобы наконец истина нам открылась. Но никто, будучи связан темой программы, рассуждая о своем сокровенном, так и не объяснил ни мне, ни нашей аудитории, что же это, собственно, такое – антропный принцип. И у меня, несмотря на то, что я читал материалы к этой передаче, до сих пор остается целый ряд даже не вопросов, а некоего, знаете, такого, что ли, недоверия к основным положениям, которые я успел прочесть. Я, может быть, после ваших объяснений попробую в 2-3 словах объяснить, почему у меня возникает такое недоверие. Давайте начнем с главного – что же это такое все-таки?

Вадим Казютинский: Главное – это вопрос о том, зачем нужен антропный принцип. Он должен ответить на вопрос, почему вселенная такова, какой мы ее наблюдаем. Это очень необычный вопрос. Раньше такие вопросы в науке не ставились. Раньше в науке ставились другие вопросы: как устроена вселенная, как она эволюционирует, а вот почему она такова – этот вопрос возник только на очень поздней стадии развития науки. Почему?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Короче, если бы этот набор констант, к которому, повторяю, добавляют иногда и некоторые другие, скажем, скорость расширения нашей метагалактики, ее среднюю плотность (а некоторые авторы выбирают свой набор констант в дополнение к этому), то вселенная была бы совсем иной. В ней бы не было ни атомов, ни ядер атомов, ни звезд, ни галактик. Существует, таким образом, тончайшая подгонка этих фундаментальных констант друг к другу. Их изменение привело бы к другой вселенной, в которой человеку бы не было места. Это лезвие бритвы, по которой прошла наша вселенная, оно просто поразительно. Никто никогда не думал, что эта игра констант может быть столь тонкой. И космологи, физики, астрономы задумались над этой проблемой. Таким образом я ответил бы на ваш вопрос. Ощущается ли проблема в такой постановке?

А.Г. Разумеется, ощущается.

В.К. А далее два объяснения, которые были названы. Одно объяснение такое. Мы можем наблюдать не всякую по своим свойствам вселенную, потому что только в такой вселенной мы можем существовать. Второе объяснение – вселенная такова, какую мы наблюдаем, потому что существует человек – как некая цель или по некоторым другим причинам. Есть принцип соучастия, который телеологию, цель не вводит. Но все равно без человека, в отсутствие человека вселенная была бы другой.

Я думаю, что главным является именно сильный антропный принцип – вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе ее развития допускалось существование наблюдателей. Эта формулировка Брендона Картера. И она-то своей неожиданностью, экстравагантностью вызвала огромные споры. Прежде всего, модальность долженствования не свойственна научному принципу. Это некое требование к природе, и это очень странно. Вокруг этой формулировки и развернулись всевозможные споры.

Андрей Павленко: Я со своей стороны, хотел бы несколько снизить градус восхищения антропной аргументацией или, говоря более мягко, как-то ограничить сферу его универсальности. И в этой связи дополнить сказанное уже Владимиром Васильевичем.

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

В.К. Стационарная вселенная.

А.П. Да, модели стационарной вселенной.

В такой ситуации, а также в связи с тем, что не было точной оценки возраста вселенной после открытия Хаббла, было не совсем понятно для самих космологов, как определить или с той или иной степенью точностьи датировать возраст нашей наблюдаемой вселенной. Возрасты предполагались самые невероятные – от возраста, который совпадал с возрастом Земли, что было бы совершенно нелепостью, до каких-то совершенно невероятных значений.

В.К. И даже меньше, 2 миллиарда лет было первоначально.

А.П. По радиоактивному методу возраст определялся равным приблизительно 4,5 миллиардам лет.

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

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

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

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

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

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

А сильный принцип действительно говорит о том, что вселенная должна на некотором этапе эволюции допускать существование наблюдателя. Если первый принцип просто констатирует некоторые совпадения качеств наблюдателя и окружающего мира, что, в общем, само по себе является тривиальным, то сильный принцип уже как бы выходит за рамки науки, и в строгом смысле очень многие ученые – физики и космологи – конечно, к нему относились осторожно.

В.К. Крайне отрицательно! Считали его ненаучным.

А.П. Но не все. Все-таки были такие крупные физики, как Стивен Хокинг, которые пытались его каким-то образом все-таки применить. Но в чем была прелесть слабого принципа? В том, что качества вселенной совместимы с существованием наблюдателя. Это сразу развязывало руки физикам и космологам в отбраковке нереалистических моделей. Почему? Раз ваша теория или модель (теория – это уже сформировавшаяся модель, получившая подтверждение) не допускает появления на таком-то этапе, скажем, во вселенной в возрасте около 14-15 миллиардов лет существования наблюдателя, подобного земному, значит, она нереалистична. И это вполне естественно. То есть принцип, безусловно, имел какое-то выбраковочное значение.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Мне часто говорят, что я преувеличиваю значение этого принципа. Но, право же, это весьма нетривиально.

А.Г. Да, у меня вопрос возник в связи с этим. Если такая самоорганизация, квазицель, была поставлена самой природой самой себе, и так или иначе будущее определяло прошлое, то есть отбор шел в определенном направлении и организация шла в определенном направлении, значит ли это, что с возникновением человека и с появлением разума цель достигнута?

В.К. Никоим образом.

А.Г. Тогда что дальше?

В.К. Самоорганизация будет продолжаться, и какие формы она примет – мы не можем сейчас предсказать. Мы были бы фантастами, если бы мы предсказали, какие дальнейшие формы еще будут. Существующее положение может быть промежуточной целью. Вернадский говорил о том, что нынешний человек в его нынешнем состоянии – это некое промежуточное существо, что человек будет совершенствоваться. Вполне возможно. Мои философские рассуждения этого не отрицают. Андрей Николаевич?

А.П. Да, Владимир Васильевич. Вы очень интересно рассказываете. Действительно, эта идея целесообразности принадлежит Аристотелю, который ввел сам термин – энтелехия. И Аристотелю, в некотором смысле, просто ничего не оставалось, как ввести его, потому что он отрицал одушевленность мира, признаваемую его учителем Платоном. Ему нужен был механизм, который бы заменял душу, поскольку платоновский космос подчинялся душе, она была порядком, математически обустроенным, то есть имеющим и математическую сторону, и музыкальную, и так далее. Аристотель это все отрицал. Ему нужно было что-то создать взамен этого. И тогда он предлагает телеологию.

Но вы, Александр, совершенно правильно спросили Владимира Васильевича, может ли существовать форма жизни или форма наблюдателя, если мы уж возвращаемся к теме антропного принципа, которая отлична от человеческой и стоит выше или наоборот ниже в отношениях к самому человеку. Владимир Васильевич сказал, что это промежуточная цель, но тогда и антропный принцип оказывается абсолютно бессмысленным.

А.Г. Я поэтому и спросил, что я чувствую, что в этой системе другому наблюдателю, кроме человека, места нет.

А.П. Владимир Васильевич, конечно, несколько, может быть, заинтересованно не открывает все карты. Он говорит, что да, есть какие-то современные модели, описывающие спонтанное рождение. Действительно, физика и современная космология нам говорят о том, что – эта идея хаотически развивающейся вселенной была предложена нашим соотечественником, известным физиком Андреем Дмитриевичем Линде в 1983 году – существует целый ансамбль вселенных, огромное множество. Есть разные оценки, вплоть до 105 таких вселенных. И тогда получается, что мы своим антропным принципом просто фиксируем мир, в котором мы конкретно живем, как, например, ту квартиру, в которой мы живем – но есть еще очень много других квартир в этом многоэтажном многоквартирном доме.

В.К. Но не жилых.

А.П. А это не факт, никто этого не может ни отрицать, ни опровергать…

А.Г. Они могут быть заселены кошками и собаками…

А.П. Эта интерпретация вносит совершенно другое понимание. И мне кажется, что Линде предлагает очень интересную интерпретацию, которая перекликается с платоновским пониманием, он говорит, что речь идет не о том, что вселенная зависит от существования наблюдателя, это слишком сильное утверждение, и уж тем более не о том, что вселенная должна быть такой, что она должна допускать существование наблюдателя. А о том, что существует корреляция между свойствами наблюдателя и свойствами вселенной. А это уже совершенно другое. Это уже скорее напоминает платоновский космос, хорошо организованный, где микрокосмос соответствует макрокосмосу.

А.Г. То есть мы потому и существуем, что вселенная такова.

А.П. Да. Существует некоторая корреляция, то есть соответствие некоторых свойств, но нет причинной зависимости. И физики, честно говоря, побаиваются этой причинной зависимости, поэтому многие из них просто верят в то, что все эти константы, о которых говорил Владимир Васильевич, а, главное, совпадение этих констант, которые дают большие числа…

В.К. Подгонка.

А.П. Да, что они получат, в конце концов, чисто физическое объяснение. Это в значительной степени обусловило очень жесткую критику антропного принципа. Особенно после появления книги Типлера и Барроу в 1986-м году. Как только не называли этот принцип, доходили в своей оценке вплоть до того, что это абсолютно бессмысленный антропный принцип и так далее. Он, во-первых, ничего не предсказывает, то есть на основании этого принципа ничего не было предсказано. Во-вторых, этот принцип дает объяснения постфактум, то есть он прекрасно объясняет то, что и так уже известно без антропного принципа. И в этом смысле он оказывается абсолютно бесполезным для науки. Такого мнения придерживается американский научный публицист Гарднер, и некоторые другие. Поэтому здесь, конечно, ситуация очень спорная.

А.Г. Каковы все-таки сегодня основные аргументы противников антропного принципа, кроме того, что вы перечислили: непредсказательность, абсолютная бесполезность, некоторая заносчивость, я бы сказал.

В.К. Я думаю, что многие физики не обрадуются, глядя нашу передачу, и выслушав то, что сказал Андрей Николаевич.

А.П. Это Гарднер сказал, это не я.

В.К. Нет-нет, я понимаю. Дело в следующем: в современных работах, в целом ряде книг, в том числе в работах профессора Розенталя, о которых я говорил, например, в вышедшей в этом году вторым изданием его книге «Геометрия, динамика, вселенная», подчеркиваются аргументы в пользу и антропного принципа, и принципа целесообразности.

Насчет того, смог ли он предсказать какие-то конкретные физические особенности нашей вселенной. Картер хитрит, когда говорит, что он мог предсказал то, что уже и так было известно. Я как раз согласен с Андреем Николаевичем в том, что эвристическая роль этого принципа невелика.

А.П. С Гарднером.

В.К. С теми, кто считает, что эвристическая роль этого принципа невелика. Но есть довольно много людей, которые считают, что он позволяет нам понять, по какому лезвию бритвы прошла эволюция вселенной, пока она не создала человека.

В заключении еще один момент, о котором мы не говорили. Дело в том, что масса наблюдаемой вселенной составляет, как мы знаем, всего лишь 2 примерно процента от общей массы нашей вселенной. 98 процентов – это скрытая масса. Есть только предположения о том, что это такое – вакуумный конденсат, неизвестные типы элементарных частиц, скажем, слабо взаимодействующие сверхмассивные нейтрино и тому подобное.

А.Г. Мы говорили здесь уже о темной материи и темной энергии.

В.К. Антропный принцип касается не этой материи, а того магистрального ствола эволюции, который протянулся от кваркглюонной плазмы, о которой тоже шла речь в ваших передачах, и до человека. Получается так, что 98 процентов массы нашей вселенной осталось в каком-то субэлементарном состоянии. И какой-то магистральный ствол эволюции идет от начального состояния вселенной до человека и, возможно, дальше. Да-да, эта ниточка протягивается. Смысл антропного принципа, мне кажется, нужно рассматривать именно в том контексте, что он описывает этот магистральный ствол: мы возникли, а вокруг нас находятся огромные массы темной, неизвестной материи.

А.Г. Да, это хоть красиво. Хотя здесь же в программе я слышал выражение…

 

Учение Христа

6.11.03

(хр.00:39:34)

Участники:

Георгий Чистяков – священник

Анна Ильинична Шмаина-Великанова – религиовед

Александр Гордон: …в ответ на такую формулировку темы хочется получить внятное определение, вполне, можно даже сказать, научное – в чем же, собственно, заключается учение Христа? И здесь мне видится много проблем, но я бы хотел начать вот с какой – каким образом мы можем быть убеждены в том, что то, что мы принимаем за учение Христа – это именно то, чему учил Христос. Ведь история и культура играют огромную роль в том, что мы понимаем сегодня под учением Христа. Как эти поздние наслоения – как с древней иконы – отделить и увидеть все-таки, что же за этим стоит, какова основная мысль, эмоция или что-то еще?

Георгий Чистяков: Прежде всего, наверное, надо, когда мы говорим об этой теме, когда мы пытаемся понять, что такое учение Иисуса, надо ограничиться Евангелием и, более того, попытаться выделить в Евангелии наиболее древние и надежные слои. Потому что, например, в сегодняшнем русском тексте Евангелия от Матфея можно прочитать о том, что Иисус требует от нас не гневаться напрасно. Но если мы посмотрим древние рукописи, то окажется, что слово «напрасно» попало в текст Нового Завета только в 8 веке. А до этого это требование звучало значительно более категорично – Иисус призывает своего слушателя и своего ученика не гневаться вовсе. Всего лишь несколько букв. «Ейке» – «напрасно» по-гречески. Но это слово было подставлено в рукопись византийским переписчиком, который прекрасно понимал, что не гневаться вообще невозможно. И поэтому пытался каким-то образом облегчить участь читателя и свою собственную участь. И, наверное, участь византийского императора, который, как представитель власти, должен гневаться. Но понятно, что его гнев должен быть каким-то образом объяснен с точки зрения религии. И он объясняется здесь, в этом средневековом варианте Евангелия, где говорится о том, что нельзя гневаться напрасно. Так одно слово изменяет смысл всего текста.

Но, к счастью, в настоящее время существует издание Нового Завета и на греческом языке, и в переводах, которые сделаны на основании древнейших рукописей и тех папирусных свидетельств, которые до нас дошли благодаря раскаленному песку Египта. На основании такого – так называемого критического – текста уже можно делать какие-то заключения.

А.Г. Какие?

Г.Ч. Если вернуться к этому тексту, то Иисус призывает не гневаться вообще. Ни при каких обстоятельствах и ни на кого. Это призыв чрезвычайно трудный, невыполнимый, но вместе с тем все Евангелие именно таково – призыв к тому, чтобы было исполнено невыполнимое. Не случайно одна французская монахиня говорила: Иисус – владыка невозможного. Но как владыка невозможного он делает это невозможное возможным.

А.Г. Если говорить о Евангелиях, во-первых, нам нужно сразу договориться – говорим ли мы о канонических Евангелиях или о канонических и апокрифах. Выделяя в канонических Евангелиях, как вы сказали, наиболее древние пласты – имеем ли мы в виду хронологию написания Евангелий, то есть хронологию датировки или что-то другое? И говоря о том, что существуют новые переводы, научно обоснованные, отталкивающиеся от «первоисточника», все-таки возьму это в кавычки – что изменилось в нашем понимании, кроме приведенного вами примера, того, о чем говорил Иисус?

Анна Шмаина-Великанова: Мне кажется, что надо разграничить в вашем вопросе богословскую, и, так сказать, научно-техническую сторону. Потому что в настоящее время существует целая наука, разработавшая не одну, а множество разных методик и техник по определению подлинности текста. Это может делаться более точно, с большей вероятностью, но всегда гадательно, всегда гипотетично. Главную роль, как сказал отец Георгий, играет в этом наличие и постоянная работа над улучшением критического текста, но не только, конечно. Скажем, в настоящее время имеется несколько институтов, в Америке больше всего, конечно, которые только этим занимаются. И есть такой историко-критический семинар, который работает с текстом Евангелия примерно так, как работают переводчики.

То есть, знаете, это соревнование переводчиков? Предлагается какое-то слово – и все пишут и кидают в корзину свое мнение, насколько это вероятно лучший перевод. Потом считают голоса. Сейчас, к сожалению, приходится поступать таким образом иногда и с текстом Евангелия. То есть насколько вероятно, что Иисус действительно произнес эти слова. Вопрос о «каноничности – неканоничности» здесь большой роли, как мне кажется, не играет. Я вообще не очень большой специалист по этому поводу. Но у меня такое представление, что, скажем, Евангелие от Фомы считается очень надежным источником, по которому можем судить о подлинном учении исторического Иисуса, хотя оно неканонично. Наряду с этим предполагается, что много подлинного материала содержится в синоптических Евангелиях – от Матфея, от Луки и от Марка. Все остальное менее достоверно согласно большинству современных гипотез. Еще, конечно, какие-то очень важные детали можно реконструировать из того, что называется аграфами, то есть не вошедшие в канонические Евангелия, рассыпанные по другим текстам изречения Иисуса.

Г.Ч. Да, иногда это одна-две фразы или одно-два слова. Как, например, знаменитая сентенция – «кто близ меня, тот близ огня». И очень важно то, что она дважды находит подтверждение и в Евангелии от Луки, и в некоторых других текстах. Тот, кто находится радом с Иисусом, тот действительно зажжен его пламенем.

А.Ш.-В. Да, или фраза, которую часто цитируют в своих беседах и проповедях владыка Антоний Сурожский: «Царство Божие уже пришло, когда двое уже не двое, а одно». Этой фразы нет в канонических Евангелиях, но с очень большой долей вероятности можно счесть ее подлинной.

Можно, собственно, рассказать об этой технике или о различных методах установления подлинности речений Иисуса, но я боюсь, что это долго и сложно. Одна из методик, в частности, связана с предположениями о том, как могло бы звучать то или иное высказывание по-арамейски или на иврите, или оно на этих языках невозможно.

Г.Ч. Да, потому что есть такие тексты (простите, Анна Ильинична, что вас перебиваю), которые действительно невозможно перевести на арамейский или на иврит, то есть на те языки, на которых говорил и думал Иисус. А раз этот текст непереводим на арамейский, значит, он автоматически должен быть признан позднейшим.

А.Ш.-В. Или, по крайней мере, менее вероятным, потому что Иисус знал греческий, но вряд ли проповедовал на нем.

А.Г. Исходя из того, о чем мы сейчас говорим, меня всегда занимал вопрос о том, что же такое все-таки «царство Божие», если нигде в прямой речи Иисуса нет описания самого царства? Да, есть косвенные намеки, из кого оно должно состоять. Но ничего о том, кто будет пребывать там, каков путь туда, что же это за место или состояние такое. Можно об этом?

Г.Ч. Прекрасный вопрос на самом деле. Не только можно, а как раз, наверное, именно об этом и нужно говорить, потому что царство Божие или Царство Небесное – это то главное, о чем говорит Иисус. Свою проповедь он начинает именно этими словами – «покайтесь, потому что приблизилось Царство Небесное». Или, быть может, даже более радикально – «Царство Небесное, Царство Божие уже здесь».

А.Ш.-В. Да, и так Он определяет свое назначение. Он говорит, «я послан благовествовать Царство».

А.Г. Что он имеет в виду под «царством», когда говорит эти слова? Является ли это отсылкой к ветхозаветному тексту, то есть к чему-то, что уже известно слушателям и без дальнейших пояснений, и что нам, непосвященным, не очень понятно. Или это все-таки нечто новое, какое-то другое состояние, к которому должно приблизиться человечеству, которое воспримет проповедь Иисуса?

А.Ш.-В. И то, и другое, я бы сказала.

Г.Ч. Да, если говорить об учении Иисуса в целом, то, конечно, здесь все из Ветхого Завета. Здесь и лексика, и фразеология, основные принципы, и основные темы, главные, самые важные – все из Ветхого Завета. Но есть что-то абсолютно новое. Наверное, правы те философы, как, например, Владимир Соловьев или Бердяев, которые говорят о том, что нового в Евангелии только одно – сам Иисус. Его личность. Но Иисус живет среди людей и проповедует, и, проповедуя, сознательно идет на смерть именно потому, что он прекрасно знает, что проповедует что-то очень важное. И это очень важное и есть Царство.

Вот только встает вопрос – Царство Божие – оно в будущем или оно уже здесь? И в этом смысле очень важно найти правильный ответ. Потому что, конечно, для христиан первых поколений Царство Божие было каким-то недалеким будущем. Они жили в ожидании того, что Царство вот-вот наступит. Обычно эти ожидания называются эсхатологическими чаяниями – ожиданиями конца истории, после которого Царство приходит, Царство наступает, оказывается свершившимся фактом. Но о чем говорит Иисус? Если вчитаться и вдуматься внимательно в евангельские слова, в самые разные места, то, вообще-то говоря, оказывается, что царство – для многих, во всяком случае, – уже наступило. Потому что оно не придет приметным образом, и не скажут – оно там или оно здесь. Царство Божие, говорит дальше Иисус, оно «энтосмон», оно внутри вас – как переводят одни. И «среди вас», «между вами», как переводят другие. Или, другими словами, «уже здесь». И этот последний перевод, он все больше находит сторонников. Именно «среди вас», «посреди вас».

А.Ш.-В. Однако, хочется спросить, и в первую очередь себя, что значит, что Царство между нами, посреди нас и внутри нас? Оно возникает подобно магнитному полю в отношениях между людьми на той глубине, которая глубже эмоций и изменяет прежде всего отношения людей между собой. То есть царство в каком-то смысле – это вторжение в действительность при помощи человеческих отношений других, новых законов бытия.

Г.Ч. Не новые вещи, а новые отношения, так, кажется, говорил Честертон. Царство Божие – это то, как я отношусь к тебе и ты относишься ко мне. Так говорила Мать Тереза. И на самом деле, Мать Тереза, конечно, что-то говорила, потому что так чувствовала, но что-то она, безусловно, и знала, потому что получила очень неплохое образование. Это новые отношения, а не новое бытие, не новые вещи, не какие-то новые события, ни даже новые возможности. Именно отношения.

А.Г. А что является залогом возникновения этих отношений между людьми?

А.Ш.-В. Уверенность в присутствии Иисуса. Он актуализует Царство. Где Он, там Царство. Мы все знаем, что царство мира сего принадлежит князю мира сего, и в нем действуют соответствующие законы. Например, кусок хлеба, если я его преломлю пополам, у нас с вами будет равное количество, возьму себе больше – вам достанется меньше. Закон Царства противоположный – я отдам вам весь хлеб, но меньше у меня не станет.

Это, я бы сказала, первое, что отличает Царство – закон жертвы. Второе – это закон бессмертия, точнее сказать, воскресения. Иисус воскрешает мертвых не потому, что Он маг. И это не только часть Его деятельности, но это важнейшая часть Его учения. «Бог не сотворил смерти», сказано в Книге премудрости Соломона. Она вошла в мир с завистью дьявола. Это не вполне ясное место в тексте, но по крайней мере ясно, что у смерти нет статуса творения. Бог все создал хорошо и навсегда, а смерть – нет. Ее можно победить. Это и происходит. «Я видел Сатану, упавшего с неба как молния», – говорит Иисус. И это означает, что то царство кончилось. Смерти не будет, мертвые воскреснут, и надо жить уже сейчас так, что ее нет.

Г.Ч. И первый христиане, на самом деле, так и жили.

А.Ш.-В. Что означает – не бояться.

А.Г. Вы уже второй раз упомянули – первые христиане. Возникает некий парадокс, по крайней мере, у меня в голове. Если для первых христиан учение означало одно, эсхатологические чаяния приводили к тому, что менялся образ жизни на протяжении одного поколения, потому что вот оно – это завтра с концом света наступит буквально завтра, через несколько лет, дней, часов…

Г.Ч. Либо наступит, либо уже наступило. Потому что, в самом главном моменте того богослужения, которое напоминает нам о тайной вечере, есть такие слова, когда священник благодарит Бога за то, что он уже даровал нам Царство будущее. Оно, это царство, оно будущее, казалось бы, будет только когда-то, в какой-то перспективе. Но с другой стороны, оно уже даровано, оно уже здесь, уже среди нас.

А.Г. Говоря о первых христианах, вы тем самым противопоставляете их понимание Царства Божия тому пониманию, которое есть сегодня?

Г.Ч. Я бы даже не сказал – сегодня. Сегодня, быть может, мы как раз и благодаря новозаветной науке, и благодаря тому, что христианство уже не используется, как правило, как идеология, что было в средние века, – сегодня мы, быть может, во многом возвращаемся к первохристианскому взгляду на мир, на жизнь, на Бога. А вот когда мы говорим о первых христианах, мы имеем в виду, что потом, когда христианство станет государственной религией, очень многое изменится, потому что тогда в Евангелие войдут какие-то, я бы так сказал, договорные отношения.

В Нагорной проповеди Иисус говорит: «молись тайно, и Бог воздаст тебе». С ударением на слове «тебе», на этом слове ставится логическое ударение. «Постись тайно, и Бог воздаст тебе». «Давай милостыню тайно, и Бог воздаст тебе». Три раза. Как воздаст – Иисус не объясняет. А средневековый переписчик подставляет всего лишь одно слово во всех трех случаях этих – «явно». «Воздаст тебе явно». Таким образом, средневековое христианство ориентирует верующего на явное воздаяние. Постись, молись, подавай милостыню – и тебе воздастся явно, в твоей материальной, в твоей земной, в твоей ежедневной жизни что-то изменится к лучшему. Не об этом говорит Иисус. Он говорит, что Бог воздаст, но как воздаст – не объясняет.

А.Ш.-В. Он даже более, может быть, резко высказывается, когда говорит, во-первых, «кто хочет следовать за Мной, возьми крест». Вот то, как воздадут тебе явно. И неси его, то есть живи всю жизнь, как последний час перед смертью, не мелочась и не заблуждаясь на свой счет. Если ты будешь следовать учению Христа, тебя убьют рано или поздно, не обязательно физически, но об успехе, благополучии и т.п. речь не идет. О том же, может быть, в еще более крайней форме Он говорит, отвечая ученикам, которые хотят сесть по воскресении по правую и по левую Его руку: чашу Мою будете пить, имея в виду Гефсиманию, и крещением Моим будете креститься, имея в виду Голгофу, а сесть по правую и по левую руку – этого Я вам не обещаю, это от Меня не зависит. Хотя не все в этом высказывании понятно, общая интенция очевидна: идти за Мной, не означает идти к светлому будущему. Это означает уже сейчас жить тем законом, который в будущем должен стать законом всеобщим, законом Царства, то есть постоянного божественного присутствия, знания, что Он тут.

А.Г. Говоря о побежденной смерти – насколько я понимаю, христианские представления о рае и аде – это достаточно поздние представления. Христос не имеет в виду ни того рая, который сейчас возникает у нас в голове, как только говоришь это слово, ни того ада. Что же все-таки имеется в виду под бессмертием. Бессмертие души? Физическое воскрешение? Пребывание в каком-то состоянии послесмертном?

Г.Ч. Бессмертие души – это все-таки больше философия Платона. Это «Федр» Платона, там очень хорошо об этом сказано. Нет, здесь, конечно, речь идет о другом. А вот о чем – это от нас действительно ускользает. В словах, в Евангелии этого не прописано. Другое дело, что Иисус все время призывает своих учеников не бояться. Здесь очень важно понять, что, конечно, мы говорим об учении, потому что раз есть ученики, значит, есть учение. Он призывает своих учеников не бояться. Действительно, это ключевое слово Нового Завета. А о конкретном состоянии вечной жизни на самом деле здесь не говорится ровным счетом ничего. И, наверное, есть какие-то вещи, которые христианин может узнать только из личного опыта.

Мне сейчас вспоминаются слова средневекового монаха Аввы Дорофея, который очень хорошо сказал: никто не расскажет тебе, что такое смирение, об этом нельзя узнать ни у кого. Только в твоей собственной душе может родиться знание об этом, когда ты узнаешь об этом из опыта. И, наверное, не случайно уже упомянутый сейчас Анной Ильиничной митрополит Антоний постоянно подчеркивал значение личного опыта каждого христианина. И говорил, как важно передать тому, другому человеку, что без этого личного опыта, без этого личного прочтения Евангелия невозможно христианство. В этом смысле христианство как раз не учение, которое можно передать полностью, как можно научить физике, химии и математике, а в этом смысле христианство – это путь. И не случайно сам Иисус говорит: «я есмь путь, истина и жизнь, Мною надо пройти». И апостолы в Деяниях постоянно повторяют слово путь. Они возвещают людям античного мира путь господень.

Здесь не могу не сказать о том, что, хотя по-гречески в Деяниях постоянно употребляется именно слово «путь», хотя в славянском тексте кирилло-мефодиевском оно переводится тоже славянским словом «путь», теперь вошедшим в русский язык, синодальный перевод, сделанный в первой четверти 19-го века, везде переводит слово путь как учение – очень последовательно. И наверное, об этом надо задуматься. Это тоже, на мой взгляд, очень интересная тема.

А.Ш.-В. Но тут есть еще момент, усложняющий в какой-то мере картину. Потому что с точки зрения поздней библейской и межзаветной эллинистической литературы «путь» – это также «учение». То есть во всей так называемой «литературе премудрости» учитель мудрости, мудрец, предлагает путь жизни. И часто противопоставляет два пути. Это мы видим в книге Притчей, в книге Премудрости, в книге Иисуса сына Сирахова.

Г.Ч. И даже в Псалмах. Первый псалом.

А.Ш.-В. Да, конечно. Путь может быть путем жизни или смерти, мудрости или глупости. И еще может быть путем житейской мудрости, мудрости века сего. И другим путем, новым, необычным. Учение о «другом пути» встречается реже, но все-таки иногда ему учат.

Можно сказать, что учение Иисуса – это учение о другом пути, о пути, противопоставленном мирскому, хотя очень реальном, очень, так сказать, невыдуманном. «Сыны века сего догадливее сынов света», – замечает Он походя. И тут же продолжает свое: «А вы не заботьтесь ни о пище, что вам есть, ни об одежде, во что одеться». Поэтому, думая над вашим вопросом о рае и аде, я подумала, что, может быть кое-какие намеки найти можно, исходя из того, что учение Иисуса все-таки очень глубоко укоренено в фарисейском, протофарисейском, в том, что мы можем восстановить по литературе кумранского круга, апокрифической, то есть по литературе второго, первого века до Рождества Христова. И если помнить о том, что это учение, то есть Тора (это слово и значит «учение, инструкция, показ, демонстрация»), то мы можем по крупицам, может быть, какие-то детали восстановить.

Г.Ч. Но сам Иисус – это как бы живая Тора, ожившая Тора. И поэтому если для иудея до Иисуса прямо и жестко стоял вопрос, что необходимо выполнить все 613, кажется, заповедей, которые содержатся в Пятикнижии, в Торе, то для того, кто считает себя учеником Иисуса, для христианина, вопрос ставится по-другому.

Мы можем подражать Христу, как говорит об этом Апостол Павел. У нас есть образец для подражания – он сам. И не случайно в одной из прощальных бесед Иисус говорит: «Я вам дал пример, чтобы вы поступали друг с другом», – мы возвращаемся к тому, с чего начали, Царство Божие выражается в отношениях между людьми, между нами – «Я вам дал пример, чтобы вы поступали друг с другом так, как я поступаю с вами, так, как я сделал вам». И немножко в другом месте: «Любите друг друга, как я полюбил вас». Опять-таки Иисус дает своим ученикам пример. И этот пример – это он сам и его отношение к ним. И все, что он делает. А поэтому те чудеса, которые совершает Иисус, они не просто демонстрируют его возможности, а они обращают внимание каждого, кто вслушивается в слова Евангелия, что и он должен пытаться сделать что-то такое. Мы не можем воскрешать умерших, но мы можем помогать больным, и мы можем поддерживать больных и служить больным до последнего момента их жизни. Более того, делать все, чтобы вытащить их из лап смерти.

Но я все-таки священник, и как священник я все время сталкиваюсь с живыми людьми. Когда в детской больнице, где я служу, встает вопрос – тратить какие-то огромные деньги на безнадежного ребенка или же потратить их на других, а этого ребенка оставить, я всегда прошу, а иногда требую, чтобы для данного ребенка было сделано абсолютно все возможное, потому что именно в этом и заключается наше христианство, а не в каких-то громких словах и высоких декларациях.

А.Г. Вопрос к вам, отец Георгий, как к священнику как раз. Вы чувствуете сегодня Царство Божие между людьми?

Г.Ч. В очень многих случаях я чувствую Царство Божие между людьми. Это касается и моих отношений с прихожанами, с детьми в больнице, с друзьями. Это проявляется и когда соприкасаешься со светлыми людьми. В отношениях с такими людьми, как Митрополит Антоний Сурожский, как Мать Тереза, как Иоанн-Павел II. В отношениях с такими людьми проявляется Царство Божие. И в отношении с теми детьми, с которыми я почти ежедневно общаюсь в Российской детской клинической больнице. Спасибо, Александр, за этот вопрос, я действительно чувствую Царство Божие, но именно в человеческих отношениях.

А.Г. Вы упомянули сейчас христиан разных конфессий. Может быть носителем этого Царства человек, который вообще не является христианином?

А.Г. Этот вопрос многократно задавался уже упоминавшемуся здесь митрополиту Антонию Сурожскому. И он, в общем, однозначно отвечал на него: «Может, потому что Бог всемогущ, потому что Бог может то, чего не могут люди». Да, для людей это невозможно, и для людей, конечно, необходимо, чтобы Царство Божие являлось только через христиан. Да, для людей это невозможно, но не для Бога, ибо для Бога все возможно, говорит сам Иисус. Допустим, человек – об этом Данте еще в «Божественной комедии» писал – родился на берегах Инда и никогда не слышал ни слова об Иисусе, но если этот человек никому не сделал зла, неужели он не спасется? Об этом, повторяю, писал еще Данте. И об этом так прекрасно говорил в наши дни митрополит Антоний.

А.Ш.-В. Минувший век, мне кажется, дал столько ярких примеров того, что носителем Царства может быть любой человек, что этот вопрос для верующего человека перестает быть актуальным. В лагерях смерти люди делились друг с другом едой. Не все, но достаточно многие для того, чтобы фашисты осознали, что эксперимент по изменению человеческой природы не удался. Расчеловечивания человека не произошло в тех условиях, в которых оно было с точки зрения разума неизбежно. Следовательно, мы видим самопожертвование в самой крайней форме, именно в той, о которой говорит Иисус, не смягчая. Его крест брали на себя сотни, тысячи, может быть, сотни тысяч людей в Освенциме и ГУЛАГе. И в этом случае не может иметь никакого значения по отношению к их близости к Царству конфессиональная принадлежность мучеников. Потому что образ того учения, которое реализуется только в примере, они нам дали.

А.Г. Спасибо. Я думаю, что мы ответили на вопрос.

Г.Ч. Во всяком случае постарались.

А.Г. Постарались и ответили, по крайней мере, для той аудитории, которую я более-менее знаю.

 

Биокосмические «часы» археологии

11.11.03

(хр.00:40:14)

Участник:

Евгений Николаевич Черных – доктор исторических наук

Евгений Черных: Любое изложение исторического процесса бессмысленно, если не существует календарного отсчета времени, в котором события протекают и которым они замеряются. Важнейшим приложением к ряду наук, в особенности к истории и археологии, является хронология. Обычно различают две ее разновидности – относительную и абсолютную. Относительная хронология говорит лишь о последовательности событий по отношению друг к другу: «Палеолит был раньше неолита» или же «Иван Грозный правил позднее Ивана Калиты» и т.п. Абсолютная же определяет календарное время, выраженное в конкретных годах.

Вот, к примеру, хронология эпохи раннего металла – одного из наиболее важных этапов в истории и развитии человеческих сообществ. Тогда освоившие тайны металлургии культуры получали как бы пропуск для вступления на дорогу, ведущую к цивилизациям современного типа. Эту эпоху отличает собственная последовательность периодов или относительная периодизация: медный век сменяется бронзовым, бронзовый делится на три следующих друг за другом этапа – ранний, средний и поздний. Причем в этих случаях ничего не говорится ни о точном отрезке времени, разделяющем события, ни об их отношении к общей шкале времени.

Абсолютная хронология обращается к внешней шкале замеров, используя чаще всего понятия времени, принятые в определенной культуре, обществе. При всех пугающих различиях между системами абсолютных хронологических шкал, построенных каждой более или менее развитой культурой, они всегда привязаны к сходному источнику замеров. Источник этот планетарный, с небольшим числом вариаций: Луна, Солнце или Луна и Солнце одновременно (редко – звезды). Поэтому в любых развитых социальных системах используют либо лунный, либо солнечный, а часто – комбинированный лунно-солнечный календарь, основанный на периодичности явлений природы.

Отметим весьма существенный факт, что примерно к 900 г. до н.э. всего лишь 3-4% территории земного шара – и это максимум! – было освоено населением, знавшим письменную культуру. Все же остальные бесчисленные культуры были рассеяны во мраке бесписьменности. Следовательно, без порядка, установленного «археологической хронологией», вся неправдоподобно гигантская масса древнейших фактов могла бы предстать в качестве унылой и беспорядочной свалки.

Еще около полувека назад археологическая наука практически не располагала собственной системой летоисчисления. Датировки ее памятников и древностей рабски зависели от исторических источников, и все эти невосполнимые источники были сосредоточены в «колыбели» человеческих цивилизаций – Древнем Египте, Месопотамии, Сиро-Палестине… Если археолог находил в каком-то древнем поселении, скажем, на Урале или на Дунае некий медный нож, то он бросался на поиски похожих на него экземпляров в памятниках «колыбели». Если ему везло, и он находил там аналогии своему ножу, то он был обязан датировать его позднее, и порой намного, нежели обнаруженное им орудие.

Такой путь поисков и похожие решения диктовала почти безоговорочно господствовавшая в то время теория «Свет с Востока» (Ex Oriente Lux). Согласно ей все важнейшие открытия могли свершаться и свершались только в долине Нила или в Передней Азии. Ну, а более северные культуры Евразии существовали и развивались лишь в тусклом, отраженном свете «колыбели». Доказывать свою жизнестойкость они были в состоянии только за счет умения усваивать те идеи, что доходили к ним через сотни и тысячи километров из первичных высокоразвитых центров. Стало быть, исходя из этой теории, все кардинальные технологические инновации древности – и горно-металлургический промысел, и колесо, и окультуривание злаков, – которые зарождались лишь на Ближнем Востоке, в иных регионах, и особенно удаленных, без сомнения, следовало датировать более поздним временем.

Вот почему если бы мы хотели изобразить графически тогдашнее представление об историческом процессе, то фигура развития напоминала бы перевернутую пирамиду. Внизу – древнейшей на шкале времени и небольшой светящейся точкой располагались бы исходные культуры «колыбели», а по бокам, постепенно и плавно, по мере удаления от исходной точки все больше и больше запаздывая, гнездились бесчисленные сонмы культур отсталых и полностью зависимых от сообществ изначального центра.

Однако наука на месте не стояла, и на ее арене стали заявлять о себе новые методы.

Археологические источники были включены в создание абсолютных хронологических систем с конца 40-х годов. Сначала робко, а затем все более и более уверенно выявлялись плюсы метода радиоуглеродного датирования, обоснованного в середине 40-х годов профессором химии Чикагского университета Уиллардом Либби. Важность его открытия быстро стала очевидной, и уже в 1960 г. Нобелевский комитет присудил автору почетную премию по химии.

Суть метода заключается в следующем. Углерод на Земле представлен тремя изотопами: 12C, 13C и 14C. Их природные концентрации весьма различны: 12C составляет 98.9% всего углерода, 13C – 1.1% и, наконец, радиоактивный изотоп 14C, наиболее важный для нас, занимает совершенно ничтожную, 10-12 часть от современного углерода земной атмосферы и почвы. Изотоп 14C постоянно образуется в верхних слоях атмосферы в результате бомбардировки ядер атомов азота протонами космических лучей, а затем с периодом полураспада 5730 лет (бета-распад) переходит в стабильный азот. Время перемешивания атмосферы невелико: всего за несколько лет свежий радиоуглерод через фотосинтез вовлекается в кругооборот углерода всей биосферы планеты.

В любом живом организме поддерживается тот уровень радиоуглерода, который присутствует в земной атмосфере. Равенство это обеспечивается фотосинтезом или питанием вплоть до прекращения жизнедеятельности. Поэтому, измерив радиоактивность биологических останков, можно вычислить момент смерти организма или конец формирования годичного кольца дерева.

Однако теория остается теорией, покуда она не проверена практикой. Первые сопоставления с традиционными хронологическими шкалами, построенными на базе письменных источников, были проведены в предположении о неизменности атмосферного содержания 14C. Еще около 40 лет назад были сделаны радиоуглеродные определения возраста органики из могил Древнего царства в Египте. Первые датировки по 14C оказались моложе традиционных на несколько сот лет. Это вызвало волну разочарования и недоверия к новому методу: ведь тогда никто и помыслить не смел о ревизии, построенной на письменных источниках древнеегипетской хронологии, этой почти «священной коровы» для историков.

Однако гораздо более сенсационными и, на первый взгляд, абсолютно неправдоподобными показались многим радиоуглеродные даты для культур Европейского континента. Их передатировка выглядела порой прямо-таки чудовищной: по сравнению с традиционными представлениями историков и археологов они удревняли события более чем на тысячу лет (напомним, что это были бесписьменные культуры). В соответствии с устоявшимися тогда взглядами и теориями «Света с Востока», такого просто не могло быть ни при каких условиях.

Дискуссия вспыхнула очень горячая. Кажется даже, что поначалу противников метода среди археологов и историков было заметно больше, чем его сторонников. Такие расхождения между историческими и радиоуглеродными датами возникали еще и потому, что на ранних стадиях использования метода не было известно об изменчивости атмосферной концентрации радиоуглерода с течением времени. И поскольку было неясно, как именно она менялась, расчеты возрастов делались в простейшем предположении о ее постоянстве. Датировки, вычисленные таким образом, используются по инерции и сегодня, они дают так называемый радиоуглеродный конвенционный возраст материала. Для времен, простирающихся до 9-10 тыс. лет назад, построены таблицы приведения к истинным возрастам. Как они были получены, мы расскажем далее, а пока остановимся подробнее на объяснении изменчивости концентрации атмосферного радиоуглерода.

Содержание 14C в атмосфере и верхнем слое Мирового океана определяется балансом между его поступлением и распадом. Убывание количества радиоактивных атомов происходит по экспоненциальному закону, и на этот процесс не влияют никакие внешние силы. Однако поступление радиоуглерода в атмосферу и поверхностный слой океана подвержено заметным изменениям. Как же удалось установить их характер и динамику?

Источником этой информации стала дендрохронология, или определение возраста деревьев по кольцам годичного прироста. Метод этот не новый: в практику естественных наук он вошел уже более ста лет назад. Ныне это общепризнанный в мире метод датировки археологических объектов. Его применяют в самых различных странах нашей планеты. Чрезвычайно широк и хронологический охват метода: суммарно до шести-семи тысячелетий вглубь от наших дней для археологических материалов, а для климатологии и того больше: до 10-11!

Метод исходит из наблюдений за стойкими и ритмичными колебаниями в ширине погодичного прироста древесины. Толщина каждого кольца на самых различных деревьях четко отражает ту климатическую ситуацию, которая имела место либо в год формирования конкретного кольца, либо в год, ему предшествующий. Климатические условия проявляются достаточно однородно на огромных территориях, что и явилось основным определяющим фактором в характере колец у бесчисленных древесных стволов той или иной географической области. Благоприятен климат для роста дерева (влажно и жарко), и дерево отреагирует толстым кольцом. Надвигаются критические условия для жизни дерева (сухо и холодно), и годичное кольцо будет тонким, еле заметным на срезе ствола.

При определении взаимного положения на хронологической шкале между собой сопоставляются, конечно же, не сами деревья, но графически выраженные кривые их роста, в основе которых лежат замеры годичных колец. Последовательно шаг за шагом «сцепляя» друг с другом эти кривые прироста, характерные для срубленных в разное время деревьев, дендрологи и смогли в конечном итоге составить великое множество более или менее протяженных дендрохронологических шкал – от нескольких сотен до тысяч лет. Подобные шкалы на начальной стадии их формирования имеют релятивный или относительный характер: исследователи говорят лишь, что дерево А на столько-то лет раньше дерева В, но позже С. Однако если нам известна точная календарная дата рубки хотя бы одного из этих стволов, то все остальные годичные кольца такой шкалы абсолютную дату по сути получают автоматически. Точная дата рубки может стать известной по ряду обстоятельств: либо это многолетнее современное дерево, срубленное в точно зафиксированный год; либо это ствол из точно датированного по письменным документам сооружения (дома, церкви, крепостные башни и т.п.). В последние десятилетия этот метод широко используется для датировки деревянных сооружений и предметов эпохи средневековья. Например, лишь в одной дендрохронологической лаборатории Института археологии Российской Академии наук в Москве со средневековых памятников северной половины Восточной Европы удалось собрать и проанализировать около 20 тысяч образцов дерева (сосна, ель, лиственница). Восточноевропейские памятники весьма разнообразны. Преобладает дерево из трех десятков старинных русских городов, как крупных (Новгород, Псков, Смоленск, Москва, Тверь и др.), так и более мелких (Старая Ладога, Торопец и др.). Из 20 тысяч проанализированных хвойных стволов более чем для 10 тысяч удалось установить абсолютные даты. Общая протяженность полученных дендрошкал – 1382 года: от дня сегодняшнего до 621 года. Но учтем, что эта краткая характеристика касается лишь одной лаборатории. Всего же дендролабораторий в мире теперь уже десятки…

Но уже давно наилучшие образцы для дендрохронологических исследований были обнаружены среди североамериканской флоры, где произрастает секвойя (Sequoiadendrona) – дерево с фантастическим возрастом, до 3000 лет. Однако еще более долголетними (до 4500 и даже 5000 лет) и, конечно же, крайне важными для сопоставлений оказались живые и засохшие деревья, обнаруженные в Белых Горах Калифорнии – остистые сосны или Pinus aristata. На их базе удалось построить шкалу, уходящую от наших дней более чем на 9000 лет. Именно эти деревья и дали необходимую информацию о содержании радиоуглерода в земной атмосфере в прошлом. Все это оказалось особенно важным, если принимать во внимание процесс участия дерева в биосферном обмене 14C. Все годичные кольца, кроме единственного (внешнего, последнего), как бы «мертвые». Каждый год «отмирает» бывшее некогда внешним кольцо и выключается из обмена: в нем начинается распад 14C. Следовательно, анализ этого изотопа во всяком древесном кольце, дата которого надежно известна, стал основой независимой проверки радиоуглеродных датировок.

Сопоставления обоих этих методов – 14C и дендрохронологии – были проведены в Северной Америке, Западной Европе и даже на севере Азии (в двух последних регионах – по большим сериям ископаемой древесины). Результаты взаимных сопоставлений по всем удаленным друг от друга областям оказались принципиально сходными. Однако два заключения при этом явились наиболее значимыми для исследователей. Во-первых, и это главное, стала совершенно бесспорной принципиальная возможность применения радиоуглеродных датировок для определения возраста памятников древности. Во-вторых, столь же очевидно проявилась необходимость калибровки радиоуглеродных данных, учитывающей изменчивость содержания 14C в атмосфере. Кроме того, выяснилось, что результаты калиброванных радиоуглеродных датировок дают вполне удовлетворительную точность лишь до VIII-IX тыс. до н.э. Для более древних периодов их точность заметно падает, а ранее 40-50 тыс. лет их применение теряет смысл, поскольку изотоп 14C в исследуемом органическом веществе распадается почти полностью.

Александр Гордон: Какие же поправки следует вносить, чтобы получить правильный результат?

Е.Ч. По существу, калибровочная шкала с разной степенью надежности установлена для последних 13-14 тысяч лет. Ею мы и можем пользоваться. Более ранние даты имеют лишь так называемые конвенционные даты, опирающиеся на общепризнанный период полураспада 14C. Ныне в результате развития методов дендрохронологии и датировки по изотопному радиоуглероду археология получила собственную и, в принципе, независимую от исторических источников систему календарных дат максимальной протяженностью до 40 тысяч лет. Базовой основой этой системы явились биокосмические факторы. Независимость археологической системы от исторических хронологических источников отнюдь не предполагает их игнорирования. Наоборот, сопряженность данных обоих важнейших археологических методов с историческими системами датировок и их взаимопроверка должна была служить непременным условием успеха комплексных исследований, направленных по данному руслу.

А. Г. У меня вопрос. Какая допустимая погрешность сейчас принята в археологии?

Е.Ч. По существу, нет каких-то четко выраженных ограничений: мы должны использовать все, что нам предлагают физики. Однако «критика» и оценка полученных дат присутствует обязательно. Ошибки определений возраста зависят от исходной пробы и применявшегося метода изотопного анализа. В последнее время метод стал более чувствительным: пробы по своей массе могут быть меньшими, а точность возрастает.

Радиоуглеродная хронология, представленная теперь многими десятками тысяч дат, отвечала в основном за ранние периоды истории – финальный палеолит, неолит, мезолит, эпохи меди, бронзы и железа. Дендрохронология, также благодаря полученным десяткам тысяч дат, становилась «хозяйкой» средневековых древностей, «опускаясь» в эпохи железа и даже бронзы – вплоть до III тыс. до н.э.

Последствия воссоздания системы «биокосмических» календарных дат оказались чрезвычайно существенными и даже революционными. Вся та графически-умозрительная «пирамида» развития человеческих культур, вычерченная на базе теории «Света с Востока» (о ней мы говорили ранее), претерпела сильнейшие, порой драматические изменения. Оказалось, что многие важнейшие для человеческой истории открытия, – к примеру, горно-металлургическое производство, – свершались за пределами «колыбели» человеческих культур. Иными рисовались ритм и динамика развития культур: их контуры стали представляться отнюдь не плавно восходящими от простого к сложному, но порой весьма неровными, какими-то «рваными». Прогресс мог сменяться трудно объяснимым провалом-коллапсом.

Еще одно привлекало внимание. Финальный или поздний палеолит, датируемый ныне в рамках 40-13/12 тысяч лет назад явился периодом, когда представитель этого исторического периода – человек современного облика, «Человек разумный» или же Homo Sapiens, – стремительно овладел всей сушей планеты Земля. Он проник в самые тяжкие и невообразимые для собственного обитания уголки всех материков. Наиболее впечатляющими подвигами «Человека разумного» стали освоение приледниковой Евразии вплоть до Ледовитого океана и, конечно, заселение Американского континента через застуженную ледяную Берингию – перебираясь с современной Чукотки на Аляску.

А.Г. Но палеолитические люди были и в этих местах?

Е.Ч. Это не подлежит ни малейшему сомнению: следов они оставили предостаточно. В результате стремительного продвижения людей животный мир повсюду отступал перед новыми «хозяевами жизни». А ведь палеолитические «пионеры» преодолевали эти неохватные и неведомые для них пространства, будучи вооружены лишь каменными и костяными орудиями.

В конце позднего палеолита геологический период плейстоцена сменяется новым – периодом голоцена. Тает ледник, поднимается уровень океана. Водные пространства «отрезают» от Азии отныне и Америку, и Австралию. Именно тогда – с заселением суши планеты человеческими сообществами с более или менее однообразной по своему технологическому уровню культурой – завершается первый цикл развития человечества. И именно с финалом этого периода как бы звучит стартовый сигнал для начала, по сути, независимого развития культур на разных материках и в различных регионах.

Вот уже первые шаги пост-палеолитических культур в Евразии преподнесли специалистам новые загадки. Сначала даже могло казаться, что новая «биокосмическая» хронология едва ли не полностью подтверждает теорию «Ex Oriente Lux». Фантастические по облику памятники с каменной архитектурой, великолепной настенной росписью, с металлами, воздвигаются уже необычайно рано – в IX-VII тыс. до н.э.: Чайоню-тепеси, Невали-чори, Чатал-хюйюк и др. Однако наиболее яркие из них мы видим отнюдь не в Египте или же в Месопотамии, но в Малой Азии, на Анатолийском нагорье, где родоначальники «колыбельной» теории никаких сюрпризов подобного рода и не ожидали. Эти поселения-протогорода возникали нежданно, как бы на пустом месте, но затем, просуществовав несколько столетий, столь же внезапно исчезали. Их культура катастрофически сгорала, не оставляя после себя явных наследников и последователей.

Горно-металлургическое производство – или же тот своеобразный «мандат», позволявший причислять металлоносные культуры к разряду кандидатов долгого пути к цивилизациям современного типа – вообще в реальности вспыхнуло спустя тридцать-сорок столетий, в V тыс. до н.э. И уже не в Малой Азии или Египте, но на совершенно неожиданном для нас севере Балканского полуострова и в Карпатском бассейне. Такая вспышка или, если угодно, яркий и даже ошеломляющий взрыв подобного промысла поражал своей мощью: в этом регионе производили огромное число золотых украшений и мощных тяжелых медных орудий.

А.Г. То есть это случилось до Месопотамии?

Е.Ч. Да, и притом задолго! Все это потрясало археологов и историков. Но затем, уже в начале IV тыс. до н.э. северобалканские сообщества оказались в странном упадке; исчезло их внешнее великолепие, а культуры резко снизили уровень того, что недавно было ими достигнуто буквально во всех областях жизнедеятельности. То был реальный коллапс.

К V – IV тыс. до н.э. наметились грани и признаки того ядра евразийских культур, которому суждено будет сыграть самую значительную роль во всей истории человечества. Уже тогда проявились первые признаки социально ранжированных обществ. В них «классовая» принадлежность групп элитарных, с одной стороны, и групп подчиненных, приниженных – с другой, выпячивались ярко и намеренно: внешним символам культуры начали порой придавать смысл первостепенный и наиважнейший. В последующие периоды зарождались явления не менее важные: например, революция в информатике, когда возникали разные системы письменности. Появились первые города. Скотоводы Великого Евразийского Пояса Степей приручили и оседлали коня; и с тех пор конная лава их отрядов стала почти всесокрушающей для врагов (вспомним, что конница оставалась в баталиях главным, таранным видом войска вплоть до 19 века). Открытие колеса и повозки возвестило о постижении совершенно новых принципов в механике.

Именно тогда и, прежде всего, в среде ядра евразийских сообществ, впервые созрело международное разделение труда, без которого совершенно немыслимо представить современный, тесно переплетенный между собой мир.

Но, может быть, наиболее существенным и драматическим следствием бегло перечисленных здесь явлений станет шаг за шагом углублявшаяся (вплоть до почти неодолимой пропасти) неравномерность в историческом развитии народов в различных регионах Земного шара – в Африке – южнее Сахары, в Новом Свете, Австралии… Все они – пошли каждый своим путем. Но для одних дорога оказалась полностью тупиковой: в Австралии, к примеру, люди с трудом преодолевали уровень палеолита. В Центральной доколумбовой Америке сформировались государства с гигантскими городами, с потрясающей каменной архитектурой, с письменностью… Был у них и металл – громадное число золотых и медных украшений.

А.Г. Вы имеете в виду и Южную Америку?

Е.Ч. Да, и если так можно выразиться, и север Южной Америки (вообще все эти регионы чаще всего совокупно именуют Мезоамерикой). Так вот, едва ли не весь металл мезо-американских цивилизаций был направлен на обслуживание только сферы символов. Из него здесь не ковали и не отливали орудий и оружия, то есть того, что делали в культурах Евразийского ядра. Предпочли бы они такой – «евразийский» путь – и кто знает: сумели ли ничтожные по своей численности отряды испанцев в начале 16 столетия так стремительно сокрушить все эти пышные цивилизации? Ведь по существу мезо-американские культуры не сопротивлялись. Кажется, что иррациональные черты в их структурах накапливались очень давно и достигли ко времени появления заокеанских конкистадоров критической массы…

Но вернемся в Евразию. Крайне специфичными являлись черты и динамика развития Евразийского феномена. Характер проявления всех его инноваций был отнюдь не плавным, но каким-то «рваным», скачкообразным или даже взрывчатым. Он хорошо отражается на графиках динамики территориально-хронологического охвата распространения комплексной экономики нового типа.

Стремительно развивались торгово-обменные многотысячекилометровые пути, функционировавшие затем в течение последующих сотен и даже тысяч лет; по ним из исходных горно-металлургических центров «растекались» медь и бронзы; такие торговые трассы покрывали и стягивали плотной сетью совершенно несходные между собой по минеральным богатствам регионы Евразии. Можно было насчитать несколько важнейших волн или же территориальных скачков распространения новых технологий, связанных с освоением металла и металлопроизводства. Ритмичный повтор подобных «скачков» происходил единожды в 7-10 столетий. Благодаря этому, мы легко выделяем критические периоды в истории множества евразийских сообществ и пространственные ареалы самих скачков. Драматические периоды напоминали принцип «падающего домино»: неустойчивость одной центральной «фишки» влекла цепную реакцию калейдоскопических перемен. Последнее вело к драматической ломке и уничтожению соседних отсталых сообществ. И вместе с тем, по какой-то не вполне ясной причине, техно-социальный «взрыв» сравнительно быстро терял свою поступательную энергию. Он как бы выдыхался, и тогда движение резко тормозилось и технологически, и территориально. Замедление нередко принимало явные черты длившейся столетия стагнации. Скорее всего, в недрах прогрессивных культур тогда протекали латентные процессы аккумулирования новой энергии, за чем и следовал, в конечном итоге, новый техно-социальный и пространственный скачок.

Одним из самых ярких таких «скачков» в истории Евразии явился «взрыв» распространения металлоносных культур в первой половине II тыс. до н.э. (т.н. позднебронзовый век), приведший к кардинальным переменам социального устройства у громадного числа совсем еще недавно неолитических народов центральной и северной частей Континента. Общая площадь культур, получивших в свои руки металл, достигла 38-42 миллионов квадратных километров.

Однако за этим сокрушительным рывком последовало странное и столь длительное торможение, которому мы не можем сыскать ни параллелей, ни достойного объяснения. Пресекся обычный семисот или же тысячелетний ритм расширения зоны высокотехнологичных культур. Он сменился трехтысячелетним застоем в пространственном распространении культур этого Евразийского круга или же ядра.

Теперь весь прогресс и вся активная социальная жизнь сосредоточились только внутри этого «ядра». Бронзовый век сменился железным, но пространственные рамки передовых культур Евразийского ядра, по сути, не раздвинулись. Походы Александра Македонского свершались внутри его границ. Последовал период господства в Евразии трех великих государств-империй, раскинувшихся от Атлантики до Тихого океана: Рим, Парфия, Хань. Но их устремления не были нацелены на преодоление некой, казавшейся прямо-таки запретной грани ни на севере Евразийского континенте, ни в Сахаре. Гунны во время великого переселения народов середины I тыс. н.э. прокатились в 4-5 вв. страшным валом от Китая вплоть до Галлии, но все это свершалось опять-таки в рамках «ядра». Чингисхан и его наследники спустя 8 столетий повторили в 13 веке эти кровавые пути на восток, запад и юг, но их не влекли просторы за пределами этих границ…

Прогресс и технологический, и духовный шел своим чередом. В среде евразийских культур накапливается громадный технологический, социальный и духовный потенциал: железная индустрия, океанское флотоводство, формирование империй, огнестрельное оружие… Зарождались великие религиозные учения – буддизм, иудаизм, а следом за ними – мировые религии: христианство и ислам. И вместе с тем, зона охвата этих прогрессивных культур как бы застыла на три тысячи лет.

Ведь не столь уж далеко от них существовали те культуры, которых как будто совсем или почти совсем не затрагивал никакой прогресс. Их сообщества будут существовать здесь до 18-19 вв. Скажем, Степан Крашенинников появился в 18 веке на Камчатке и застал там реальный неолит. А что увидели европейские путешественники в джунглях Южной Африки? Или же, тем более – что застали в Австралии?

Но вспомним, может быть, о самом для нас любопытном: все эти пространства за много тысячелетий до Нового времени, очень быстро (для того времени), преодолели палеолитические люди, вооруженные лишь каменными и костяными орудиями. Возможно ли, скажем, сравнить их с римскими легионами? Ведь те и не пытались преодолеть, к примеру, Сахару…

Эпоха Великих Географических Открытий, когда год 1500 – эта круглая и удобная для отсчета дата – провозглашается в позднейшей историографии почти сакральной, открывает Новое Время. Неравномерность социально-технологического развития человеческих сообществ достигла к тому времени своего апогея. Наконец, евразийское ядро как бы проснулось. Его взор устремился и на запад, и на восток, и на юг. Так началось уже на новом уровне жестокое освоения всей планеты высокотехнологичными культурами. Они взламывали прежние, казавшиеся неколебимыми, границы. Колумб, Магеллан, Васко де Гама, Френсис Дрейк… осваивают безмерные океанские пути. Русские казачьи отряды, начиная с Ермака, сухопутными тропами Северной Азии двинулись на восток, чтобы в конце концов встретиться с западноевропейцами в Новом Свете… Это было началом торжества культур Евразийского феномена, их полной победы на всех континентах. Такой энергичный взлет самым резким образом сменил вялый динамический график распространения новых технологий по Земле в предшествующие три тысячи лет. Достаточно полная и подробная история всего человечества прояснялась для нас лишь за последние два века.

Лишь к 20 столетию происходит технологическое выравнивание культур на всех континентах. В некотором смысле здесь напрашивается определенная аналогия с завершением первого цикла: тогда также имело место глобальное выравнивание технологического облика культур в эпоху позднего палеолита на всей суше планеты. Мы переходим к необычайно важному третьему циклу.

А.Г. У вас наверняка должны быть догадки, почему сначала последовала неолитическая революция, потом – распространение металла, и затем – всплеск 1500 года. И наверняка, действительное «выравнивание» цивилизаций станет реальностью третьего цикла. Мне кажется, что этот процесс уже начался. Но в чем же причина таких неравномерных скачков и резких торможений?

Е.Ч. Точный ответ мне неизвестен. К примеру, я полагаю, что поведенческая суть культуры (или культур) во многом гнездится в ее внутреннем состоянии и ее настрое. Ведь культура и ее нормы, по существу, представляют собой сложную систему запретов. В громадном числе случаев именно запреты конструируют жесткую сетку разрешенных деяний, при этом опираясь чаще всего на священные заветы предков. Диссиденты культуры должны уйти из нее, покинуть «alma mater» чтобы самореализоваться. Тогда и появляется возможность реального прогресса. Ведь нынешнюю Америку в 18-19 вв. создавали европейские диссиденты. Может быть, такие же малоазийские диссиденты IX-VI тыс. до н.э., устремившись на Балканы, стали там творцами металлургической революции V тыс. до н.э…

А.Г. Наконец, еще один вопрос, связанный с курьезами, которые наблюдаются в последнее время на исторической ниве. Я имею в виду в первую очередь господ Фоменко и Носовского. Имея, скажем так, технологию развитую, дендрохронологию, радиоуглеродный метод, который совершенствуется день ото дня, как они умудряются вклинить свои мысли сюда?

Е.Ч. Вы знаете, мы сейчас живем в такое время, когда в обществе царит спрос на новые мифы. Спрос порождает массу предложений. Если анализировать нынешнюю литературу, то совершенно очевидно, что нас буквально захлестывает псевдонаука, лженаука. Ее творения до невозможности карикатурны, и спорить с ними невозможно, неприлично, что ли. С Фоменко, однако, мы спорили. В одном из последних номеров «Вестника Академии наук» вышла наша статья по поводу его попытки полностью передатировать древний Новгород с его удивительной по фундаментальности хронологией. Аргументация оппонентов выглядела уже совсем смешной. Я предложил, к примеру, Фоменко опровергнуть 2 миллиона замеров дендроколец. И редколлегия «Вестника» решила на этом всякий диспут прекратить, невзирая на академические титулы оппонента. Ведь кроме всего, он может сказать и такое: ну кто из нормальных людей может поверить в радиоуглеродный метод? Как же в таком случае вести дискуссию? А люди покупают их бесчисленные книги, потому что они жаждут чего-то такого особенного, невозможного, чего-то связанного с какими-то потусторонними ирреальными вещами.

А.Г. Мне кажется, это и в этом также есть признак того движения, которое началось, то есть старта третьего цикла, о чем мы говорили.

Е.Ч. Да, я думаю, что-то это так. И это, безусловно, одна из самых интересных и сложных проблем науки.

 

Палеонасекомые

12.11.03

(хр.00:41:28)

Участники:

Александр Павлович Расницын – доктор биологических наук

Кирилл Юрьевич Еськов – кандидат биологических наук

Александр Расницын: …естественно, человек – существо любопытное и колоссальные знания накапливались с самого начала; а поскольку письменности не было, все было в мозгу, они историю свою помнили и все обстоятельства вокруг тоже. Поэтому знаний всегда было очень много – об окружающем мире, и о воображаемом мире, мире предков, мире потомков. Это уже потом началась систематизация, и эта систематизация превратилась в науку, но основа-то гораздо старше – знания гораздо старше, чем наука.

Так что и с ископаемыми насекомыми началось, естественно, с человеческого любопытства: а что же это за такой lusus naturae – «игра природы», когда в камне что-то такое оформленное и так похожее на что-то живое? С этого и пошло. В истории геологии, скажем, прогресс подстегнули полезные ископаемые, но в основе все-таки было общее любопытство. И когда находили ископаемых насекомых геологи и ботаники, они их попутно описывали. А когда набралось уже много, и был смысл их изучать специально, постепенно возникла специализация. Можно выделить этапы этого пути. Скажем, первые описания ископаемых насекомых по современным, более или менее приемлемым, правилам, были в 1779-й году; был такой Элиезер Блох, он описывал четвертичных насекомых, в ископаемой смоле, но не древней, а почти современной. Массовое описание началось гораздо позже, в 30-х годах XIX века: описывали как раз либо энтомологи-современщики, либо чаще палеоботаники, геологи.

Потом появились специалисты уже по ископаемым насекомым, но они описывали их всех сразу, все группы, а ведь насекомых такая прорва, что если описывать всех сразу, то описываешь, конечно, плохо. Так продолжалось весьма долго. Но наш «отец-основатель» Андрей Васильевич Мартынов в 36-м году организовал лабораторию в Палеонтологическом институте, и там впервые возникла специализация палеэнтомологов по разным группам. И до сих пор это единственное такое учреждение. И не случайно, в общем, что именно наша лаборатория – ведущая в мире по ископаемым насекомым, например, президент недавно созданного Международного Палеоэнтомологического общества – как раз из нашей лаборатории. Так что это не случайно, это, что называется «specialty of Russian kitchen», в общем, наш коронный номер. Одна из немногих областей, где Россия действительно впереди, и намного впереди, остальных. Сейчас, правда, положение меняется, эта наука быстрее развивается в других странах, скоро нас догонят. Но это не жалко, это на пользу нашей науке.

Но нам пора вернуться, собственно, к предмету сегодняшнего разговора. Почему-то нас сегодня особо интересуют тараканы. Это и правда очень интересные насекомые, хотя бы тем, что они появились на Земле очень задолго до нас и, вероятно, нас переживут. Но все-таки для начала их надо поставить в общий контекст. Тараканы – насекомые. Класс насекомых делится на отряды: отряд жуков, отряд стрекоз, отряд, скажем, термитов, отряд тараканов. Насекомые – это, в действительности, хозяева суши, не звери, не мы с вами, а насекомые. Их полтора миллиона видов, больше чем кого бы то ни было, всех растений, животных вместе взятых.

Александр Гордон: Простите, я только уточню. Я слышал где-то цифру, может быть, вы подтвердите, что биомасса одних муравьев больше, чем биомасса всех млекопитающих, включая человека и слона.

А.Р. Да, я думаю, это несомненно так. То есть, если взять тропики, так там вообще это что-то запредельное, там с позвоночными нечего и сравнивать. И, кроме того, насекомые – действительно главные регуляторы сообществ суши. В пресных водах их тоже много, но там они все-таки не так подавляют. На суше – да.

Кирилл Еськов: Еще чрезвычайно интересно, что в море, например, насекомые проникнуть так и не сумели.

А.Г. Из-за солености?

К.Е. Нет, нет. Точно не из-за солености, потому что…

А.Р. Не из-за одной солености.

К.Е. Потому что в соленых озерах насекомые живут совершенно безо всяких проблем. То есть получается картина совершенно парадоксальная: самый процветающий и обильный класс животных, которые освоили любые жизненные стратегии, – а самая большая на планете экологическая ниша почему-то оказалась для них недоступной. Почему – никому не известно, если говорить честно. Это одна из интереснейших загадок.

А.Г. Фантастика.

А.Р. Да, и это действительно непонятно. То есть имеются разные гипотезы, но, в общем, это не очень серьезно. Так вот, насекомых, понятное дело, насекомыми сделали крылья. Пожалуйста, вторую картинку. Есть, конечно, насекомые, которые никогда крыльев не имели, например, щетинохвостки – на картинке в центре сверху, но их очень мало, их меньше, чем многоножек даже, не говоря уже о пауках. А крылатые насекомые возникли перед серединой каменноугольного периода или, как мы говорим, карбона. Одно из таких насекомых посередине внизу. Они были крупные, крыло 5-8 сантиметров, и сравнительно неуклюжие.

А.Г. То есть в цифрах это где-то порядка 350 миллионов лет…

А.Р. Нет, это 315 миллионов, примерно 315 миллионов лет. Но дело просто в том, что эти цифры гораздо менее надежны, чем слова «каменноугольный период»; вся геохронологическая последовательность выстроена очень хорошо и тонко. Причем, мы очень точно можем различать периоды прошлого, до самых мелких, до того, что сейчас называется ярусами.

К.Е. Геологическую шкалу строили не по абсолютным датировкам, к которым потом привязывали какую-то фауну, соответствующую этим датам. Все было прямо наоборот: сначала делили шкалу по составу фауны и потом уже нанесли на нее эти самые абсолютные датировки. Шкала была закончена еще в 19 веке. А датировки впервые начал делать уже Резерфорд, только в начале 20-го. То есть последовательность действий была такая.

А.Р. Да, и до сих пор многое в датировках меняется. А шкала остается.

К.Е. Именно. Абсолютные датировки меняются, а сама шкала остается.

А.Р. Поэтому мы в своей работе, в общем-то, абсолютными датировками не пользуемся, а пользуемся единицами геологической шкалы.

К.Е. Тут, раз пошла речь о полете и о крыльях, надо сразу упомянуть, что в принципе воздушную среду освоили только две группы, которые являются вообще вершиной эволюции. С одной стороны – позвоночные, с другой стороны – насекомые. Но при этом крыло насекомых и крыло позвоночных – это вещи совершенно разные, это не гомологи, а аналоги.

Крыло позвоночных – это видоизмененная передняя конечность. У всех позвоночных – и у птиц, и у летучих мышей, и у птерозавров (летающих ящеров) – у них у всех передние конечности модифицированы по-разному, но это все равно передняя конечность. У насекомых это нечто совсем другое. В общем, это скорее складка покровов, конечность входит в нее на уровне эмбриологического развития, но очень несущественными частями. То есть это органы по происхождению совершенно разные. Но результат получился в некотором смысле похожий.

А.Р. Просто у членистоногих конечность гораздо сложнее, чем у позвоночных. Она двуветвиста исходно, с боковыми придатками, поэтому тут сложности.

Значит, крылья сделали насекомых насекомыми и, естественно, что крылья и были основой их дальнейшей эволюции, по крайней мере, поначалу. Причем, здесь можно выделить три ясно различающихся стратегии. Первая стратегия, самая прямолинейная: если крыло создало насекомое, то крыло надо в первую очередь и развивать. По этому пути пошли поденки и стрекозы. Крыло у них действительно замечательное, тонкое, легкое, гибкое и прочное. И полет тоже очень хороший, особенно у стрекоз.

Причем, у стрекоз замечательна не скорость, скорость у них вполне рядовая для насекомых, а маневренность. Стрекоза спокойно летит боком, летит назад, не разворачиваясь, что очень важно в чаще растений. И при этом у стрекозы, как на этой картинке справа внизу, крылья могут работать, когда нужно, в противофазе, так, чтобы тело не дергалось и не мешало точно нацеливаться на жертву. Но это прямолинейная стратегия не обязательно самая успешная, прямой путь не всегда самый короткий и самый лучший. И даже стрекозы, которые самые древние из современных отрядов насекомых (тараканы – те только вторые), так вот, ни стрекозы, ни, тем более, поденки никогда не были ведущей группой насекомых.

А весь успех, ну, почти весь, успех достался тем, кто эксплуатировал вторую стратегию. Она была более хитрой и оказалась более плодотворной. Дело в том, что они, эти насекомые, начали развивать не столько само крыло, сколько крыловой мотор, то есть скелет и мускулатуру груди. И на этом пути успех был оглушительный. Прежде всего потому, что на этом пути возникли насекомые с полным превращением. Можно третью картинку? При полном превращении организм проходит в развитии стадии яйца (буквой Е обозначено), дальше личинка (посредине), куколка (внизу) и (наверху) взрослое насекомое. В яйце, понятно, организм только испытывает превращение, но не питается и не растет. Личинка наоборот, она интенсивно питается и быстро растет, но мало меняется. Куколка – это второе яйцо, на этой стадии идут очень интенсивные превращения, превращения из личинки во взрослое насекомое. Ни питания, ни роста в это время тоже нет.

А взрослое насекомое – это просто аппарат для размножения и расселения, взрослые часто питаются, но это не обязательно, а расти не могут совсем. И эта стратегия оказалась хоть и сложной, но оказалась выигрышной, потому что удалось таким образом сделать независимой эволюцию и обеспечить возможность независимого приспособления существам с разной организацией. Потому что у крылатых и бескрылых, естественно, разная среда, и они должны по-хорошему приспосабливаться к разным условиям.

К.Е. И тем самым не конкурируют друг с дружкой.

А.Р. Конечно. И на этом пути они достигли совершено замечательного успеха. Сейчас насекомых с полным превращением гораздо больше, чем всех остальных насекомых вместе, и во многих отношениях они замечательны, хоть они и моложе. Можно четвертую картинку? Здесь показано, что насекомые с полным превращением, разные их отряды возникали в перми, в триасе и даже в юре, то есть в интервале приблизительно от 200 до 300 миллионов лет назад. И, тем не менее, они достигли колоссального успеха, в том числе и в отношении полета, потому что некоторые комары, вроде нарисованной здесь дейтерофлебии, и многие мухи (на правой верхней картинке – это журчалка в полете снята) достигают совершенно немыслимого совершенства и по скорости, и по маневренности.

А.Г. А комары были кровососущими?

А.Р. Нет, эти нет. Эти вообще не питаются. Кровососущие комары возникли сравнительно поздно, в меловом периоде.

А.Г. Уже когда теплокровные животные были…

К.Е. В принципе есть такие кровососы, которые питаются, например, на рептилиях – те же самые мокрецы, то есть связь с теплокровными не является обязательной. Но вот комары, судя по всему, привязаны к теплокровным довольно жестко. Там у них очень сложный жизненный цикл, очень сложная связь с прокормителем, и на рептилиях это, видимо, не получается.

А.Р. У нас специально была работа на эту тему, я сейчас деталей не помню, но могу сказать только одно, что некоторые группы, скажем, мокрецы… Это которые докучают порой страшно, они «размера не имеют», меньше миллиметра длиной…

К.Е. Даже сквозь полог проходят!

А.Р. Да, проходят всюду и житья не дают; я испытывал это на себе достаточно хорошо… Так вот, одни виды мокрецов питаются на теплокровных, другие могут сосать рептилий, а третьи – и третьих много – просто других насекомых сосут! Так что тут всякое возможно.

К.Е. Есть, например, такая экзотика как группа, которая паразитирует на лягушках. Вот такой изыск тропический. Так что, в принципе, на всем бывает. Но комары, именно то, что мы называем комарами, кулициды, они все-таки на теплокровных.

А.Р. Кроме насекомых с полным превращением, по тому же пути первоначального совершенствования именно крылового мотора, пошли цикады, клопы и их многочисленные родственники. Здесь нарисованы, в том числе древние палеозойские, очень крупные, очень красивые палеодиктиопторы, справа внизу нарисовано.

И, наконец, третья стратегия. Ее можно выразить словами, что летать, конечно, хорошо и здорово, но нужно уметь еще и прятаться. И эти насекомые в первую очередь научились складывать крылья так компактно, что они мало мешали им прятаться по щелям, как тараканам. Собственно говоря, первой успешной группой, пошедшей по этому направлению, и были тараканы. Они возникли чуть позже, чем появились первые крылатые насекомые, примерно 310 миллионов лет назад, миллионов на 5 позже самых первых.

Кроме тараканов, в этой же группе, которые начали с того, что научились хорошо прятаться, были в том числе и хорошо нам известные насекомые, такие как уховертки, термиты, скажем, кузнечики со сверчками и так далее. Всех их ждал, кого очень скромный, кого умеренный успех, но никто из них не смог даже приблизиться к самому успешному отряду из насекомых с полным превращением. А здесь есть о чем задуматься, потому что эти самые успешные – это как раз жуки, которые и возникли-то позже, и, вроде бы, похожую стратегию использовали. Они великолепно прячутся, великолепно летают – ну, не великолепно, но неплохо летают. И причина нам, в общем-то, известна. Об этом уже говорилось, это полное превращение. А тараканы и их родственники, в отсутствие стадии куколки, вынуждены были содержать бескрылых и крылатых похожими. Их независимая эволюция была ограничена. И, в результате, приспособление к разным средам было ограничено.

А.Г. Была конкуренция, как вы сказали.

К.Е. В принципе, жить по щелям – это, конечно, неплохой вариант, но при этом сразу возникает проблема – что делать с крыльями? Потому что, на самом деле, если ты отказываешься от крыльев и от полета вообще, тут никаких проблем не возникает, все классно, именно эту стратегию используют различные бескрылые паразиты, типа блох, вшей и им подобных, но это, понятно, путь тупиковый. То есть тут частичный успех возникает, но в целом – это, конечно, тупик. Поэтому дальше вопрос: а чего делать с крыльями? Если насекомое, вроде какой-нибудь бабочки или стрекозы, полезет в щель, то, понятное дело, от ее замечательных крыльев ничего не останется, просто истреплет в лоскуты и все.

Поэтому возникает инженерное решение, в принципе, тут напрашивающееся. Крыльев-то две пары, поэтому на одних крыльях мы будем летать, а вторые, давайте, превратим в твердый чехол, прикрывающий ту, первую, функциональную пару. Собственно говоря, это решение, когда первая пара крыльев превращается просто в чехол, в надкрылья, реализуется в разных группах. У тех же жуков, у тараканов и их родственников.

И вот что еще очень интересно, что жизнь в водной среде, в принципе, накладывает те же ограничения, что жизнь «в щелях». То есть личинок, которые освоили водную среду, очень много, точно так же, как и личинок в скрытых местообитаниях. А вот имаго (взрослых насекомых), которые сумели освоить водную среду, их всего ничего, то есть из крупных групп, это те же самые жуки и клопы, которые сумели сохранить крылья, защищая их этими жесткими надкрыльями.

Причем, надо заметить, что вообще насекомые воду начали осваивать довольно поздно. Это только в середине пермского периода произошло. А до того даже те группы насекомых, которые по нынешнему времени кажутся такими типичными обитателями воды, вроде поденок и стрекоз с их водными личинками, были чисто сухопутными. Стрекозы и поденки известны с карбонового (каменноугольного) периода, но личинки у них у всех были тогда наземные. То есть в воду насекомые реально пошли только в пермском периоде.

А что касается тех трех стратегий, принципиальных, магистральных путей, о которых говорил Александр Павлович, то есть гипотеза, довольно остроумная, что причиной этого разделения были именно внутренние перестройки в самом сообществе насекомых. В каменноугольном периоде, как уже говорилось, первые насекомые были довольно слабо и вяло летающие существа. Собственно говоря, приличный полет им был особо и не за чем. Зачем полет появился? Полет появился, в основном, чтобы насекомое могло избежать хищника, а хищниками были тогда, в основном, хелицеровые (пауки и их родственники), то есть хищники, слава богу, были не летающие. И чтоб от них уйти, достаточно было перепрыгнуть с ветки на ветку, далеко планируя. Поэтому приличный полет просто был не нужен, не за чем.

И тут вдруг в сообществе насекомых появляется крылатый хищник – стрекоза. Хищник с замечательным полетом. И на этом месте возникает что-то вроде абсолютного оружия, то есть стрекоза совершенно без проблем достает все, на что падает ее взгляд. То есть для всех прочих членов сообщества ситуация возникла совершенно кошмарная. В итоге сообщество этих первых архаичных слабо летающих насекомых, оно «обвалилось» совершенно «в ноль», и от нее не осталось практически ничего. И тогда перед всеми насекомыми оказалось только два пути. Либо надо совершенствовать полет, причем делать это желательно другим способом, чем стрекоза, потому что из совершенствования самого крыла уже выжато все. Отсюда возникают все эти группы с замечательным крыловым мотором. Либо второй вариант: плюнуть на этот полет, в смысле – отказаться от активного полета, прятаться «по щелям», а полет использовать только для редких расселительных рейдов. То есть гипотеза остроумная и кажется достаточно похожей на правду.

А.Г. Стрекоза – двигатель эволюции.

А.Р. Да, конечно.

Но ладно, вернемся все-таки к нашим делам.

Среди насекомых, которые начали прятаться по щелям, тоже три группы выделяются, одна группа – тараканы и их потомки, потомки – это (справа наверху) богомол – хищник, а внизу термиты, общественные насекомые.

А.Г. Термиты – потомки тараканов?

А.Р. Прямые потомки тараканов.

А.Г. Но при этом ведущие общественный образ жизни…

А.Р. Да, да, да. И я кое-что еще об этом скажу.

Вторая группа их (следующую картинку, пожалуйста) – это тараканосверчки, почти вымерший отряд насекомых, которых было множество в перми, но потом они очень быстро начали вымирать, и сейчас они редкие, бескрылые, мало известные. Но потомки их опять-таки нам лучше известны. Уховерток знают, наверное, все, вот посередке она нарисована. Справа – это веснянка, наверное, тоже все ее видели, но просто не знали, что она веснянкой называется.

И третья группа, еще более знакомая, – это кузнечики со сверчками и саранчой, палочники и вымерший отряд титаноптор, это были огромные древние насекомые, длиной сантиметров до 25 и до 40 сантиметров в размахе крыльев. Это по размеру птичка, и не самая маленькая! И, вероятно, был очень страшный хищник.

Теперь уже можно перейти более подробно к тараканам. Дайте, пожалуйста, следующую, 12-ю, картинку. Тараканы действительно древние насекомые и мало изменившиеся за 310 миллионов лет их существования. То же плоское овальное тело, припрятанная, незаметная голова с длинными усами, плоская переднеспинка с широкой закраиной. Если крылья есть, то передние – плотные кожистые, прикрывающие задние крылья и брюшко, с очень характерным жилкованием, задние крылья – основной орган полета, на брюшке характерные членистые придатки с волосками, которые не только осязательные, но и чувствительные к малейшим колебаниям воздуха, и так далее.

И образ жизни примерно тот же: прячутся в укрытия, питаются мертвой, часто разлагающейся растительной и животной пищей. И эти признаки нам известны не только для современных, но и для многих ископаемых, и не только янтарных. Некоторые типы осадочных пород сохраняют нам детали совершенно тончайшие. Эти картинки, черно-белые – снятые под электронным микроскопом ископаемые тараканы мелового возраста, от 100 до 130 миллионов лет. Слева внизу – это усик с сохранившимися волосками. Справа наверху – это естественный срез толстого покровного надкрылья с какими-то странными, загадочными емкостями с белым порошком, что это, мы пока не знаем. Справа внизу – это опять-таки естественный разрез через тело самки, и там посередке виден рудиментарный яйцеклад. Вот какие тонкие детали.

Но эта стабильность кажущаяся. Если присмотреться, то изменения, может быть, не всегда броские, но достаточно серьезные. Дело в том, что, как я говорил, класс насекомых делится на отряды, дальше отряды делятся на семейства, роды и виды. Следующую картинку можно? Семейство – очень хороший показатель, инструмент для анализа эволюции разнообразия организмов во времени, насекомых в частности, и вот эти показатели меняются в течение юры, мела и третичного времени.

Так вот, оказалось, что у тараканов состав их семейств довольно сильно менялся в юре и в нижнем мелу. И к середине мела, примерно 100 миллионов лет назад, уже установился современный состав семейства. Дальше уже на этом уровне изменений было мало. А если сравнить, скажем, с теми же жуками, то у них аналогичные процессы происходили раньше, и современный состав установился где-то в начале юры, то есть не 100, а 200 миллионов лет назад. То есть современные тараканы в определенном смысле моложе, чем жуки. Так же, кстати, как и очень древние стрекозы – они тоже моложе, чем современные жуки. Вот такие фокусы.

К.Е. Есть, например, такой стереотип, что акула – безумно древнее, архаичное существо. Да, акулы относятся к хрящевым рыбам – это очень древняя группа. Но современные акулы – вот то, что мы в обиходе акулой называем, типа персонажа фильма «Челюсти» – они появились только в меловом периоде.

А.Г. Моложе окуня.

К.Е. Ну, не моложе окуня, но далеко не самое древнее, что бывает. То есть тут надо оговаривать, на каком уровне мы говорим – видов, семейств, или классов.

А.Р. Конечно.

Недавние изменения тараканов, в общем-то, и на глаз видны, потому что, например, все палеозойские и триасовые тараканы обладали мощным яйцекладом, которым яйца откладывались в почву, в мертвые растения, может быть, даже в живые, в общем, в точности как это делают современные кузнечики и сверчки. А в течение юры и нижнего мела такие тараканы либо вымерли, либо потеряли наружный яйцеклад и стали откладывать яйца в специальные коробочки – оотеки. Вот справа две картинки: у заднего конца обоих этих тараканов видны оотеки.

К.Е. Коробка, которую они носят сзади при себе. Носят, а потом теряют.

А.Г. Это можно часто наблюдать и у прусаков, например.

А.Р. Да, да, вот это и есть. И это очень недавнее, по геологическим, естественно, меркам, приспособление.

К.Е. Причем, что характерно, именно этот переход к оотекам как раз совпал со временем, когда в эволюции тараканов возникли замечательные события. Когда, например, от них произошли два отряда – их непосредственные потомки. С одной стороны, термиты, то есть специализированные потребители растительных остатков, с другой стороны, хищники, богомолы. Вообще, происхождение термитов – это безумно интересная вещь…

А.Р. Секундочку, вы продолжите потом, потому что тут еще есть криптоцерк. Это замечательное существо. Вон, посередине наверху – реликтовый таракан криптоцерк. Он научился воспитывать свою молодежь, примерно так же, как термиты; живет с ними самочка. Более того, он обзавелся кишечными симбионтами, которые помогают ему перерабатывать, переваривать клетчатку. Самое интересное, что эти симбионты-жгутиконосцы – точно те же самые, что у термитов. По этой причине криптоцерка одно время считали предком термитов, но это не подтвердилось, он слишком специализирован. Предки были, наверное, другие, более древние, а криптоцерк просто перезаразился, подхватил кишечную микрофлору у термитов, потому что и те и другие живут в деревяшке и встречаются.

К.Е. Вообще, это действительно чрезвычайно интересно: ведь все иные общественные насекомые относятся к отряду перепончатокрылых. Осы, пчелы, муравьи. И единственный иной пример настоящей социальности у насекомых – это термиты, причем, социальность тут достигается принципиально другим путем. Социальными считаются насекомые, где есть разделение на касты, на размножающуюся и не размножающуюся часть колонии; то есть одни размножаются, а остальные их обслуживают. Так вот, настоящая социальность, эусоциальность, как ее называют, она есть только у перепончатокрылых и у термитов. Причем возникает она принципиально разными способами. У перепончатокрылых касты предопределены генетически, а у термитов по-другому, там есть разные способы выкармливания личинок, и от этого получаются либо размножающиеся, либо рабочие особи или солдаты.

Социальные насекомые появляются, кстати, в разных отрядах примерно в одно и то же время, в начале и середине мела. Почему в разных группах одновременно и явно независимо, разными способами, появляется социальность – это тоже загадка. А ведь социальные насекомые – это одна из групп, которые вообще определяют облик современного мира и современных экосистем. Потому что без ключевых групп социальных насекомых существование, например, тропических лесов современного типа просто в принципе невозможно.

Какие основные характеристики тропического леса? В тропическом лесу нет подстилки – того, что у нас, в наших лесах, в избытке. Это потому что в тропиках любой сучок, который падает, тут же съедается, буквально на ходу. Съедается термитами. Там огромное количество термитов, которые мгновенно утилизуют любые запасы мертвой клетчатки. Перераспределяют ее по почвенному профилю, благодаря чему, собственно говоря, там и могут существовать огромные деревья, растения с глубокими корнями; потому что если не будешь так заякориваться, тебя будет валить.

С другой стороны, у вас есть сплошной полог леса, и никакого ветерка под пологом не существует, поэтому ветроопыление исключается. А у вас – полидоминантное сообщество, очень много разных видов, известно, что на одном гектаре амазонской сельвы больше видов деревьев, чем во всей Англии. Поэтому здесь нужны очень специализированные опылители, прежде всего пчелы.

Еще есть муравьи, которые должны оберегать листовой насос, потому что растения прокачивают воду в значительной степени за счет транспирации. А если у вас вредители сожрут листву, вы одним корневым насосом не прокачаете. Поэтому у нас, например, растения таких размеров, как в тропиках, просто существовать не могут. И за всем этим следят именно те огромные количества муравьев, которые все путешественники по тропикам отмечают. То есть без этих групп социальных насекомых современный мир просто существовать не может. И это все возникло одновременно и очень близкими способами.

А.Г. Почему, ответа на этот вопрос нет…

К.Е. Почему одновременно, опять не понятно.

Тут часто задают вопрос, не может ли случиться когда-нибудь такое, что насекомые нас вообще вытеснят, может быть, они станут огромными… И вообще, с насекомыми связано много фобий, с тараканами теми же, известно, Петр I тараканов тоже боялся. Хотя знаете, я на этом месте совершенно солидарен с Довлатовым: «Я вообще не понимаю все эти претензии к тараканам, вы когда-нибудь слыхали, что таракан кого-нибудь укусил?» Но, тем не менее, фобии существуют.

А.Г. Ужасную брезгливость они вызывают…

К.Е. Да, фобия существует. И эти фобии часто реализуется во всяких ужастиках.

Вот покажите картинку. Это хохма, которую тамошние энтомологи рассылают в качестве новогодних открыток. Насекомые пришли в гуманарий, как мы приходим в инсектарий, и смотрят на крошечных человечков. Так вот, могут ли насекомые стать огромными и нас вытеснить с планеты таким способом? Можно сказать точно – нет. Дело в том, что это запрещено особенностями строения дыхательной системы насекомого. У насекомых великолепная дыхательная система – трахеи. Непосредственное соединение поверхности тела трубочкой с каждой отдельно взятой клеткой. И не нужен посредник вроде гемоглобина. Великолепная система, то есть просто класс. Но, к сожалению, есть оборотная сторона – размер тела должен быть очень небольшой, в пределах сантиметра.

А.Р. Сантиметра трахеи.

К.Е. Потому что в трахее, в отличие от легких, невозможна принудительная вентиляция. Газообмен идет только за счет прямой диффузии. Поэтому просто «из физики» высчитывается предельная длина трахеи: не больше сантиметра. Это и есть предельный размер тела насекомого.

А.Г. А как же эти гигантские стрекозы?

К.Е. Соответственно. Понятно, что когда на планете содержание кислорода в воздухе…

А.Г. Каменноугольный период, да?

К.Е. Да, в каменноугольном периоде содержание кислорода в воздухе было выше, чем нынешнее, оно по многим свидетельствам было выше, и вот тогда да, насекомые действительно могут быть больше. Да, они были крупнее нынешних, но это размах крыльев был до метра, а само тело было более крупное, но не принципиально. То есть – не в разы, не на порядки. Помните, у Обручева, в «Плутонии», была глава «Цари юрской природы» – про муравьев размером с собаку, которые на путешественников напали и унесли у них из лагеря всякие вещи…

А.Г. То есть это невозможно.

К.Е. Это в принципе невозможно!

А.Г. Но вы знаете, червь не должен быть большим, чтобы съесть человека после его смерти. Если они нас сживут…

К.Е. Они, может быть, нас и сживут, но другими способами, не уходя в гигантизм.

 

Философские основания физики

13.11.03

(хр.00:42:46)

Участники:

Владимир Иванович Аршинов – доктор философских наук

Владимир Григорьевич Буданов – кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: … как это мощное, построенное на известном алгоритме тело, может оставаться физикой, не превращаясь в метафизику? Потому что, я так понимаю, философия вопросы задает, а физика все время на них отвечает. Как не свалиться в одну или другую крайность, где тут грань, как удержаться, философствуя о физике?

Владимир Буданов: Когда-то она была много ближе к метафизике, если вспомнить «фюзис» Аристотеля как природу вещей. Физика и должна была предъявлять цели, смыслы этих вещей. Это действительно было очень близко к тому, о чем вы говорите. Но сегодня физика совершенно иная, нежели в античное время. И, хотя, поворот в физике происходит в эпоху Возрождения, в сущности, началось субъект-объектное разделение единой натурфилософской картины мира в раннем средневековье.

Здесь, на мой взгляд, произошли два очень серьезных события. Во-первых, размыкание времени в связи с принятием христианства эллинским миром. С тех пор западный мир, а вслед за ним и исламский мир, постоянно находится в состоянии как бы экзистенциального шока, то есть все время есть подсознательный дефицит времени жизни личности, пробуждающий ее сверх активность – за одну жизнь надо успеть все. Во времена первых отцов церкви в первую очередь успеть спастись. Позже, когда на западе возникают иные, помимо собственно религиозных, ценности ситуация мало изменяется. Сверхнапряжение духовное и ментальное сохраняется, предъявляя и укореняя себя в подсознании уже в раннем детском возрасте через эсхатологическую картину мира которую взрослые рисуют ребенку, впервые осознавшему, что его когда-то не станет. Поэтому Запад – это совсем не обязательно, как сегодня принято говорить, экстравертивная культура. Культура может быть и интровертивной, но важно, что она сверхпассионарна, она сверхнапряжена. Она постоянно находится в состоянии шока. И когда вновь обратились собственно к изучению природы, то с таким же пылом самореализации. Да, и второй момент: это изгнание сакрального из природы с возникновением христианства. Эпоха пантеизма, язычества заканчивается, божественное теперь присутствует в человеке, а не растворено в этом мире. Природа становится предметом. Это, собственно, новое поприще, вещное, объектное открытое теперь для человека с его неизбывной энергией. Но обращение к нему происходит только в эпоху Возрождения, т.к. средневековье все еще боролось с тенями язычества эллинской науки. Это было новое поле для рождения новой науки, новой физики, новой техносферы; а несколько позже оно послужит образцом для новых социальных экспериментов.

Владимир Аршинов: Здесь мы сталкиваемся с весьма сложной проблемой. Физика и метафизика с самого начала их становления в системе человеческого познания как части человеческой культуры были частями некоторого целостного, исторически развивающегося познавательного комплекса. И сейчас, в рамках современной науки постнелассического этапа ее развития, физика и метафизика, будучи относительно автономными друг от друга, продолжают находиться в некотором автопоэтическом структурно-сопряженном единстве между собой. Физика как функциональное единство экспериментальной и теоретической деятельности в своем развитии дистанцировалась от метафизики как специфически автономного способа философствования, с начала прошлого века, в эпоху рождения квантовой механики, теории относительности, когда она овладела средствами позиционирования, средствами разграничения используемых в ней языков теории, эксперимента и философии. Иными словами, в самой физике возникло некое качественно новое ее самосознание, нашедшее свое отражение в высказываниях А.Эйнштейна, М.Планка, Н.Бора и других ее великих представителей.

Связано это было прежде всего с рождением теории относительности. Именно тогда Эйнштейн ввел в контекст физики позицию наблюдателя, наблюдаемость, очевидно, не без влияния идей Маха, не без влияния философских идей, включая и фундаментальные идеи позитивизма. Собственно говоря, это было связано вот с чем. Эксперимент обнаружил отсутствие эфира, отсутствие светоносной среды, существование которой представлялось очевидными для физиков того времени. Именно эксперименты, включая мысленные эксперименты, привели к новому коммуникативному (интеллектуально-инструментальному) представлению о наблюдаемости как основе формулировки нового методологического регулятивного принципа, который позволил физике по-новому выстроить и ее отношения с метафизикой. Не изгнать ее, как пытались настойчиво это сделать в свое время позитивисты, а именно: по-новому выстроить… .

Потому что физика, не имеющая сопряженной с ней метафизики, бесплодна, стерильна, она не может развиваться. И, собственно говоря, в этом состоит особое качество физики как единства, по крайней мере, трех разных языков: теоретического, экспериментального и метафизического. Это качество и определяет свойство физики как своего рода катализатора по отношению ко всей остальной науке, естествознанию в целом, и позволяет, несмотря ни на что, говорить о том, что физика есть если не лидер естествознания, то уж во всяком случае его интеллектуальное ядро. Это связано с особой ее междисциплинарностью и коммуникативностью. Физика родилась как коммуникация человека с природой. Это центральный сюжет знаменитой книги И. Пригожина и И. Стенгерс «Порядок из хаоса». К сожалению, И.Р. Пригожин скончался в мае 2003 г. Это был один из последних из замечательной плеяды великих мыслителей ушедшего столетия, ученый, обладавший масштабным видением, пониманием всей науки в целом как феномена человеческой культуры.

Я хочу сказать, что физика вместе с метафизикой сохраняют свою самоидентификацию во многом благодаря тому, что они вместе обладают системой отрефлексированных методологических принципов, сформировавшейся в течение развития ее в двадцатом веке. Хотя, конечно, они в неявном виде существовали с самого начала рождения физики как науки в лоне европейской цивилизации со времен Коперника. Именно Коперник, по существу, уже осознал конструктивную роль принципа наблюдаемости, который потом пошел через Галилея к Эйнштейну, затем к Гейзенбергу и Бору, а далее к Дике и Картеру… Физика имеет свою традицию, прежде всего, эксперимента, как конструирования реальности феноменов; как организованного, сфокусированного на поставленном вопросе наблюдения и создания системы идеализации, умения математизировать, представлять результаты наблюдения в виде математических формул. Это конструктивное единство естественного и искусственного в физике придает ей качества коммуникативной междисциплинарности. Метафизически говоря, мы имеем, с одной стороны, математический разум, который строит идеальные конструкции из формул, фигур и чисел. Строит вычислительные алгоритмы. С другой стороны, мы вводим в процесс познания фигуру наблюдателя, который видит, слышит, ощущает и сообщает о результатах своего чувственного опыта другому наблюдателю или быть может – метанаблюдателю. И эти два начала –конструктивное и коммуникативное – в физике соединяются.

В.Б. Понимающий разум…

В.А. Да, это понимающий разум, это глаза и мысль, соединенные в синергетически единое целое. Мы с Владимиром Григорьевичем как раз накануне передачи обсуждали этот вопрос, это качество, которое возникло именно в лоне европейской цивилизации. Именно как особый продукт развития культуры. Когда появились люди, некоторые из которых умели делать что-то руками, создавать приборы, наблюдать, и люди, которые умели вычислять, которые обладали общим мотивом, точнее страстью к познанию тайн природы и сознавали общность совместно разделяемых ими ценностных установок. Иногда они, как Галилей, соединяли в себе эти два качества…

В.Б. Леонардо тоже…

В.А. Леонардо еще не был в полном смысле физиком, он не исследовал…

А.Г. Простите, я перебью вас, чтобы задать вопрос об эволюции наблюдателя. Вы начали вести ее от Коперника, наверное, так и есть, но наблюдатель Коперник очень сильно отличается от наблюдателя Эйнштейна. А наблюдатель современной квантовой механики еще сильнее отличается от этих двух предыдущих наблюдателей, потому что становится необходимым звеном и участником этого процесса. И вы упомянули Маха. Мне было бы интересно объединить всех этих трех наблюдателей, их эволюцию, с учением Маха, памятуя о том, как Ленин предлагал бороться с махистами – подойти и сзади палкой ударить по голове, чтобы пришел в себя.

В.Б. Но ведь на самом деле наблюдаемость в таком, так сказать, обыденном понимании, как подглядывание за природой, как невмешательство, было еще принципом античной науки. Поэтому уж если идти оттуда, совсем издалека, то созерцательность и наблюдаемость – это перипатетический принцип, провозглашенный еще Аристотелем, в частности, эксперименты умышленно не ставились. Экспериментальное начало, идущее от Фрэнсиса Бэкона, в общем-то, и окрасило всю науку нового времени в этакие, можно сказать, хирургические мотивы. Где-то, может быть, даже с оттенком инквизиции: поставить природу на дыбу, выпытать ее секреты – вот в чем доблесть естествоиспытателя.

А.Г. Не пугает всё растущая роль наблюдателя в физике?

В.А. В этом смысле, видите ли, этот сюжет, новый диалог человека с природой, о котором написал замечательную книгу Пригожин вместе со своей сотрудницей Стенгерс «Новый диалог человека с природой», как раз и обосновывает ту мысль, что наблюдатель не является по-старому естествоиспытателем, то есть который испытывает природу, ставя ее в ситуацию допроса. То есть наблюдатель – это не допрашивающее начало, познающее, наблюдатель, который соединяет свой ум с мудростью, который ставит природу в ситуацию равноправного партнера по диалогу, это не наблюдатель, это наблюдатель примерно такой же, как я сейчас разговариваю с вами, наблюдаю за вашей реакцией, не более.

А.Г. Хорошо бы так, но ведь додумались-то до антропного принципа, да еще и до «сильного антропного принципа». Мне кажется, что здесь просто есть противоречие в подходах. С одной стороны, пригожинский подход, когда не надо разнимать, не надо изучать разъятое, давайте посмотрим на целое. Есть другой принцип – если меня нет, нечего и наблюдать.

В.Б. Понимаете, здесь еще есть аспект времени, то есть как бы локальность дискурса, наблюдать в конкретном феномене и так далее. Антропный принцип возникает в контексте бытия всей Вселенной как организма, и как продукт его эволюции, так сказать, продукт, которым является сам наблюдатель. Поэтому здесь возникает принцип кольцевой причинности. Он, вообще-то говоря, приходит в физику достаточно поздно и это организмический принцип, который ближе к биологии, а в теории самоорганизации это гиперциклы Эйгена возникновения протобелковых молекул… это обоснование неких самоописывающих, автопоэтических систем. Это даже не совсем физика. Пафос физики все-таки это некий редукционизм, элементаризм, найти первооснову. Это, как радость маленького ребенка, который разбивает папин «Пентиум» и видит, какие там сороконожки-микросхемы…

В.А. Можно, я перебью все-таки. Дело в том, что антропный принцип – это космологический принцип. Это – физика плюс космология …Это новое мировоззрение: антропокосмическое.

В.Б. Но он вышел на организмичность…

В.А. И в то же время, если с философской точки зрения посмотреть, а я здесь все-таки присутствую, в значительной мере, я рассуждаю, от имени философии, здесь торжествует сильный антропный принцип, почему многие физики с ним… Физики есть разные по философским воззрениям. Слава тебе Господи, физика плюралистична с точки зрения философии. Физик может быть и позитивистом, он может быть рационалистом, реалистом, и он может быть идеалистом и субъективным в том числе..

В.Б. Мистиком…

В.А. Не будем сейчас уходить слишком далеко. Но факт, что сильный антропный принцип связан с принципом Беркли. Существовать – значит быть наблюдаемым. То есть, наблюдая мир мы его и творим. Но это не означает, что мы творим его по произволу. Можно, конечно, используя упомянутую инквизиторскую метафору познания, приравнять познавательное наблюдение выведыванию под пыткой скрываемой истины. И тогда познавательное наблюдение есть не более чем часть допроса под пыткой, но не часть диалога. И реальность, творимая таким допросом, не является подлинно человеческой… И поэтому, когда вы сказали, вы видите в конструктивной наблюдаемости угрозу субъективного навязывания природе и другим людям ошибочного иллюзорного понимания, я бы вам предложил другое, интерсубъективное ее истолкование, более доверительное, более дружески ориентированное как к природе, так и к другим людям. Наблюдая, мы творим мир, мы создаем мир. Но поскольку мы как люди, как существа, которые являются частью этой природы, частью этого эволюционирующего мира, то, если мы наблюдаем, и мудро наблюдаем за этим миром, то смею надеяться или хотелось бы надеяться, что мы создаем и творим достаточно мудрый мир, человеческий мир. Вы говорили о противоречии в моих рассуждениях. Я бы хотел немножко это противоречие чуть-чуть снять. Именно в антропном принципе как раз примирение… Антропный принцип в этом смысле, отход от коперниканской позиции, когда начался процесс картины мира, когда мы полагали, что познание мира предполагает удаление человека из картины мира. Чем больше мы удаляем человеческое начало, тем более мы приближаемся к объективной истине, то, что было равнозначно божественной истине. Фактически наука в этом смысле заимствовала очень много от христианской модели мироздания. И фактически я …

В.Б. Идея закона, это…

В.А. Дело в том, что вся европейская наука – это по существу своему, хотя она была в конфликте, конечно, с христианским мировоззрением, но этот конфликт не следует преувеличивать. Если бы не было христианства, как мировоззрения, определенной культуры, если угодно, то вряд ли бы существовала наука в том понимании, в котором мы сейчас ее имеем. Не случайно наука появилась именно в Европе, именно в то определенное время. Это уникальное явление, уникальный культурный феномен, и было бы ошибочно полагать, что она могла появиться, где угодно и когда угодно при определенном, как говорят марксисты, говорили тогда, уровне развития производительных сил общества. Это неверно, потому что, например, наука не появилась в этом смысле в Китае, в Индии, хотя там была высоко развитая культура и всё остальное прочее. Над этим стоило бы задуматься, потому что сейчас вот мы имеем дело не только с феноменом, так сказать, бурного роста научного знания, но и одновременно…

В.Б. Диссипацией…

В.А. Да, с качественным преобразованием самой науки в нечто иное, и, возможно, нам следовало бы задуматься, особенно у нас, в России, над феноменом исчезновения науки. Мы до сих пор не очень хорошо понимаем ту тайну, которая связана с самим становлением науки как особого культурного феномена. У нас нет логически ответственного, самосогласованного метанаучного объяснения появления самой науки. То есть, можно, конечно, предложить много и философских, и культурологических, и разного прочего рода гипотез по поводу возникновения науки, так или иначе отвечающих на вопрос: почему именно в Европе в определенное время за эти 500 лет появился такой удивительный феномен, называемый наукой. В принципе, можно было бы мыслить развитие культуры и цивилизации без науки. Мысленный эксперимент такого рода можно придумать, я сейчас просто не имею возможности и времени представлять эти мысленные эксперименты, но опыт других стран говорит о том, что это вполне возможно.

В.Б. Не было бы крестовых походов, не было бы, так сказать, обратной трансляции эллинского знания научного в Европу через арабов. И кто знает, что бы вообще произошло. Благополучно арабское возрождение завершилось, и Европа не получила бы того импульса, который, собственно, и создал науку …

А.Г. То есть эллины были бы забыты?

В.Б. Да, были бы забыты окончательно.

В.А. Я хочу просто сказать, что, в принципе, у нас нет удовлетворительного объяснения генезиса феномена новоевропейской науки; «науки быстрых открытий», как назвал ее Рэндалл Коллинз в своем фундаментальном труде «Социология философий. Глобальная теория интеллектуального изменения», недавно изданном на русском языке. Возник некий синергетический, самоорганизующийся процесс, в который оказались вовлеченными сначала сотни, потом тысячи, а со второй половины 20-ого столетия и миллионы людей, так или иначе занятых в производстве все новых и новых знаний, их распространении, приложении и потреблении для нового производства. Это нелинейный (вообще говоря, кольцевой) автопоэтический коммуникативный процесс, который, в принципе, обладает свойством самовозобновления, самоподдержания. Он связан, конечно, с образованием, культурой и так далее, но нет оснований думать, что этот процесс будет продолжаться и далее так же стремительно. Более того, есть основания думать, что, наверное, для человечества и нет необходимости в таком, наверное, продолжении.

А.Г. Тут напрашивается одно из продолжений, я предложу его вам, а вы скажете, возможно это или невозможно. У меня есть ощущение, что наряду с этим взрывом научной мысли, научной системы, научной парадигмы, знания образовалась огромная лакуна, связанная вот с чем. Что мы собственно знаем о наблюдателе? Ведь психология и вообще антропология находятся на совершенно пещерном уровне развития. И социология, и какие угодно науки. Они очевидно и заведомо отстают от точных, естественных наук. Возвращаясь к тому, с чего мы начали – не зная наблюдателя, то есть сотворца, человека, который создает этот мир – как мы можем дальше изучать этот мир?

В.А. Я просто продолжу эту мысль, завершу ее. Понимаете, трудно сказать отставание здесь или… Какой-то дисбаланс несомненно существует. И, с другой стороны, физика и естествознание занимались действительно освоением внешнего мира. Действительно весь акцент был сделан на изменении преобразования внешнего мира. Ведь не случайно говорят, что западная цивилизация экстравертна. А восточная – нет. Я уже говорил, что там не появилась наука. Я имею ввиду science, с гуманитарными науками по-другому, но для удобства я их пока оставлю в стороне. Самое существенное то, что как вы сказали «эволюция наблюдателя» идет в сторону более глубокого понимания человеческой природы. В этом смысле возможно, что внешняя эволюция переключится на человека. Об этом писал Эрих Янч в своей книге «Самоорганизующаяся вселенная», человек вступает в коэволюцию с самим собой. Наука в конце концов – это часть эволюции человека. Просто механизм эволюции так устроен, что где-то она происходит быстро, на каких-то уровнях она замирает, потом происходит переключение. И есть основания полагать, что это переключение связано с начавшимся бурным развитием глубинной психологии, трансперсональной психологии, другими психотерапевтическими практиками. Не случаен интерес и к восточным культурам, восточным «психотехнологиям».

В.Б. Я хочу вернуться к самой постановке вопроса. Наблюдатель в физическом контексте оказался ущербным. Давайте посмотрим – что произошло? Церковь боролась с античной натурфилософией, натурфилософией Леонардо, Джордано Бруно. Но Декарт сделал одну гениальную вещь, он сказал: «Богу – Богово, кесарю – кесарево». Наука будет заниматься природой и какими-нибудь низшими психическими функциями, в лучшем случае. Все остальное – под контролем религии. Собственно потому так поздно возникают гуманитарные науки. Стало быть, есть ничейная земля, та самая граница. Но это и есть психология. Поэтому психологии всего лишь сто лет. Чего ждать от нее? Чтобы она восприняла весь богатый опыт натурфилософского понимания и чувствования мира, свидетелей которого сегодня просто не существует? Это раз. И второе – все что сегодня нарабатывается в школах типа трансперсональной, это всего лишь воспроизведение опыта традиции – шаманизм, медитативные практики и так далее.

В.А. Я бы не сказал, что это только воспроизведение. Это еще и переоткрытие…

В.Б. Переоткрытие, несомненно. Я не хочу умалять успехи этих наук, но на нашем современном, более привычном, научном языке это не более чем переоткрытие феноменов, в которых жил целостный человек эпохи натурфилософской картины мира. Поэтому мы, действительно, заполняем сегодня эту психофизическую границу. Кстати, официальная религия и официальная наука прекрасно сосуществуют друг с другом, между ними нет проблем. Одни занятые душой, стабилизацией человека в кризисных ситуациях, когда внешний мир рушится, и понятно, что ничего с ним не поделаешь, надо себя преобразовывать – в этом смысл всех религий. И наука, которая трансформирует этот мир, она действительно экстравертивна. Однако, попробуйте методами науки забраться в душу человека, как это делает психология…

А.Г. Что мешает?

В.Б. Пожалуйста! Но тут же будет реакция со стороны официальной религии. Попробуйте методами психики начать общаться с внешним миром, как это делал древний человек или даже ребенок, для которых психическое и физическое пространства не были разведены.

А.Г. Тут же среагирует официальная наука.

В.Б. Да, поэтому жизнь на границе – сегодня это маргинальное направление. Понятно, что наука будущего должна быть целостной…

В.А. Она должна быть, прежде всего, креативной…

В.Б. Конечно. Она должна решать свои проблемы в диалоге с этими формами сознания и культуры. Физика здесь находится в двойственном положении. Проблема сознания и физической реальности тема отдельная…

В.А. Я дополню то, что уже говорилось о коммуникативности в физике. Вследствие ее особого положения в системе культуры, опирается и на эксперимент, и на математику, и на метафизику, а потому для нее важна проблема границы, контакта. Контакт – это прежде всего контакт людей. Свою знаменитую книгу «Часть и целое» В.Гейзенберг начинал словами: «Науку делают люди. Это простая истина, но о ней часто забывают». Опыт интеграции, коммуникации, диалога, который осуществляется в науке, чрезвычайно полезен для всей культуры в целом. В этом смысле чрезвычайно важен опыт квантовой механики, потому что уже 70 лет идет борьба за понимание квантовой механики. Я знаю, что в ваших передачах этим сюжетам посвящалось много внимания. Это интеллектуальная площадка для тренировки навыков современного многопозиционного коллективного системного мышления.

А.Г. Я ничего не понял, но привыкать уже начал.

В.Б. Я хочу откомментировать эту реплику – «ничего не понимаю, но начал привыкать».

В.А. В физике то же самое…

В.Б. Физический факультет МГУ, третий курс. Очень сильные ребята, одни из лучших, уходят с факультета. Почему? Начинается изучение теоретической физики, раздела «Квантовая механика». До этого у них была сложившаяся и стройная картина мира. Они видят в цветных разводах бензина в луже и переливах крыльев стрекоз интерференцию, а в завывании пролетающей мимо электрички эффект Доплера; у них уже есть второй язык, ты все переводишь на этот язык…

В.А. Ты уже физик.

В.Б. Есть ощущение, что все понимаешь. И вдруг понимаешь, что ты полный идиот. И тебе говорят, что это безнадежно, ты никогда не поймешь. Был у нас замечательный профессор Григорьев, он говорил: «Ребята, потерпите семестр, просто потерпите, потом привыкните».

В.А. Ричард Фейнман нас утешал, говоря, что квантовую механику никто не понимает. Когда появилась теория относительности, ее, кроме Эйнштейна, еще человек пять понимали. А квантовая механика, хотя и создана людьми, но ее никто не понимает.

В.Б. И это правильно. Именно поэтому Эйнштейн и не смог примириться с Бором. Он проделал анализ основных понятий – длина, время. Заново разобрал по косточкам и отшлифовал процедуры измерения…

В.А. Наблюдателя сконструировал.

В.Б. Потом заново собрал картинку, получил новые инварианты, старые инварианты разрушились, длина стала относительной, промежутки времени тоже. Зато появились инварианты четырехмерных пространственно-временных интервалов …

В.А. Недаром говорят, что теория относительности – это теория абсолютности.

В.Б. Да, можно было бы ее и так называть. Кстати, идею инвариантов Эйнштейн взял из лингвистических практик, тогда он посещал кружок лингвистов в Цюрихе. Фактически Эйнштейн десакрализовал, вернул исходную свежесть свернутым смыслам. «А равно Б» – это свернутое тождество. В это тождество еще надо вдохнуть некую жизнь, заставить его действовать. Что такое «А равно Б»? Мы берем эти А и Б, предлагаем способ их сравнить и после этого заключаем, каковы они. И всякий раз надо напоминать смысл, проводить некую развернутую деятельность, процедуру. Так вот, в квантовой механике эти шаги деятельности лежат вне нашей реальности, они лежат в абстрактных, бесконечномерных пространствах, они совершаются с какими-то комплексными волновыми функциями. И там это все очень напоминает того самого сказочного Хоттабыча, который трох-тибидох, волосочек разорвал, и у тебя всё получилось.

В.А. Но все-таки, Володя, вспомним, что познание – это игра на разгадывание имени предмета, иногда заранее кем-то загаданным, а иногда (как в случае квантовой механики) нет…

В.Б. И вот это то, что Эйнштейн не смог пережить на самом деле. Хотя рецепт есть, есть реальность одна, после эксперимента получается реальность другая, всё объясняется, но объясняется за кадром. Объясняется на языке совершенно не чувственных образов. С этим Эйнштейн уже не смог примириться. Поэтому онтология квантовой механики не достроена, в классическом смысле.

А.Г. И не может быть достроена, пока не будет достроена теория наблюдателя.

В.А. Тема наблюдателя – это тема психической реальности по существу… Это теория реальности не вашей и не моей, а той виртуальной, что между нами. Какая может быть теория по этому поводу. Я думаю, здесь уместно было вспомнить пример Уилера, который наглядно иллюстрирует специфику процесса измерения в квантовой механике на примере игры в 20 вопросов. Есть такая игра на угадывание-отгадывание слова. Люди загадывают слово в ваше отсутствие, потом вы заходите и пытаетесь с помощью вопросов, разгадать загаданное…

А.Г. Существительное или не существительное – редукция такая.

В.А. Да, естественно, процесс этот сходится, в конце концов, вы угадываете этот предмет. Парадоксально, но за 20 вопросов вы вполне можете уложиться, и грамотно их задавая, угадать. Принцип один, игра, как говорил Эйнштейн, честна, то есть вы не можете перезадумывать и так далее. И правила игры заданы именно этим.

В.Б. Это область классической физики.

В.А. Но Уиллер приводит и другой пример. Он рассказывает: «Я очередной раз вышел из комнаты, захожу, и чувствую подвох. Но не могу понять в чем». Это и есть квантовый подвох. Я сразу, забегая вперед, об этом скажу. Люди улыбаются. Он начинает угадывать и видит, что каждый ответ на его вопрос требует больше и больше времени. Человек, отвечая, все больше задумывается. Но отвечает он честно. То есть каждый его последующий ответ согласован с предшествующими. Принадлежит этот предмет к миру живой или неживой природы, и так далее, и так далее. И вдруг в конце концов он спрашивает: ну, что, это облако, или что? И раздается смех: оппонирующая сторона или пропонент, вынужден ответить, у него нет выбора. Он отвечает – «да, это облако», хотя никакого облака вначале не задумывалось. Но, сообразуясь с логикой вопросов этот процесс сходится. Это и есть квантовое измерение, которое создало (сконструировало) реальность облака …

А.Г. Возникло облако, которого не было.

В.А. Но откуда оно возникло? Оно возникло из нашей психической реальности…

В.Б. Из культурного тезауруса.

В.А. Из нашей культуры, из нашей ответственности перед логикой в конце концов, из нашей честности, нравственности, ценностей наших, если угодно.

А.Г. То есть квантовая механика – это нравственная категория.

В.А. Если угодно, да.

В.Б. Она нравственна в том смысле, что мы связаны с ней.

В.А. Эйнштейн же правильно говорил, что господь Бог изощрен, но не злонамерен. Он же верил в это. Это бог Спинозы, именно здесь он. И поэтому не надо с природой бороться, надо относиться к природе по природному. То есть в этом отношении квантовая механика – это большая ценность…

В.Б. Не по-человечески, а по природе…

А.Г. Так все-таки, я хочу, чтоб мы, если не ответили на вопрос, то задали его заново. Физика будущего, без чего она невозможна?

В.Б. Без человека невозможна. У Фон Неймана и Вигнера есть такая интерпретация: где же происходит редукция волновой функции.

А.Г. Здесь или там?

В.Б. Да, так вот, их интерпретация – все-таки здесь. И в каком-то смысле идея Пригожина, идея самонаблюдающей вселенной, в каком-то смысле приводит к этому разуму…

В.А. Приводит к космическому сознанию, мы должны это признать, нам некуда деться.

А.Г. Уж больно крамольно звучат эти слова сегодня.

В.А. Это с точки зрения ортодоксального материализма. В конце концов, речь не идет о том, чтобы сказать, что теперь физика будет заниматься только сознанием. Нет вовсе. Просто мы должны признать тот факт, что мир, который нас окружает и частью которого мы являемся, который развивается, изменяется, является сложной комбинацией возможности нашей свободы и нашей же ответственности за ее сохранение как залог нашего будущего развития. Это мир сложной комбинации психического и того, что мы раньше называли материальным. Ведь мы до сих пор не знаем, электроны имеют свободу воли, или нет. Мы сейчас ответственны за то, что бы научиться по-новому ставить наши вопросы себе и природе, отказаться от навязчивой привычки мыслить реальность – внешнюю и внутреннюю – с помощью линейно выстроенной цепочки вопросов типа, что первично, а что вторично. Первична материя или первична идея, или первична мысль или ее предмет. Мы должны научиться по-новому мыслить в том новом нелинейном мире, в котором мы живем, который мы творим вместе с другими людьми… А научиться по-новому это значит по-новому ставить вопросы и уметь слушать ответы на них, что очень важно. Вот эта физика будущего.

В.Б. Потом, не забывайте, что физика до сих пор еще до конца не освоила холистический взгляд биологии, эволюционного подхода. Если же мы говорим о макроскопических квантовых эффектах, когда есть единый… Мы же на самом деле все соединены едиными волновыми функциями, которые когда-то в далеком прошлом были объединены. Вы захотели как-то повлиять, как мы в опытах… «Влиять» здесь в кавычки надо поставить.

В.А. Это очень важно вспомнить в заключении.

В.Б. Хотите подействовать на какой-то объект на колоссальном расстоянии. Вы должны совершить редукцию части волновой функции этого объекта, который тоже является компонентой этой волновой функции здесь…

В.А. С помощью деятельности «здесь и теперь».

А.Г. Являясь макрообъектом. Используя для этого макроприборы ….

В.Б. Ваши действия тоже являются продуктом некоей волновой функции, которая также вписана в контекст всей Вселенной, тем самым наше сознание самосогласованно совершает все это. Именно холистическое, организмическое начало должно быть добавлено – принципы кольцевой причинности, самоописание и так далее. Это процедура сборки, это процедура синхронистичности, которые сегодня просто еще не ассоциированы.

А.Г. Тут возникает другая печаль, у меня например. Потому что здесь опять возникает детерменизм, только уже на другом, более высоком уровне…

В.Б. Возможно, вы правы, но это видите как? Сверхдетерминизм, это вопрос открытости, закрытости вселенной. Когда мы говорим о метасистемах, здесь такие вопросы становятся не всегда корректными даже. Потом детерминизм – не детерминизм, теория динамического хаоса, она эти проблемы в большой степени смягчает именно через категорию открытости. Потому что любая неустойчивая система, как бы вы ее не пытались сделать маленькой вселенной, разглядывая на ладошке, ничего не получится. Она всегда открыта.

В.А. Знаете, это конструктивный детерминизм будущим. Ведь будущее – это то, что мы создаем сами. Так что это самодетерминизм в том смысле, что мы личностно ответственны перед будущим и за будущее, создаваемое нами. Поэтому это не фатализм, это не сверхдетерминизм. Мы находимся «внутри» создаваемого нами цикла кольцевой причинности, охватывающего прошлое, настоящее и будущее. Этот цикл определяется нашим языком, нашим сознанием, внешними и внутренними параметрами порядка мироздания как открытой, незавершенной системы циклов самоорганизующихся процессов, частью которых мы сами являемся. Мы создаем будущее, но мы ответственны за то, что создаем, и тем самым мы ответственны за те причины, которые нас ведут к этому будущему. Это и есть кольцевая причинность. Да, мы живем в гораздо более сложном мире….

В.Б. Мы возвращаемся в телеологии…

В.А. Но на совершенно новом уровне.

А.Г. Напоследок, на закуску, хочу задать вопрос, который я уже, наверное, раз 10 задавал в этой студии, когда в кадре, когда за кадром. Хочу, чтобы вы на него ответили. Рассуждая здесь о происхождении вселенной по одной из космологических схем, я понял, что есть представление о том, что вселенная, собственно, появилась как результат флуктуации первичного вакуума. Это более-менее общепринятая теория на сегодняшний день. И что имел место барьерный переход, явление это квантовое и как квантовое явление нуждается в наблюдателе. Вот тут и возникает вопрос: кто был тем наблюдателем? Потому что если это некий Господь Бог или Вселенский Разум той вселенной, которой еще не существовало, то этот наблюдатель не в системе, а находится вне ее и не может являться наблюдателем.

В.А. Почему? Нет. Дело в том, что понятие наблюдателя связано с позиционированием. У Уиллера есть очень хорошая картинка внешнего и внутреннего наблюдателей. Один создает реальность, а другой ее наблюдает. Но оба они должны находиться в кольцевой коммуникации между собой.

А.Г. Верно. Говоря о такой коммуникации и о кольцевой причинности, здесь была выдвинута такая гипотеза. Гипотеза о том, что, обладая определенным инструментом, который стал возможным благодаря тому, что физика развивалась именно в этой парадигме, а не в другой, мы со дня на день или с года на год, сможем зарегистрировать, скажем, гравитационные волны. И получим новый инструмент, который позволит нам заглянуть за реликтовое излучение, увидеть тот самый момент возникновения вселенной. Тогда мы, то есть сегодняшнее разумное человечество, и станем тем самым наблюдателем, который был необходим для того, чтобы эта система запустилась. Как вам кажется?

В.Б. У Азимова это прописано в книге «Конец вечности».

В.А. Вы знаете, я бы не стал на гравитационные волны уповать таким образом. Вопрос о том, насколько все человечество в целом станет своим собственным наблюдателем – это как раз вопрос кроскультурного диалога, это не только науки вопрос и не только в науке. Наука – это часть человеческого предприятия, только часть человеческой эволюции, часть того, что Тейяр де Шарден назвал «феноменом человека» . Печально, если бы вся человеческая эволюция свелась к развитию науки и последующему развитию человека на только научной основе. Но я все же уверен, хотя я и физик по образованию, но как профессиональный философ в последующем, а потому в некотором смысле и физик, и метафизик, что, к счастью, мир гораздо более интересен даже в этом качестве. Есть ли гравитационные волны или нет… Есть еще нейтрино, есть еще не открытые хиггсовские базоны, ради открытия (конструирования) которых строится новый суперколлайдер в ЦЕРНе, около Женевы……………. Допустим, найдут хиггсовские бозоны и гравитационные волны. И с их помощью как инструментов познания можно будет увидеть новые реальности, изменить старые. Но так или иначе, это будут человекомерные реальности, в которых человек должен сохранить свое человеческое качество, даже если наше будущее будет называться «постчеловеческим», как называет его Фрэнсис Фукуяма в своей последней книжке «Our post-humane future»…

 

Биотический круговорот

18.11.03

(хр.00:47:33)

Участник:

Владимир Васильевич Малахов – член-корреспондент РАН

Александр Гордон: Сегодня нам предстоит услышать несколько необычное утверждение о том, что человек как биологический вид сыграл свою роль в эволюции биосферы и вот-вот должен уступить место другим видам, которые будут продолжать эстафету жизни на земле. Так вот, у вас есть почти 40 минут для того, чтобы объяснить, почему вы так думаете.

Владимир Малахов: Вообще-то, я бы не сказал, что Гомо сапиенс уже сейчас сыграл свою роль, выполнил ее полностью. Но я действительно хочу в этом рассказе как-то подвести слушателя к тому, что человеческую цивилизацию обязательно ожидает естественная гибель, естественное исчезновение. И что этот процесс – умирание цивилизации, однако, не означает, что жизнь на Земле закончится. Жизнь на земле не закончится, она будет продолжаться и достигнет новых высот, но уже без человека. Человеческая цивилизация появилась на земле в связи с тем, что в этом была определенная необходимость с точки зрения развития биосферы. И выполнив свою функцию, она естественным образом исчезнет.

Правда, для того чтобы подвести к этой мысли, я все-таки вернусь далеко назад – к периоду появления жизни, к периоду появления биосферы. Все методы, которыми располагает наука, показывают, что Земля, как и все остальные небесные тела Солнечной системы, сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад. Первичная Земля сильно отличалась от современной, в частности, тем, что в течение первых 500 миллионов лет она была практически сухая, то есть на ней не было ни океанов, ни морей. Вода, более или менее обширные водоемы появились примерно четыре миллиарда лет назад, за счет постепенной дегазации недр планеты. Водяной пар, выходивший из недр планеты вместе с другими газами, конденсировался, и в результате этого на Земле появились водоемы. На картинке вы видите художественное изображение Земли до появления на ней водоемов.

Как только появились более или менее обширные водоемы, так появились и первые осадочные породы, возраст которых датируются примерно 4 млрд. лет. И уже в этих первых осадочных породах мы находим несомненные признаки живых организмов. Самые древние осадочные породы – это формации Исуа, и в этой формации уже обнаружены такие следы существования примитивных бактериальных организмов, близких к современным сине-зеленым водорослям, к цианобактериям. Бактерии и сине-зеленые водоросли – это так называемые прокариотные организмы – организмы без клеточного ядра.

На картинке вы видите шлифы архейских пород возраста более 3 млрд. лет, на которых видны древние прокариотные клетки, очень похожие на современные цианобактерии. Рядом с ними – фотография строматолитов – это породы, которые образовывались в результате деятельности древних цианобактерий. Интересно, что не так давно – всего несколько десятилетий назад – похожие породы, точнее постройки, похожие на древние строматолиты, были обнаружены и в современной биосфере. На следующем слайде – современные строматолиты и рядышком – строящие их современные цианобактерии. В современной биосфере это – довольно редкие образования в очень специфических условиях. Эти строматолиты – из австралийского залива Шарк бей. Там, в условиях высоких температур, относительно низкого содержания кислорода и большой солености образуются современные строматолиты.

Вот, начиная с периода, отдаленного от нас на 4 млрд. лет (это время появления жизни и биосферы), в течение последующих 2-х млрд. лет биосфера была прокариотной. А на протяжении двух миллиардов лет бактерии, то есть прокариотные организмы, осуществляли весь существовавший тогда биотический круговорот. Так называемые автотрофные бактерии создавали органическое вещество из воды и углекислого газа, используя энергию солнечного света (то есть, за счет процесса фотосинтеза) или энергию химических реакций (этот процесс называется хемосинтезом). Но ведь понятие круговорота подразумевает, что созданное органическое вещество затем разлагается снова до углекислого газа и воды, и организмы могут снова использовать их для нового цикла круговорота. В древней биосфере этот круговорот функционировал очень неэффективно. Органическое вещество разлагалось под действием физических и химических факторов, то есть очень медленно. Отчасти органическое вещество разлагалось и под действием тех ферментов, которые выделяли наружу гетеротрофные бактерии – то есть бактерии, которые используют готовое органическое вещество. Это тоже медленный процесс. Поэтому огромные массы созданного автотрофными бактериями органического вещества просто захоранивались, становились недоступными для других организмов, выходили из круговорота. Вот что означает, что биотический круговорот в биосфере, состоящей из одних бактерий, был несовершенным.

Дело в том, что прокориотные организмы – бактерии, не умеют никого заглатывать. У бактерий ведь практически не бывает хищничества. Даже если (очень редко) у бактерий есть какие-то формы, которые называют хищниками, то приходится признать, что хищничество это – очень своеобразно. Хищник оказывается значительно меньшим по размерам, чем жертва, и разрушает жертву изнутри.

Вот тут изображен такой маленький вибрион, бделловибрио, который проникает в крупную бактерию и разрушает ее изнутри.

Совсем иначе поступают так называемые эукариотные организмы – организмы с клеточным ядром. Они могут заглатывать свою добычу, а затем переваривать ее либо в пищеварительных вакуолях внутри клетки, либо в кишечнике. Дело в том, что они обладают двумя клеточными белками – актином и миозином. Они есть у всех эукариотных организмов, то есть у всех организмов с клеточным ядром – у животных, у растений, у грибов. Это те белки, которые обеспечивают всякую подвижность – амебоидное движение, формирование пищеварительных вакуолей, сокращения клеток, в том числе и мышечные сокращения. Это – универсальные белки клеточной подвижности. И когда они появились, организмы научились друг друга заглатывать.

До появления актина и миозина, до появления эукариотных организмов органическое вещество, которое создавалось бактериями, некому было съедать. Это вещество очень медленно разлагалось под действием физических и химических факторов и захоранивалось. В первые два миллиарда лет существования биосферы накопились громадные запасы сланцев, нефти, газа, а ведь это все – углерод. Когда-то он был в телах живых организмов, а потом из-за несовершенства биотического круговорота этот углерод не смог вернуться снова в этот круговорот.

Здесь нужно еще раз подчеркнуть, что в этот ранний период существования биосферы много бактерий занималось не только фотосинтезом, а хемосинтезом. То есть они занимались окислением разных субстратов, осуществляли другие химические реакции, в результате которых осаждались окислы и другие соединения металлов, то есть формировались руды. Таким образом, многие руды металлов, которыми мы до сих пор пользуемся (железа, марганца, урана, по некоторым представлениям, даже золота), – это тоже результат несовершенства биологического круговорота – их создали древние бактерии. Иногда это громадные залежи, которыми человечество пользуется до сих пор. Иногда, это громадные залежи, такие как, скажем, Курская магнитная аномалия.

А.Г. А она органического происхождения?

В.М. Да, она органического происхождения. Это громадные залежи, ведь это месторождение потому и называются аномалией, что даже стрелка компаса там неправильно показывает. И это громадное количество железа отложено в результате деятельности железобактерий около двух миллиардов лет назад – это время образования многих руд, которыми человечество пользуется в наше время.

Появление актиново-миозинового комплекса позволило организмам осуществлять разные формы клеточной подвижности, например, образовывать псевдоподию. А с помощью этих псевдоподий можно двигаться, а можно еще и заглатывать другие клетки. Первые эукариотные формы – это как раз и были существа, которые приобрели актин и миозин и смогли заглатывать других организмы.

Появление клеточного ядра было связано с появлением актина и миозина и переходом к хищному способу питания. Способ питания эукариот путем захвата пищевых частиц означал, что хищник был крупнее жертвы. Действительно, линейные размеры мелких почвенных амеб или жгутиконосцов, питающихся бактериями, приблизительно в 10 раз больше размеров бактерий. Таким образом, объем цитоплазмы эукариот приблизительно в 1000 раз больше, чем у прокариот. Такой большой объем цитоплазмы требовал и большого числа копий генов, чтобы снабжать увеличенную цитоплазму продуктами транскрипции. Один из способов решения этой задачи – умножение числа генофоров. То, что биологи называют полиплоидией. Действительно, есть крупные бактерии, и это – так называемые «полиплоидные бактерии» с большим числом кольцевых молекул ДНК. Вероятно, и предки эукариот с большим объемом цитоплазмы пошли по пути мультипликации генофора. Множественные генофоры и стали зачатками хромосом.

Сильная подвижность цитоплазмы, которая возникает при амебоидном движении и формировании пищеварительных вакуолей, требовала некоторой сегрегации компонентов внутри клетки. Иначе наследственные молекулы – генофоры, то есть кольцевые молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация, оказывались бы поврежденными и разбросанными по всей клетке. Можно предполагать, что для защиты наследственных молекул – молекул ДНК – возникла некоторая центральная защищенная область цитоплазмы, произошел процесс компартментализации цитоплазмы. Вот эта центральная защищенная область цитоплазмы – и есть клеточное ядро. На рисунке показано, как формируется эта центральная область – за счет глубоких впячиваний поверхностной цитоплазматической мембраны. При этом ядерная оболочка оказывается двойной – что и наблюдается на самом деле.

Эта схема выглядит умозрительной, но, как это не удивительно, в современной биосфере есть организмы с таким строением ядра – с двойной ядерной оболочкой, но с хромосомами в виде кольцевых молекул ДНК (как у бактерий) и без типичных ядерных белков – гистонов. Я имею в виду динофлагеллят, одноклеточных жгутиконосцев, которых ботаники обычно называют перидиниевыми водорослями.

И это важнейшее событие – появление эукариотных организмов, которые могли, используя актиново-миозиновую систему, заглатывать бактерии – необычайно ускорило биотический круговорот. Эукариотные хищники заглатывали и переваривали бактерий, возвращали в биотический круговорот углерод и другие биогенные элементы. Биотический круговорот стал работать с несравненно большим КПД, выход вещества из круговорота резко уменьшился. Правда, то, что было захоронено в предыдущие два миллиарда лет, живые организмы достать уже не могли. Это так и лежало в этих захороненных пластах.

И вторая важнейшая вещь, связанная с деятельностью первичных организмов – прокариот – это появление в атмосфере кислорода. По современным представлениям первичные организмы, населявшие землю, были в основном автотрофными организмами. В частности, это были фотосинтезирующие бактерии (более или менее похожие на современные цианобактерии). А ведь в результате фотосинтеза выделяется кислород. Первичная атмосфера была бескислородная, мы хорошо это знаем, потому что в это время образовывались неокисленные руды, например, пириты, которые в кислородных условиях не образуются. Первые два – два с половиной миллиарда существования биосферы – это был бескислородный мир. На самом деле, в этом бескислородном мире были «кислородные карманы» (по выражению академика Г.А. Заварзина), например, в толще строматолитов. Но вся остальная биосфера была бескислородная. Тот кислород, который выделялся в процессе фотосинтеза, тут же связывался химическими веществами, и прежде всего – железом. В первые два – два с половиной миллиарда лет железа было относительно много в поверхностных слоях Земли. Но железо, как тяжелый элемент, постепенно уходило в глубь планеты в результате гравитационной дифференцировки. Это тот процесс, благодаря которому постепенно появилось тяжелое железное ядро и относительно легкая силикатная мантия.

А до этого все это железо в поверхностных слоях поглощало выделяемый в процессе фотосинтеза кислород. И как раз приблизительно два – два с половиной миллиарда лет назад произошло очень важное событие – атмосфера стала кислородной. Концентрация кислорода стала приближаться примерно к одному проценту. И это была настоящая катастрофа, глобальный биосферный кризис. Дело в том, что кислород – очень активный элемент. Он окисляет и тем самым разрушает очень многие органические соединения. На самом деле, это остается проблемой для живых организмов до сих пор. Вы ведь знаете, что очень многие лекарства называются антиоксиданты. Это вещества, препятствующие окисляющей деятельности кислорода. Благодаря деятельности кислорода в клетках образуется недоокисленные соединения, радикалы, которые разрушают клеточные мембраны, повреждают генетический материал и т.п. Кислород очень активный элемент, и справляться с ним нелегко.

Сейчас эукариотные организмы с кислородом справляются, потому что у них есть особые органеллы в клетках – митохондрии. Митохондрии окружены двумя цитоплазматическими мембранами. Одна из них внутренняя – это мембрана самой митохондрии, а наружная – это мембрана той вакуоли, в которой митохондрия находится. Митохондрии осуществляют процесс окислительного фосфорилирования. Они не только поглощают и использует тот кислород, который находится вокруг нас, но за счет окисления ненужных клетке продуктов обмена производят огромное количество энергоемкого соединения – АТФ, которое используется на все метаболические нужды клетки: на движение, на сокращение и на различные биосинтетические процессы (включая синтез белка).

Важно подчеркнуть, что митохондрии – автономны. Что значит автономны? На самом деле, у них есть собственный наследственный материал. У них есть собственная ДНК, и эта ДНК хоть и небольшая, но устроена так же, как ДНК бактерии. Это – кольцевая ДНК, такая же, как у бактерий, и в ней записаны собственные митохондриальные гены. У митохондрий есть и автономный аппарат для биосинтеза белка – собственные рибосомы, причем, это рибосомы бактериального типа. И размножаются митохондрии путем деления, они не возникают в клетке заново. Митохондрии – это как бы оксифильные (то есть любящие кислород) бактерии, поселившиеся внутри клетки, вся остальная цитоплазма которой боится и не любит кислорода.

Вот почему и возникла идея о том, что митохондрии – это симбионты. Когда-то давно древний эукариот питался какими-то оксифильными бактериями, а потом вступил с ними в симбиоз. Он стал их не переваривать, а наоборот, культивировать внутри цитоплазмы. И это дало возможность эукариотным организмам выйти за пределы этих крошечных аэробных карманов, когда вся биосфера стала кислородной. Установления этого симбиоза с митохондриями позволило эукариотным организмам жить в атмосфере, наполненной этим ужасно агрессивным веществом – кислородом.

А.Г. Модульная сборка получилась.

В.М. Да, получился такой удивительный и очень важный симбиоз. И на этом, конечно, симбиоз не закончился. Симбиотическое происхождение предполагается для многих других органелл эукариотной клетки, например, для жгутика. На картинке показано два этапа симбиоза: один раз – с митохондрией, а другой – с какой-то подвижной бактерией (похожей на спирохету), которая стала прообразом жгутика. Удивительно, но ведь жгутики и реснички всех эукариотных организмов совершенно одинаковы. Если вы возьмете инфузорию-туфельку, какую-нибудь трихомонаду, ресничного червя, сперматозоид папоротников (у папоротников есть сперматозоиды!) и эпителий трахеи человека, то обнаружите совершенно идентичное строение. И, возможно, это строение унаследовано тоже от какого-то симбионта – древней подвижной спирохетоподобной бактерии.

Происхождение эукариотной клетки – событие, произошедшее около 2 млрд. лет назад. Именно в породах этого времени мы находим остатки крупных сферических клеток 50-60 микрон в диаметре – так называемые акритархи. Таких больших по объему клеток среди прокариот не бывает. Вот почему, скорее всего, рубеж кислородной революции – 2 млрд. лет назад – это одновременно и время появления эукариот. Кроме того, в породах того времени обнаружены остатки особых химических веществ – стеролов, которые образуются только в ядрах эукариотных организмов.

Но и на этом симбиоз не закончился. За счет симбиоза возникли различные группы эукариотных растений. Так, красные водоросли возникли за счет симбиоза каких-то хищных гетеротрофных организмов с цианобактериями. Это следует из того, что пигменты хлоропластов (так называют органеллы, занимающиеся фотосинтезом) красных водорослей совершенно такие же, как пигменты цианобактерий. В хлоропластах есть собственная кольцевая ДНК (как у бактерий), собственные рибосомы, они автономны и размножаются путем деления. Иначе говоря, цианобактерии вступили в симбиоз с хищным простейшим и стали его хлоропластами.

А вот зеленые водоросли возникли за счет другого симбиоза. Хлоропласты зеленых водорослей – совсем другие. Они содержат совершенно разные пигменты. У зеленых водорослей – это хлорофиллы А и Б ( а у красных – это хлорофилл А и особые пигменты – фикобилины). Это означает, что какая-то другая, не сине-зеленая, а зеленая бактерия вступила в симбиоз с хищным эукариотным простейшим. Кстати, бактерии с хлорофиллами А и Б относительно недавно были найдены. Это знаменитый прохлорон и прохлоротрикс и еще несколько не часто встречающихся зеленых фотосинтезирующих бактерий. Кстати, тот же набор пигментов и высших зеленых растений – папоротников, хвойных, цветковых. Они все связаны родственными связями с зелеными водорослями.

Еще более интересную картину многоярусного симбиоза демонстрируют бурые водоросли, криптомонады, диатомовые и другие формы с золотистыми хлоропластами. У них хлоропласты выглядят не как бактерии, а как эукариотные организмы. В их хлоропластах есть особая органелла – нуклеоморф. Она похожа на маленькое эукариотное ядро. Это означает, что здесь произошел двукратный симбиоз: сначала какой-то хищный эукариот съел фотосинтезирующую бактерию (правда, с хлорофиллами А и С, потому что это хлоропласты золотистого цвета), а потом его самого съели. Сначала хищный эукариот вступил в симбиоз с какой-то фотосинтезирующей бактерией, а потом его приобрело в качестве симбионта другое какое-то простейшее. Так что хлоропласты криптомонад, бурых и диатомовых водорослей представляют собой потомки не бактерий, а каких-то уже эукариотных организмов.

Идея симбиотического происхождения основных компонентов эукариотных клеток стала сейчас парадигмой современной биологии. Эту идею часто связывают с именем американской исследовательницы Лины Маргулис. Но на самом деле эта идея была предложена двумя российскими ботаниками примерно сто лет назад – А.С.Фаминицыным и К.С.Мережковским. Эта идея тогда не была воспринята научным сообществом не потому, что (как это нередко бывает с идеями российских ученых) была опубликована по-русски, и весь ученый мир ее не прочитал, потому что русского языка не знает. Нет, она была опубликована на немецком языке – тогда это был язык науки – эта идея очень сильно обогнала свое время и потому не была воспринята современниками.

К сожалению, нередко бывает, что американцы ни на каких других языках, кроме английского, литературу не читают. Может быть, к Маргулис это не относится, но в любом случае она была очень удивлена, когда неожиданно узнала, что все то, что она так ревностно отстаивала, было уже опубликовано много десятилетий назад двумя русскими ботаниками. Она приезжала в Россию, и, насколько я знаю, снова собирается приехать, потому что в Петербурге в следующем году планируется провести международную конференцию, посвященную 100-летию идеи симбиотического происхождения эукариотной клетки.

А.Г. А кто ей указал на это упущение?

В.М. Я не знаю, кто ей указал на это. Но я знаю, что она сначала опубликовала не только несколько статей, у нее вышло несколько книг, и только потом вдруг кто-то указал ей на наличие аналогичных работ К.С.Мережковского на немецком языке. Поразительно то, что К.С.Мережковский (это, кстати, родной брат знаменитого писателя Д.С.Мережковского) и его филогенетические схемы были идентичны тем, которые предлагала Лина Маргулис. Хотя К.С.Мережковский работал за 70 лет до появления электронного микроскопа, и многих таких деталей, которые мы сейчас знаем, он и знать не мог. Бывает такое в науке, К.С.Мережковский очень сильно обогнал свое время. А вот сейчас – это общепринятая парадигма в биологии.

Возвращаясь к нашей теме, я бы хотел сказать, что когда появились эукариотные, а тем более, многоклеточные водоросли, то их кто-то должен был есть. Первые многоклеточные животные, зафиксированные в палеонтологической летописи, появились около 600 миллионов лет назад в так называемом вендском периоде. Здесь показаны фотографии отпечатков таких организмов. Венд – это замечательное открытие российских палеонтологов, академика Б.С.Соколова и член-корреспондента М.А.Федонкина. В последние 30-40 лет они активно исследовали докембрийские породы на нашем Севере, на Белом море, и обнаружили очень богатую фауну первых многоклеточных животных. Как оказалось, эта фауна широко распространена в отложениях того времени – и в Австралии, и в Канаде, и в Сибири. Это были крупные организмы, дикинсония, например, – плоская сегментированная лепешка, показанная в первом ряду, – достигает размеров 50-70 сантиметров, даже одного метра. Ну, а дальше вы видите представителей уже обычной, кембрийской фауны, это – 530-500 миллионов лет назад. Это – знаменитые трилобиты, а на следующей картинке – разнообразные организмы, напоминающие членистоногих, хотя ни к какому современному классу их отнести нельзя.

Появление свободного кислорода сделало возможным жизнь на суше. Как легко догадаться, пока не было кислорода, не было и озонового слоя, стало быть, и жить на суше (морских организмов защищал слой воды) было невозможно. Первые растительные организмы на суше появились только, начиная, видимо, с ордовика (ну, может быть, какие-то водорослевые подушки во влажных затененных местах могли быть в кембрии), то есть всего лишь 500-400 миллионов лет назад. В то время гидрорельеф суши был совершенно другой (это идея отечественного палеонтолога А.Г.Пономаренко). Не было лесов, не было никакого растительного покрова, сберегающего воду, и значит, не было и постоянно текущих рек. Наиболее распространенный тип континентальных водоемов – это временные (пересыхающие) мелководные водоемы, большие и маленькие лужи, бессточные изолированные озера (конечно, соленые), русла, которые только время от времени наполнялись водой.

Морские водоросли расселяются жгутиковыми зооспорами. Во временных или изолированных водоемах на суше такой способ расселения неэффективен: ведь никуда дальше временного или изолированного водоема зооспора не уплывет. Поэтому у многоклеточных водорослей, поселившихся в мелководных временных водоемах, был пластинчатый таллом, помещавшийся в воде, а вверх в воздух поднимался спорофит – орган, из которого высыпались воздушные, устойчивые к высыханию споры. На картинке показаны современные примитивные растения – печеночные мхи, у которых уплощенный таллом, от которого вверх поднимается спорофит. Ископаемые девонские псилофиты тоже вели полуводный образ жизни, а в воздух поднимались спорофиты, рассеивающие воздушные споры.

Прошло еще немало времени, прежде чем на суше появились настоящие леса. Это случилось только в каменноугольном периоде, то есть, 300-350 млн. лет назад. Только тогда на суше зашумели леса. Леса были, а потреблять эту биомассу было еще некому. Насекомые тогда только-только появились, их было недостаточно, чтобы разгрызть, разрушить всю эту древесину. Дело в том, что грибы и бактерии, которые разлагают органическое вещество, созданное растениями, не могут проникнуть в массивный ствол. Кто-то должен его разгрызть на маленькие кусочки, проделать в нем ходы, которые будут заселены грибами и бактериями. Сейчас это делают насекомые своими маленькими острыми челюстями. Самый древний и самый распространенный тип ротового аппарата у насекомых – это ротовой аппарат грызущего типа. Такой ротовой аппарат показан на рисунке – этими челюстями насекомые разгрызают растительные остатки и делают их доступными для грибов и бактерий.

Пока не появилась обширная и разнообразная фауна насекомых, громадная растительная биомасса каменноугольного периода захоранивалась, содержащийся в ней углерод и другие биогенные элементы не возвращались в круговорот. Вот почему этот период и называется каменноугольным, никогда позднее в истории биосферы каменные угли в таком объеме не образовывались.

А.Г. А увеличившаяся биомасса тех же лесов должна была увеличить концентрацию кислорода в атмосфере.

В.М. Да, вы совершенно правы. При фотосинтезе из атмосферы изымается углекислый газ и выделяется кислород. Поскольку углерод захоранивался, то концентрация кислорода росла, и считается, что в каменноугольном периоде достигала 40% и выше. Это, кстати, позволило насекомым быть очень крупными. Здесь были показаны некоторые насекомые каменноугольного периода. Вот эти, например, похожие на стрекоз палеодиктиоптеры могли достигать размаха крыльев до 1 м. У насекомых кровь не переносит кислород, у них трахейная система в виде ветвящихся трубочек, по которым воздух доставляется непосредственно к органам, и газообмен идет через полостную жидкость без гемоглобина. Такая дыхательная система эффективна только у мелких организмов. Но при высокой концентрации кислорода насекомые могли быть значительно крупнее, чем сейчас. Это было следствием высокой концентрации кислорода в каменноугольном периоде.

В океане основные производители органического вещества – одноклеточные диатомовые водоросли. Сейчас они создают до 90 % всей биомассы в океаническом планктоне. А потребляют эту биомассу тоже членистоногие, только не насекомые (как на суше), а ракообразные – так называемые веслоногие рачки – копеподы. У диатомовых водорослей – кремнеземные панцири, их тоже надо разгрызать – у веслоногих рачков челюсти (мандибулы) пропитаны кремнеземом (это установил мой учитель, профессор К.В.Беклемишев), и поэтому они могут это делать. В океане система создания и утилизации органического вещества работает в основном как система, диатомовые водоросли – веслоногие рачки, а на суше – высшие растения – насекомые.

Тем не менее, использовать то органическое вещество, которое было накоплено древними бактериями, то есть нефть, газ, сланцы или уголь, который накопили наземные растения из-за того, что в свое время насекомые не смогли их разгрызть и измельчить, – живые организмы не могут. Это вещество вышло из биологического круговорота, а ведь оно могло бы оказаться в телах животных и растений.

Вот это было биосферной предпосылкой появления человеческой цивилизации. Ведь кто может извлечь из недр Земли уголь, нефть, газ и те руды, которые возникли в результате деятельности бактерий? Животные и растения этого сделать не могут. Для этого и нужна была человеческая цивилизация.

Ведь что делает цивилизация. Она извлекает уголь, нефть, газ, сжигает их и возвращает в атмосферу в самом доступном для живых организмов виде – в виде углекислого газа. Этот углекислый газ снова будет использован в фотосинтезе, войдет в тела растений, потом в тела животных. В этом и есть биосферная функция человеческой цивилизации. Добыть, по возможности, всю нефть, газ, уголь, сжечь их, насытить атмосферу углекислым газом. А после того как человечество выполнит эту свою функцию, то есть сожжет нефть, газ, уголь, оно естественным образом исчезнет, то есть, не в результате катастрофы или атомной войны, а просто в результате того, что исчерпаются средства для существования цивилизации. Сначала – не для существования человеческого вида (человек большую часть своей истории жил как охотник и собиратель в составе природных сообществ), а для цивилизации, основанной на накопленном топливе, которое создано миллиарды лет назад, если речь идет, скажем, о нефти, газе или сланцах, да и о рудах тоже.

Мы добываем из руд, созданных бактериями, металлы, потом распыляем их и спускаем в реки, а потом и в океан. И нам кажется, что мы отравляем биосферу, убиваем массу живых организмов. Конечно, отравляем, погибают живые организмы, исчезают и будут исчезать виды, сотни и тысячи видов животных и растений. Но для развития биосферы это не опасно (это опасно только для самого человека, потому что своей деятельностью он уничтожает среду, в которой только и может существовать), более того, это – для биосферы благотворно. Эти металлы войдут в состав новых ферментных систем (ведь живые организмы используют металлы в ферментных системах), и жизнь расцветет на новом уровне, биосфера получит новый импульс к развитию.

Ну, а что будет после исчезновения человечества? Мы можем на эту тему порассуждать и кое-что предсказать, исходя из известных нам закономерностей геологических и биологических процессов. Вот здесь показана примерная карта поверхности планеты через 5, 100 и 200 миллионов после человеческой эпохи, в будущем. Я взял эти и последующие рисунки из книги Диксона и Адамса «Дикий мир будущего». Эта книга вышла в 2003 году и даже уже переведена на русский язык. Мы видим, что первые 5 миллионов лет – это ледниковый период. Это тот же ледниковый период, в который мы живем и сейчас, просто ледники в данный момент временно отступили, но через 5-7 тысяч лет (вероятно, к этому времени человеческая цивилизация уже успеет завершить свою биосферную функцию) льды снова будут наступать, потом снова отступать, и так до окончания ледникового периода. В следующие 100 и даже 200 миллионов лет, ледяные шапки на полюсах исчезнут – это будет теплое время, когда уровень океана будет на 70-100 м выше современного. Так было в прошлом, и, вероятно, так будет и в ближайшем будущем.

И вот как будут выглядеть некоторые представители фауны, которые смогут существовать, скажем, через 5 миллионов лет после человеческой эпохи, в будущем. Через 5 миллионов лет – это еще ледниковое время, время очередного наступления льдов: на севере Европы, Америки значительная часть территории покрыта льдами, а прилегающие к ним области – это холодная арктическая пустыня и тундры. На одной из картинок изображены так называемые «китовые олуши», это – потомки морских птиц-олуш, которые в этих условиях стали очень крупными, потеряли способность летать. Это такие «птичьи киты» – организмы 5-6 метров длиной, которые летать не могут, их крылья играют роль ласт. Ниже показан снегозверь – это такой организм, потомок росомах, и у него видна саблезубость, которая тоже встречается в животном царстве довольно часто.

Понятно, что в результате аккумуляции воды в ледяном панцире, происходит общее иссушение климата. И там, где раньше были влажные тропические леса, появятся степи и саванны. Скажем, на месте Амазонии, где сейчас – тропические леса, будут степи. Это, конечно, приведет к гибели громадного количества организмов, но здесь показаны те организмы, которые выжили в Амазонской степи – это потомки нынешних обезьян уакари. Они (как в свое время предки людей – австралопитеки) спустились с деревьев на землю, стали такими степными, саванновыми обезьянами. Они названы бабукари. Их хвосты, направленные вверх, хорошо видны над высоко травой и служат для дальней коммуникации. А для ближней коммуникации служит мимика, поэтому лицо у них такое безволосое (как у человекообразных обезьян) для того, чтобы мимику понимали. А вот – громадные нелетающие птицы – это потомки соколов кара-кара. Они перестали летать и названы кара-киллерами. Они просто догоняют добычу и убивают ее мощным клювом (подобные гигантские нелетающие птицы много раз появлялись в эволюции в период распространения саванн).

Через 100 миллионов лет после человеческой эпохи Земля выглядит совершенно по-другому. Это Земля теплая, на которой ледяных шапок совершенно нет. Это нормальное состояние для нашей планеты – отсутствие ледяных шапок. Ведь ледниковые периоды – относительно короткие – это около 10-15 миллионов лет, а потом обычно в течение около 200 миллионов лет – ледяных шапок на полюсах нет, климат теплый и появляются совершенно другие животные. Вы видите громадных колониальных кишечнополостных – они названы здесь «океанскими фантомами». Это колониальные кишечнополостные, потомки современных сифонофор, например, так называемого «португальского кораблика», только гораздо больше. Океанские фантомы имеют диаметр несколько десятков метров. А обилие мелководных морей и соленых морских болот (похожих на мангровые заросли, только гораздо более обширных, потому что высокий уровень моря означает обилие мелководных окраинных морей) привело к тому, что на сушу начали выходить головоногие моллюски – потомки осьминогов. Здесь изображен такой свампус – это болотный осьминог. Они могут выйти на сушу еще и потому, что в этот период можно ожидать повышения концентрации кислорода, как в свое время – в каменноугольном периоде.

Вот потомки черепах – гигантские таратоны, это – одно из немногих сохранившихся к этому времени наземных позвоночных. А внизу показана «соколоса». Поскольку концентрация кислорода высокая, то насекомые опять могут достигнуть крупных размеров. Размах крыльев соколос достигает почти 1 м. В этот период уже не птицы охотятся на насекомых, а крупные насекомые (например, соколосы) охотятся на мелких птиц.

Через 200 миллионов лет мир все еще теплый. Движения литосферных плит привели к возникновению новой пангеи – единого гигантского материка, вокруг которого простирается огромный единый океан (такое уже бывало в истории Земли). Биологическая эволюция радиально изменила мир живых существ. Млекопитающие вымерли, птиц тоже нет. Эти экологические ниши освободились. Место есть. Кто же занял эти ниши? Их заняли потомки головоногих моллюсков, которые еще раньше (за 100 миллионов лет до этого) вышли на сушу. Здесь показан лесной гигантский кальмар, напоминающий слона. У кальмаров десять рук, восемь из них он использует как громадные ноги, а двумя другими срывает листья, это такой растительноядный кальмар. А рядом изображен другой лесной кальмар, кальмар-гиббон (кальмоббон), это – головоногая обезьяна. Это – очень подвижный организм, который может питаться и растительной, и животной пищей, передвигается с помощью щупальцев по кронам деревьев. Он-то и занял экологическую нишу обезьян.

А кто же занял экологическую нишу вымерших птиц? Можно предполагать, что экологическую нишу вымерших птиц займут летающие рыбы. Это так называемые флиши – птицерыбы. Сейчас есть летучие рыбы, но их не так много. Тем не менее, эти организмы существуют, в воздушную среду они выходят, но временно. Высокое содержание кислорода и теплый влажный климат позволил таким рыбам по-настоящему освоить воздушную среду и заместить практически уже полностью вымерших к этому времени птиц. Здесь показана такая хищная птицерыба, только ее передняя часть с громадными выдвигающимися челюстями. А рядом дано изображение рыбы-колибри, это маленькая такая летучая рыбка, которая живет в лесах, к океану уже никакого отношения не имеет. Она такая же яркая, раскрашенная, как и современные птицы колибри.

А.Г. И никакой разумной жизни?

В.М. Ну, вот, например, этот кальмоббон, эта обезьяна, в принципе, она могла бы дать начало разумным существам, но вопрос в том, есть ли для этого биосферные предпосылки. Для цивилизации нужны запасы угля, нефти, то есть какого-то ископаемого топлива. Ведь человек, пока он не стал использовать залежи железа, угля, нефти, а занимался только охотой, собирательством, примитивным земледелием, он не слишком выделялся из мира животных. Строго говоря, мы не можем быть уверены, что в далеком прошлом не было разумных существ (каких-нибудь мыслящих динозавров), занимающихся коллективной охотой, обменивающихся сложными сигналами. А вот что индустриальной цивилизации не было, мы можем быть уверены – следы ее обязательно бы остались и через десятки миллионов лет.

В заключение я бы хотел сказать, что современное состояние экологической мысли исходит из предположения о том, что человечество ожидает вечная жизнь. Молчаливо предполагается, что, хотя жизнь каждого человека конечна, человечество в целом ожидают тысячи, миллионы лет прогресса, выход в космос, покорение галактик и т.д. Мне это напоминает состояние очень молодого человека, 12-15-летнего подростка, которому кажется, что жизнь вечна. Потом человек начинает осознавать, что его жизнь конечна и начинает более или менее осознанно создавать свою жизненную программу. Один пытается больше увидеть в жизни, другой – больше испытать, бросается в разные наслаждения, предпринимает какие-то эксперименты над собой. Третий, наоборот, начинает следить за своим здоровьем. Кто-то другой думает о том, какие книги ему надо успеть написать, музыкальные произведения создать… Программы могут быть разными, но они исходят из того, что жизнь человека (по крайней мере, его земная жизнь) конечна. Человечество в целом исходит из неверного представления о том, что его существование бесконечно, никогда не прервется, если только само человечество не затеет что-нибудь вроде глобальной ядерной войны. Это неверно.

Человеческая цивилизация появилась потому, что для этого были биосферные предпосылки, – громадные, накопленные предшествующими этапами развития биосферы и выведенные из круговорота залежи биогенных элементов. Биосферная функция человечества – добыть и сжечь нефть, газ, уголь, добыть металлы, распылить их и спустить со сточными водами в океан. Когда эта функция будет выполнена, человеческая цивилизация естественным образом (не в результате атомной войны или катастрофы) отомрет из-за исчерпания ресурсов существования. И никакая атомная энергия тут не поможет, поскольку запасы урановых руд, созданные древними бактериями – конечны. Человек как биологический вид еще просуществует какое-то время (на основе простого «экологически чистого» сельского хозяйства, разных форм собирательства и охоты – то есть «использования воспроизводимых ресурсов») и вымрет, как вымерло большинство видов из-за естественных изменений среды обитания.

Человечество должно строить программу своей жизни не как программу развития (устойчивого или неустойчивого), а как программу, подразумевающую переход от юности к зрелости, а от зрелости к неизбежному старению и смерти. Это совсем другой тип программ, чем программы так называемого «развития». Можно выбрать «программу Ахиллеса» – жизнь короткую, но бурную. Большинство, вероятно, предпочло бы, чтобы была выбрана программа возможно более длительной жизни человечества, тогда надо очень жестко экономить ресурсы и отказаться от высокого уровня жизни (и связанных с ним колоссальных трат энергии и ресурсов).

Нужно осознать, например, что программы, предусматривающие полеты в космос, экспедиции к Марсу и Юпитеру, а также автомобиль в каждой семье (для всех 6 миллиардов жителей планеты, в ином случае обездоленные взбунтуются) – это сокращение жизни человечества. Ну, и тем более непроизводительные и колоссальные расходы ресурсов на военные технологии. Я призываю задуматься не о «развитии», а о том, как обеспечить максимальную продолжительность жизни человечества, так сказать, подумать о старости.

 

Турбулентность

19.11.3

(хр.00:41:01)

Участник:

Захаров Владимир Евгеньевич – академик РАН

Александр Гордон: …признавался, что, когда он предстанет перед Создателем, главная просьба, которая у него будет, – открыть тайну турбулентности. Поскольку у меня накопились к Создателю другие вопросы, я пользуюсь случаем, адресую этот вам. В чем, собственно, тайна турбулентности? Почему это такой странный раздел в классической физике, который до сих пор необъясним. Или уже объясним?

Владимир Захаров: Это был Теодор фон Карно, знаменитый механик. Действительно, была такая история: он был приглашен на конгресс по механике, ему нужно было сделать доклад о турбулентности, он вышел и в течение 40 минут молчал.

А.Г. Красноречивое молчание, вы не хотите повторить его?

В.З. Нет, почему? С тех пор много чего достигнуто. Я начну с того, что турбулентность – вещь, несомненно, всем знакомая. Хотя бы тем, кто в самолете летает. Периодически пилот говорит: мы входим в зону турбулентности. Чрезвычайно обыденное явление. Откройте кран с водой? и если напор достаточно большой, то движение будет турбулентно, то есть хаотично, неупорядоченно. И совершенно ясно, что описать такое движение в деталях невозможно. Это есть турбулентность в ее классическом понимании, то есть именно хаотическое, неупорядоченное движение несжимаемой жидкости. Так понимали турбулентность в 19 веке, со времен работы Рейнольдса. Так понимает ее и сейчас какая-то часть этого комьюнити.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Но эксперименты становятся все точнее и точнее. Некоторое отклонение от колмогоровской теории уж точно обнаружены, но более тонкие.

А.Г. А в чем сложность постановки эксперимента?

В.З. Прежде всего в том, что нужно иметь большое число Рейнольдса, то есть нужно иметь систему достаточно больших размеров. Потому что рождение этих вихрей происходит в масштабе, который задается размерами системы, а размер диссипации, то есть тот размер, при котором они превращаются в тепло или, скажем, уходят из города, выражаясь языком нашего примера, очень маленький. Для того чтобы померить этот колмогоровский спектр, нужно иметь как можно большую разницу в этих масштабах. Если она, скажем, в 100 раз отличается, то это уже хорошо, где-то в атмосфере такие процессы наблюдаются.

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

А численный эксперимент, даже на современных компьютерах, совершенно не позволяет приблизиться к каким-то реальным вещам. То есть, например, описать процесс того, как я сейчас взмахнул очками в воздухе, промоделировать это на компьютере невозможно. Не хватит никаких мощностей.

А.Г. То есть только идеальный профиль в идеальной среде.

В.З. Ну, в идеальной среде, но, тем не менее, все равно там остаются турбулентные следы, которые компьютером не моделируются.

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

А теперь представьте себе такую вещь. Представьте себе, что есть правила игры и запрещено убивать. Запрещено убивать, но можно обыгрывать в карты. И, скажем, собираются четверо и играют в карты. Один выиграл, остальные проиграли. Тогда по-прежнему будет накопление, появление богатых, которые будут потом исчезать, но одновременно будет накопление и нищих. Обыгранных, которых нельзя убивать. И поэтому возникнет накопление нищих, бедных, то есть волн с малой энергией. А волны с малой энергией имеют малое волновое число, то есть большую длину – будут возникать большие масштабы. И если в классической картине турбулентности есть только прямой каскад, когда из больших масштабов появляются мелкие, то в турбулентности, в которой есть дополнительный закон сохранения (в данном случае запрещающий убийство), там будут появляться также большие масштабы. В основном, надо сказать, основная масса людей будет превращаться в нищих. Это и есть обратный каскад, который открыли мы с Филоненко.

А.Г. То есть получается, что длинная волна отдает свою энергию?

В.З. В гидродинамической турбулентности большой масштаб отдает свою энергию мелким масштабам. Большой вихрь превращается в мелкие вихри и так далее, и так далее. Если же есть дополнительный закон сохранения, какой бы он ни был, тогда происходит обратный процесс – из коротких масштабов появляются длинные. В частности, образование длинных волн во время шторма – это как раз совершенно классический пример обратного каскада. Там есть некий дополнительный закон сохранения, хотя он почти невидим, он довольно глубоко скрыт. Это закон сохранения волнового действия. Этот обратный каскад и приводит к тому, что появляются длинные волны. Когда начинается шторм, то в начале есть только короткие волны.

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

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

Каскад – это совершенно универсальное явление, в любом типе турбулентности всегда есть каскад.

А.Г. И в вихревом, и в волновом?

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

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

Так что волновая турбулентность значительно проще, вихревая турбулентность – гораздо более трудная проблема. И в ней действительно на эти вопросы нет пока ответа. Это связано с проблемой коллапса в гидродинамике, то есть с вопросом о возникновении особенностей: могут ли возникать такие точки, в которых завихренность обращается в бесконечность. Это вопрос открытый и чрезвычайно важный. Есть много соображений, но пока окончательно вопрос не решен. Кроме того, стоит проблема чрезвычайно трудного численного счета.

А.Г. То есть там возникает сингулярность…

В.З. Да, возникает сингулярность или нет – это вопрос, на который в области изучения вихревой турбулентности нет ответа. А в волновой турбулентности, к счастью, все значительно проще. Там можно построить замкнутую математическую теорию. И спектры, определяющие каскады энергии, найти аналитически точно, показать, что они суть точные решения неопределенных уравнений, исследовать потом их устойчивость, сравнить с экспериментом. Это все сделано и это, конечно, очень существенное достижение. Там тоже бывают сингулярности. Скажем, в этих волнах, которые мы видим, возникает волна очень большой амплитуды. Я думаю, это какая-нибудь волна из тех, что называется «freakwaves», «странные волны», которые иногда возникают. Это тоже совершенно открытый вопрос. О нем я чуть позже скажу.

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

Здесь это, по крайней мере, видно и можно построить теорию всего этого дела. А для вихревой турбулентности этот вопрос остается открытым.

А.Г. Вы хотели рассказать о девятом вале.

В.З. Девятый вал – это действительно совершенно разумный вопрос. Потому что если вы посмотрите запись волн в таком достаточно стандартном волнении, то увидите, что волны не равны друг другу, они разные – есть распределение. Период этого распределения более или менее известен, он связан с тем, что строго периодическая волна неустойчива, она из себя рождает модуляцию. Это и есть так называемая модуляционная неустойчивость.

А вот сейчас вы видите развитие опрокидывания волны большой амплитуды. Здесь виден характерный клювик, а на нем очень сильная двухфазная турбулентность. Там воздух с водой перемешан – это и приводит к тому, что возникают волны большой амплитуды. В этом смысле девятый вал – это наблюдение над реальностью, взятое из природы. Но там есть еще более интересный вопрос, вязанный с тем, что иногда возникают волны просто очень большой амплитуды.

А.Г. Те самые freakwaves.

В.З. Те самые freakwaves. Эти волны бывают очень большой амплитуды, они могут превышать по высоте, скажем, среднюю амплитуду в 4-5 раз.

А.Г. Откуда они взялись?

В.З. Этот вопрос до сих пор остается открытым. Потому что на самом деле слабая турбулентность, волновая турбулентность имеет ограниченную область применимости. Скажем так, она описывает явление в среднем. Но, кроме того, бывают такие редкие явления, которые уже не поддаются этому описанию.

Есть функция распределения вероятности высоты волны. Для большинства волн она гауссова. Близка к гауссовому, к нормальному распределению. И эта часть описывается слабой турбулентностью прекрасно. Но есть своего рода «хвосты» у функции распределения, это весьма редкое явление, и они сильно негауссовы. Именно в этих хвостах и сидят эти самые freakwaves. Как возникают эти хвосты – чрезвычайно интересная задача. Я собираюсь ей заниматься в ближайшее время. Потому что здесь методы слабой турбулентности уже явно недостаточны. Мы встречаемся здесь с трудностями, сходными с теми, которые имеются в теории вихревой турбулентности. При этом надо сказать, что это, конечно, связано с океанскими течениями. Потому что существуют такие зоны в океане, куда вообще корабли стараются не заходить. Например, в Африке, к западу от Кейптауна есть такая зона, где все время возникают freakwaves. Это связано с тем, что там есть градиенты течения, это не чисто волновая система, они еще взаимодействуют с океанскими течениями. И там очень часты катастрофы. Эта freakwaves может деформировать, скажем, палубу у авианосца. Это очень серьезная штука. Если эта волна в 20 метров…

А.Г. Когда я задавал вам вопрос в самом начале, в чем же состоит тайна турбулентности, я ожидал не только математического или физического обоснования загадочности этого явления. Есть нечто, вероятно, что выносит эту проблему за рамки математики и физики. Вы сами для того, чтобы ее проиллюстрировать, выбрали аналогию города, людей, отношений и денег. У меня готов вопрос о социальной турбулентности, потому что уж очень явления переселения народов, образования государств, изменения условий жизни похожи на хаотические вихревые, скажем, классические турбулентности. Вы не находите?

В.З. Вы знаете, эти явления действительно близки к области описываемой теорией турбулентности, но все-таки они отдельны от нее. Это так называемые системы с сильной диссипацией. Да, в общем, некоторые модели турбулентности могут быть прямо применимы к описанию социальных явлений, хотя, может быть, специалисты по социальным явлениям будут возражать, считая эти модели слишком простыми. Но аналогия действительно есть, и я сам на это с большим интересом обратил внимание.

Какое-то количество лет назад я со своими учениками занимался турбулентностью в плазме. И мы обнаружили, что можно построить модели даже более простые, чем классические модели волновой турбулентности – модели конкуренции мод. Скажем, в лазере, у вас есть первоначально некоторая спектральная линия. Если излучает один атом, то он излучает достаточно широкий спектр излучения, у него форма линии. Но если много атомов поместить вместе и осуществить накачку, то есть сделать систему сильно неравновесной, так что она начнет генерировать лазерный свет, то в результате возникнет очень узкая спектральная линия, значительно более узкая, чем линия…

А.Г. Одного отдельного атома.

В.З. Да. А почему? Потому что все спектральные моды конкурируют друг с другом, и в результате одна из них побеждает все остальные. И когда вы напишете эту модель, то с удивлением обнаружите, что можете дать ей немедленно социологическое обоснование, как некоторой модели конкуренции, скажем, игры на бирже. И потом можно изучить ее стационарное решение и сделать некоторые предположения, которые уже не нравятся, скажем, социологам. Хотя я докладывал эту работу у социологов, у экономистов, точнее. Она вызвала у них довольно большой интерес, сейчас есть ее последователи в Германии. Получается, что это модель либеральной экономики, хотя, конечно, и чрезвычайно упрощенная модель либеральной экономики. В этой модели либеральной экономики, когда вы изучаете ее равновесие, то выясняется, что в результате такой конкуренции капиталы концентрируются в нескольких руках. Это довольно грубый математический факт. Он, конечно, основан на сильных предположениях об аналитичности функций, которыми это описывается, а это вызывает сомнение, но, тем не менее, это довольно-таки фундаментальный математический факт.

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

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

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

А.Г. Вы сами не хотите воспользоваться своими предсказаниями?

В.З. Что значит – воспользоваться? Это не означает, что я умею это делать. Это совсем другое дело.

А.Г. Я почему начал говорить о переселении народов. Ведь когда говорят – «волна переселения», то это очень близко к той картине, которую вы нарисовали при увеличивающемся ветре на поверхности океана. Необъяснимо, ни с того ни с сего возникают те самые точки диссипации, тот самый срыв волны, который вызывает накачку сначала региона, а потом и глобальную накачку – в тех пределах, конечно, которые к тому моменту известны.

В.З. Нет, эта модель непосредственно все-таки сюда не подходит. Но есть другие модели, родственные им, которые подходят ближе. Но это уже детали, так сказать, «кухня»…

 

Бабочки

20.11.03

(хр.00:40:54)

Участники:

Олег Григорьевич Горбунов – кандидат биологических наук

Владимир Сергеевич Мурзин – доктор физико-математических наук

Александр Гордон: …для биолога, зоолога, особенно для лепидоптеролога – это открытие – назвать новый вид бабочек. Но если это было легко сделать еще буквально столетие назад, то сейчас, наверное, уже все описано?

Владимир Мурзин: Вы глубоко ошибаетесь. Я недавно как раз занимался этим вопросом для бабочек Советского Союза, и построил график, на котором показал количество новых описаний в зависимости от времени, по годам. И на этом графике видно, что сейчас количество вновь описываемых бабочек по годам растет линейно. Я-то надеялся, что они действительно, как вы говорите, уже почти все описаны и кривая выйдет на насыщение, и я смогу, экстраполируя ее математическими формулами на бесконечность, предсказать, сколько же в России бабочек. Но оно растет линейно. Мы даже не можем сказать, сколько бабочек водится у нас. Причем речь идет только о дневных бабочках, а ночных бабочек в раз 10 больше, и они изучены гораздо хуже. То есть, я думаю, там только половина видов известна.

А.Г. Хорошо, давайте тогда ограничимся тем, что нам уже известно.

Олег Горбунов: В настоящее время, понятно, что нельзя назвать даже приблизительную цифру. Но некоторые ученые считают, что их 170 тысяч видов на Земле, то есть таксонов видового уровня, не считая подвидов. Но если включить сюда же и другие таксоны уровня вида, которые закреплены в международной номенклатуре, то есть подвиды, то это число повышается вплоть до полумиллиона одних только бабочек.

А.Г. И, судя по вашим словам, сколько их там еще впереди – неизвестно.

В.М. Да, сколько впереди! Причем Россия – более-менее изученная страна.

О.Г. К сожалению, Россия обделена природой, то есть количество чешуекрылых здесь намного меньше, чем в Южной Америке, Юго-Восточной Азии или тропической Африке, особенно в западной части Центральной Африки. Из этих регионов новые таксоны описываются ежегодно тысячами! И даже по несколько тысяч в год!

В.М. Вы сколько описали новых видов?

О.Г. Я сейчас точно не помню, но не меньше 130 видов.

В.М. Это только один Олег описал.

А.Г. И вы их сами называете?

О.Г. Я их сам называю. А как же? Я автор названий этих видов.

А.Г. Потрясающе.

О.Г. И это еще не конец. Я предполагаю, что смогу описать еще несколько сотен. Потому что, например, в коллекции в настоящий момент я имею где-то порядка 50 видов, которые не имеют названий. Эти виды были собраны даже в европейской части России!

В.М. И надо сказать, что Олег занимается только одной специальной группой бабочек. Это очень интересная группа, так называемые «стеклянницы».

О.Г. Удивительная группа, которая на бабочек-то не очень похожа…

В.М. Он описал 130 видов только из этого одного семейства!

О.Г. А всего семейств бабочек опять же никто не может точно указать, потому что у исследователей имеются достаточно разнообразные мнения о структуре и объеме каждого семейства. Но в настоящее время можно констатировать тот факт, что все многообразие бабочек может быть разделено на 46 надсемейств. Из них – 27 монотипические, т.е. состоят лишь только из одного семейства. Это в основном молевидные чешуекрылые, то есть очень мелкие и очень древние по своему происхождению бабочки. Все остальные надсемейства включают в свой состав несколько семейств. Как правило, это более продвинутые группы, состоящие из тысяч и даже десятков тысяч видов.

А.Г. Говоря, кстати, о происхождении. Может быть, вы скажите об этом несколько слов. И есть ли какие-то попытки объяснить, почему такое удивительное многообразие видов?

О.Г. Это, во-первых, связано с древней историей отряда чешуекрылых. Известны бабочки, вернее, их остатки, из отложений Юрского периода. Их возраст не менее 150 миллионов лет! Кроме этого очень хорошо известна фауна янтаря, особенно балтийского. Возраст этих останков приближается к 55 миллионам лет. И эти остатки уже определяются как современные семейства и даже роды. Далее, многообразие, зависит от тех условий, в которых обитает та или другая группа. На протяжении истории Земли, а вернее, истории развития отряда бабочек, эти внешние условия изменялись множество раз и в различных направлениях. Кроме того, очень большое значение для увеличения разнообразия имеет эффект дрейфа генов, который хорошо прослеживается у островных популяций. Конечную величину разнообразия мы определить не можем.

А.Г. То есть, видообразование продолжается до сих пор?

О.Г. Безусловно. Но этот процесс достаточно медленный. Хотя его можно наблюдать даже сейчас где-нибудь на маленьких островах, или высоко в горах.

В.М. Действительно, большинство бабочек приспособлено к жизни в определенных природных условиях. Так, существуют виды бабочек, которые живут в горах на высоте не ниже 3000 метров. Для этих видов такая горная страна, как, например, Памир, представляет собой архипелаг или систему островов, на каждом из которых эти виды живут в виде отдельных популяций, изолированных друг от друга непреодолимыми для перелета преградами, каковыми являются глубокие ущелья. Каждая такая изолированная или «островная» популяция рано или поздно перестает контактировать со своими собратьями, обитающими на соседней горе. Отсутствие контакта приводит к генетической изоляции и, далее, к необратимым генетическим перестройкам от эффекта дрейфа генов. В результате этого и образуются новые и первоначально очень локальные виды. Поэтому в горах очень много так называемых «эндемиков», которые живут на одной горе. Я неоднократно путешествовал по Алтаю, где недалеко от поселка Акташ с одной горы было описано 5 видов, из них два – больше нигде не встречаются. Только на этой горе!

О.Г. Может быть, эти виды живут где-нибудь рядом в таких же условиях, но пока…

В.М. Пока известны только с этого высокогорья. Конечно же, это не отдельная гора, а небольшой Курайский хребет. По-видимому, он весь заселен этими бабочками. Они живут под камнями на высоте выше 3000 метров. Для Алтая это очень большая высота. Эти бабочки очень интересны. Живут они на хорошо прогреваемых солнцем осыпях. Их самки после рождения сидят под камнями. Самцы же активно летают и находят самок, которые после оплодотворения и откладывают там яйца.

А.Г. При этом самки тоже крылатые?

В.М. Самки не летают, но крылья у них все-таки есть. Существуют же виды, у которых самки совсем не имеют крыльев. Видите – самка. А там самец. Эта самка не имеет крыльев, но их зачатки можно разглядеть под микроскопом. Она даже ими шевелит, но не больше того. Она, как бочонок с яйцами, лежит. И причем она даже не выходит из кокона.

А.Г. Кормит ее самец?

В.М. Нет, она не кормиться, у нее нет ротовых органов совсем.

О.Г. То есть, это мешок с яйцами.

В.М. У нее нет ни глаз, ни ротовых органов, ничего. И я считаю, что это последнее достижение эволюции. Понимаете, только любовь правит их жизнью во взрослом состоянии. И это, кроме того, огромная экономия энергии. Она может всю энергию, накопленную гусеницей, пустить на формирование яиц. Ей не нужно летать, не нужно тратить энергию на поиск кормового растения и на все остальное.

О.Г. Даже ползать не надо.

В.М. Даже ползать не надо, она просто лежит под камнем. Самец разыскивает ее по запаху, т.е. по следу феромона, и оплодотворяет ее. Оплодотворяет, забираясь в ее кокон. Даже в коконе специальная дырочка оставлена, куда потом должен пролезть самец.

А.Г. Потрясающе! Говоря про такое многообразие бабочек, все-таки можно как-то говорить об общем у бабочек? Судя по всему – нет.

О.Г. Конечно, можно. Во-первых, морфологически весь отряд отличается от остального многообразия насекомых наличием чешуек. Все бабочки имеют чешуйки на теле, крыльях. Хотя есть и другие насекомые, которые тоже имеют чешуйки, например, некоторые группы жуков слоников. Но они имеют иное происхождение и форму, а также представлены незначительным количеством. Это вторично видоизмененные щетинки. Но только бабочки имеют настоящий довольно плотный чешуйчатый покров, особенно заметный на крыльях. Хотя есть бабочки, крылья которых в той или иной степени лишены чешуек. Это бабочки-стеклянницы. Будьте добры, покажите, пожалуйста, слайды 21, 31 и 40. Это и есть те специальные бабочки, которых мы вкратце коснулись в начале передачи. У них, как вы можете видеть, задние крылья практически полностью прозрачные. Заметьте, они на бабочку даже не похожи. Это скорее какая-то оса. Что тоже очень интересно, так как стеклянницы считаются одним из ярких примеров мимикрии. Хотя тут множество вопросов возникает, ведь эволюционно перепончатокрылые, тем более жалящие, являются более молодой группой. И не совсем понятно, каким это образом более древний мог морфологически скопировать более молодой таксон.

В.М. Может, это семейство возникло позже?

О.Г. Может быть. Но в проблеме миметизма существуют такие пары видов, назовем их миметическими, которые распространены очень далеко друг от друга и никогда в процессе эволюции не встречались. Вернемся к слайдам. Да, с первого взгляда это оса, но это бабочка! Именно этой группой я занимаюсь уже более 20 лет.

В настоящее время в мировой фауне их известно где-то около полутора тысяч. Но это число, судя по подсчетам, которые я проводил, очень далеко от реального количества живущих в настоящее время видов. Вычисления эти довольно просты. В течение последних 13 лет я занимаюсь исследованием стеклянниц Вьетнама и оттуда описал около 40 видов. Сначала исследования из числа собранных видов практически все были новыми. В дальнейшем число новых видов стало уменьшаться, и теперь наступил такой момент, когда стало очень трудно собрать новый, еще не описанный вид. Для новой находки необходимо забираться очень далеко в джунгли или очень высоко в горы.

В России такая же ситуация. У нас есть регионы, где бабочки изучены достаточно полно, но и есть такие, где следует ожидать нахождение еще неизвестных для науки видов. Степень изученности также зависит и от семейства. Наиболее изученными в России следует считать некоторые группы дневных бабочек, бражников, сатурний, медведиц. Что касается стеклянниц, то даже на юге Европейской части, где еще сохранились степные участки или небольшие площади полупустынь или пустынь, живут виды, не имеющие названий! И такие красивые виды, что просто удивляешься, очень крупные для стеклянниц!

А.Г. Кроме чешуек, что еще объединяет всех бабочек?

О.Г. Хоботок. Сосущий хоботок, который именно такого строения имеется только у бабочек.

В.М. Многие его утратили уже вторично.

О.Г. Да, многие виды, даже роды и семейства его вторично утратили. У них основной стадией развития, которая поставляет энергию для существования вида, является гусеница. Вот как, например, у сатурний. Все представители этого достаточно большого семейства, обычно очень красивые, яркие и крупные бабочки, не имеют хоботка, то есть не питаются.

А.Г. Не питаются во взрослой стадии?

О.Г. Да, на стадии имаго или бабочки. Ну, а гусеница вот этого Attacus atlas, которого вы можете видеть в этой коробке, дорастает до размеров около 15 сантиметров, становясь толстой, как сарделька, имеет очень хороший аппетит и днем и ночью.

В.М. И тоже очень красивая.

А.Г. И насколько хватает запаса, который накапливается?

О.Г. На неделю, может, несколько больше. В первую очередь, это зависит от вида. Но и, как я заметил, от момента спаривания. Обычно в лабораторных условиях неоплодотворенные самки живут несколько дольше оплодотворенных. В природе же оплодотворение, обычно, происходит в первые сутки жизни самки, а яйца откладываются или разбрасываются в первые несколько суток. После этого задача продолжения рода выполнена, а бабочка должна быть утилизирована. То есть, задача самки заключается в скорейшем откладывании яиц. На продолжение жизни бабочки влияет также и пищевая специализация гусениц. Есть виды, гусеницы которых питаются одним или несколькими видами растений. Это монофаги или олигофаги. В этом случае самка должна отыскать необходимое кормовое растение и именно на него отложить яйцо. Гусеницы других видов питаются многими растениями или просто любыми. Самки таких бабочек, например, тонкопрядов, просто рассыпают яйца в полете, а гусеница уже сама находит то, что ей будет по вкусу.

В.М. И, кстати, некоторые сатиры.

О.Г. И сатиры тоже летают и в полете рассыпают яйца.

А.Г. А какие бабочки самые короткоживущие и самые долгоживущие?

О.Г. К долгоживущим бабочкам можно отнести наших траурницу, многоцветницу, крапивницу. Подмосковная траурница, например, живет 9-10 месяцев. В этом случае зимовка протекает на стадии имаго. То есть, взрослая бабочка проводит зиму где-нибудь в укромном местечке, как-то в подвале, под стрехой на даче, в лесу, в дуплах.

А.Г. При этом промерзает до минусовой температуры.

О.Г. Да промерзает. В их гемолимфе или крови, а также в клетках в предзимовочный период образуются глицерины или многоатомные спирты, которые замещают воду.

А.Г. Антифриз такой.

О.Г. Да, природный антифриз. Этот антифриз не позволяет жидкости в клетках тела кристаллизоваться и их разрушать. Весной с наступлением теплых дней бабочки покидают свои укрытия, активно летают, посещают первые цветы в поисках нектара. Далее происходит спаривание, опять питание некоторое время и, наконец, откладка яиц. Отродившиеся гусеницы питаются, окукливаются и опять вылетают бабочки. В благоприятные годы эти бабочки могут дать дополнительную генерацию, имаго которой опять уйдет на зимовку. Кстати, в этом году в связи с холодным летом, у нас под Москвой, например, павлиний глаз ушел на зимовку уже где-то во второй половине августа. Это не характерно для этого вида в нашей полосе. Обычно их можно наблюдать на цветах до середины сентября. Выйдут они только где-нибудь в апреле. Но если весна будет теплая, то в конце марта. То есть бабочка будет жить практически с июля до апреля. А это 9 месяцев!

В.М. Причем еще есть перелетные бабочки, которые перелетают на зимовку, как птицы.

О.Г. Да, такие примеры встречаются и в нашей фауне. Это, например, репейница или некоторые бражники.

В.М. Vanessa cardui.

О.Г. Да, репейницы. Они в основном живут в Аравии, на Ближнем Востоке.

В.М. Кстати, даже нельзя сказать, это наша бабочка или нет, потому что она размножается и у нас, и в Аравии, где она дает несколько поколений в течение зимы. С ними, т.е. мигрантами, связана вообще фантастическая, на мой взгляд, загадка. Я не знаю, как ее разгадать и когда она будет разгадана. А загадка эта заключается в том, каким образом эти бабочки находят дорогу домой?

В Северной Америке живет знаменитая бабочка Монарх или Danaus plexippus. Кстати, в фауне бывшего Советского Союза, а именно, в Туркмении и на юге Закавказья, встречается его ближайший родственник – Хризипп или Danaus chrysippus, который также совершает ежегодные миграции, но не столь грандиозные. Так вот, в Северной Америке существует 2 популяции Хризиппа. Одна занимает западную часть Северной Америки, другая – восточную. На зиму бабочки обеих популяций летят на юг зимовать. Причем сбиваются в стаи, иногда многими тысячами, и даже десятками тысяч. Западная популяция зимует в Калифорнии, что известно не один десяток лет. Там даже организован специальный заповедник. И в этом заповеднике несколько деревьев вместо листьев зимой покрыты бабочками.

С другой стороны, долгое время никто не мог понять, куда она девается. Бабочки этой популяции на зиму летят вдоль восточного побережья Америки, достигают Невады и там куда-то исчезают в пустыне. И много, много лет исследователи пытались найти место ее зимовки, но не могли. Но американцы, как известно, очень интересуются своей природой, поэтому были выделены средства. Были арендованы самолеты, которые следили за этими бабочками, и, в конце концов, обнаружилось, что они улетают в Мексику. Там на высокогорном плато на высоте около 3000 метров, в небольшом лесном районе была обнаружена долина монархов, где, по подсчетам энтузиастов, ежегодно собирается до 18 миллионов бабочек! Пару раз мне доводилось видеть это незабываемое зрелище! Это было недалеко от Сан-Франциско. Там город скупил у частников несколько деревьев, которые являются зимним пристанищем бабочек, огородил их, поставил дежурного – простого любителя бабочек, который посетителям рассказывает об этих бабочках. Но близко к этим деревьям подходить нельзя.

О.Г. Чтобы не пугали.

В.М. Я там бывал в октябре, когда они только начинали прилетать. И что интересно, там даже специальная местная газета выходит, которая называется «Монарх». Недалеко построена гостиница «Монарх». Множество всяких сувениров, значков с бабочками. Город живет, по-моему, за счет этих бабочек…

О.Г. За счет популяции.

В.М. Да, за счет этой популяции. Осенью у них проходит фестиваль. Школьники устраивают спортивные соревнования и музыкальные вечера в честь прилета монархов. Когда я посетил этот городок, то в местной газете прочел заметку: «Вчера прилетело 5000 монархов». Конечно, я думаю, никто их не считал.

А.Г. Есть какие-нибудь гипотезы, которые объясняли бы, как они находят дорогу?

В.М. Да нет. Я не знаю, во всяком случае.

О.Г. Я тоже не знаю.

В.М. Дело в том, что у птиц родители учат своих птенцов. Бабочки-то своих родителей не знают.

О.Г. Не знают, конечно.

А.Г. То есть, это должна быть генетическая программа.

В.М. Да, но в то же время мы знаем, что генетика хорошо объясняет всякие структурные вещи, а поведенческие… Я не знаю, где и как они хранятся в генетической памяти.

О.Г. Вот загадка.

В.М. Из наших, так сказать, «перелетных» бабочек вы назвали…

О.Г. Репейницу, вьюнкового бражника.

В.М. «Мертвую голову» даже под Москвой находили…

О.Г. Не только, даже под Ленинградом, Санкт-Петербургом. Эта бабочка относится к тропическим видам, широко распространенным в тропиках Старого Света. Кроме своего мистического рисунка на груди она известна и в качестве очень активного мигранта. Практически ежегодно она совершает значительные перелеты, откладывая по пути яйца на всевозможные пасленовые. И вообще, эта бабочка очень интересна.

В.М. Гусеница этой бабочки живет на картошке.

О.Г. Да, кормовым растением гусениц в наших краях является картошка, но не клубни, а только листья. Но имаго, взрослая бабочка, питается медом. Где и как она может его найти? Она это знает! В улье у пчел. Но пчелы не очень охотно делятся своими запасами меда. Так вот, в процессе эволюции взрослые бабочки выработали способность имитировать звуки пчелиной матки, которая еще находится в куколке, но уже готова ее покинуть. Бабочка, заползая за медом в улей, издает такие звуки, тем самым обманывая пчел. Своим коротким, но очень крепким хоботком она прокалывает соты и пьет мед. Но иногда пчелы все равно распознают непрошенного гостя и убивают его. Например, на побережье Черного моря в районе Туапсе или Сочи каждый пасечник знает эту бабочку, ведь ежегодно он находит их мертвые тела в своих ульях.

А.Г. Фантастика. То есть это пример звуковой мимикрии.

О.Г. Да, совершенно верно! Но, к сожалению, эти бабочки не способны выжить в условиях нашего климата, так как развитие этих бабочек протекает без зимней диапаузы. Отродившиеся в конце лета гусеницы окукливаются в конце сентября или в октябре. Бабочка выходит из куколки недели через 2-3, но в это время уже и очень холодно, и отсутствует кормовое растения.

В.М. Поскольку вы заговорили о звуках, я хотел бы вас немножко перебить и рассказать вот что. Есть очень интересное, сравнительно недавно открытое явление. Я хочу сказать о некоторых бабочках, родственниках тех, которым посвящена вот эта только что вышедшая из печати специальная книжка. Она о бабочках-медведицах бывшего Советского Союза. Так вот, в Северной Америке группа ученых исследовала взаимоотношение некоторых видов медведиц с летучими мышами. В природе именно летучие мыши являются их главным врагом.

О.Г. Потребителем…

В.М. Да потребителем. Медведицы – ночные бабочки, и летучие мыши их активно ловят. А ловят, как вы знаете, конечно, с помощью сонаров, ультразвуковых локаторов. Они испускают ультразвук и по отражению возвратного импульса определяют расстояние до бабочки. Так вот, есть, оказывается, целая группа ночных бабочек, которые слышат эти звуки и посылают в ответ свои звуки, которые дезориентируют врага.

А.Г. Такой антисонар.

В.М. Они посылают звук не в то время, когда ответ должен к ней вернуться.

А.Г. Создает помеху и сбивает с толку.

В.М. Да. И мышка сбивается с толку. Но мало того. Это, так сказать, один факт, который очень трудно объяснить, – как это бабочки до этого додумались. А есть еще один очень интересный факт. Оказывается, есть, это известно среди медведиц, ядовитые бабочки. Они содержат ядовитые вещества, например, синильную кислоту, и их не могут потреблять ни птицы, ни летучие мыши. Это своеобразная защита от хищников. Но все-таки заранее летучая мышка не знает, ядовита эта бабочка или нет. Так вот, эти бабочки издают серию ультразвуковых сигналов, на которых обучаются мышки. Она один раз попробует, и больше уже не будет их ловить, поскольку знает, что если такой звук исходит, значит, эта бабочка ядовитая. Так бабочка предупреждает летучую мышку: «Меня не тронь, я невкусная, ядовитая». Но это еще не всё.

А.Г. А с помощью чего они издают звуки?

В.М. У них на спине есть специальные щетинки, которые настроены на генерацию ультразвука определенной частоты.

А.Г. Это какая-то фантастика!

В.М. Но этого мало. Оказывается, есть вполне съедобные бабочки, которые научились издавать такие же звуки. И вообще, у бабочек существует свой собственный мир. Они общаются и между собой, и с летучими мышками разговаривают. Я даже видел статью в одном американском журнале «О чем медведица разговаривает с летучими мышами». В лабораториях даже проводились многочисленные опыты с искусственными моделями. Например, бабочка отвечала на ультразвуковой сигнал, записанный и произведенный на магнитофоне. Также, оказывается, во время спаривания самец и самка между собой переговариваются.

О.Г. Будьте добры, картинку номер 5. Здесь сфотографированы две горошковые белянки. Снизу самец, а сверху самка. Я наблюдал их минут пять. Они сидели друг напротив друга, и антеннами трогали друг друга. По идее они должны были спариваться, но они только так «поговорили» и разлетелись.

В.М. Не договорились…

А.Г. Да, программы не совпали…

О.Г. Да, как-то это было очень удивительно. А ведь мне было интересно сфотографировать именно процесс копуляции. Они были спокойны, меня не видели, потому что я не подходил близко. Но о чем они говорили? Это было очень занятно: сидят две бабочки и ощупывают друг друга антеннами. Кстати, такое явление наблюдается и у медведиц.

В.М. Возможно, у бабочек существуют какие-то специальные методы распознавания видов. Например, многие виды бабочек очень похожи друг на друга, мы даже не умеем их определять. Я думаю, что еще много видов выделят на основе этологии, особенно сексуального поведения.

О.Г. Да, существует множество видов-двойников, которые морфологически практически неотличимы друг от друга.

В.М. Которые не отличаются ни внешне, ни по строению генитальных структур. А вот бабочки друг друга узнают. Происходит это, как я думаю, во-первых, с помощью видоспецифических феромонов или половых запахов. И, кроме того, с помощью полового поведения или брачного танца. Если бабочка станцует не так, то партнер ее не примет.

О.Г. Кстати, о феромонах. Стеклянницы как раз являются очень хорошим, вообще, наверное, самым разработанным объектом. Во-первых, они, несмотря на то, что относятся к большой группе ночных бабочек, летают днем, исключительно днем. А встреча полов у них происходит на основе только феромонов, т.е. химической коммуникации. Пожалуй, два десятка лет, и даже несколько больше, и в Соединенных Штатах Америки, и в Японии, и в Европе, особенно в Германии, целые институты работают над изучением структуры феромонов и проблем химической коммуникации. Было установлено, что у стеклянниц, как и у некоторых других бабочек, половые феромоны состоят из высокомолекулярных, 18-атомных, ненасыщенных спиртов и их ацетатов. И, что очень важно, они в большинстве случаях являются видоспецифическими. Зная структуру полового феромона, можно определить вид, для которого он характерен.

А.Г. Классификация осуществляется по феромонам?

О.Г. Скорее, феромоны являются одним из вспомогательных инструментов в классификации. Хотя случаются и казусы. Я во время полевых исследований очень часто пользуюсь синтетическими феромонами, но иногда мне удается наблюдать и действия натуральных половых аттрактантов, которые продуцируют только что отродившиеся, т.е. неоплодотворенные самки. Такую свеженькую самку в небольшом садке я выношу в биотоп, где этот вид встречается, и отлавливаю подлетевших самцов. Так вот, иногда к такой самке прилетают самцы и другого вида, и даже рода! В этом случае копуляция исключается по причине того, что на близком расстоянии включаются уже не химические распознавания вида, а визуальные, т.е. при близком контакте полов включаются другие рецепторы. В нашем случае – это глаза, которые у стеклянниц очень хорошо развиты. Таких случаев в моей практике было много. Иногда даже прилетало не 2 вида, а больше.

А.Г. Близкие феромоны?

О.Г. Да, близкие феромоны, но виды совершенно разные. И это тоже очень интересно для понимания механизмов эволюции химической коммуникации. Кроме этого, знание структуры феромона важно и с чисто хозяйственной деятельности человека. Как это не покажется странным, но многие виды стеклянниц являются серьезными вредителями различных хозяйственно важных растений. Так, в США некоторые виды серьезно вредят персикам, яблоням и винограду. В Японии – винограду, хурме и, что очень заметно, сакуре – символу страны. В России также имеются виды, которые наносят ощутимый вред смородине и малине. К примеру, на каждой даче в Подмосковье, где растет хотя бы один куст смородины, можно обнаружить смородинную стеклянницу. В целом, гусеницы стеклянниц приносят ежегодного ущерба на многие миллионы у. е. В Японии я видел целые плантации винограда, полностью уничтоженные тремя видами стеклянниц!

Традиционные же методы борьбы, а именно, химические обработки, с этими вредителями малоэффективны, т.к. гусеницы стеклянниц, а именно они являются вредителями, живут внутри растения: в корне, стволе, ветвях или в лиане. Единственный метод снижать численность, а отсюда и наносимый материальный ущерб – это проводить изъятие самцов из популяций. Для этого используются различной конструкции феромонные ловушки, которые заправляются искусственно синтезированными половыми аттрактантами. В этом случае, не дождавшись самца, самка начинает откладывать неоплодотворенные яйца. Но для этого необходимо знать точную структуру феромона именно интересующего нас вида. Эта задача не из легких и требует очень больших материальных вложений. К сожалению, в России такие работы не проводятся уже более 10-и лет, но стеклянницы и другие вредители живут и продолжают свое вредное дело.

В.М. Я хотел в связи с этим добавить, что в старое время, в 70-80-х годах в Советском Союзе были синтезированы феромоны сибирского шелкопряда. Со спутников отслеживались места массового размножения, которые выглядели рыжими пятнами на зеленом ковре сибирской тайги. Дальше с помощью самолетов над этими местами распылялся феромон, который заполнял своим запахом весь участок тайги. В результате самцы не могли найти самок, т.к. они, вернее, их запах, были везде, что не позволяло точно определить месторасположение самки.

А.Г. И их численность резко снижается.

В.М. Да, численность снижается в тысячи раз.

А.Г. Я вижу некий парадокс. Вы сейчас говорите о том, как уничтожать бабочек, вредных для сельского или лесного хозяйства, а на столе лежат две Красные книги… По идее-то вы должны говорить о защите, нет?

О.Г. Да, мы принесли две Красных книги – России и Московской области. Как известно, первые варианты Красных книг включали в себя только млекопитающих, птиц, земноводных, пресмыкающихся и рыб, т.е. только позвоночных животных. Главным критерием включения в Красную книгу была, что является совершенно верным, реальная численность вида в природе. Таковым он является и для современных вариантов этих книг. Но в последние стали включать и насекомых, среди которых бабочки занимают первое место по количеству.

А.Г. И для всех используются одни и те же критерии.

О.Г. Совершенно верно. Критерии включения одни и те же. Но, если, например, численность дальневосточного леопарда известна до единицы…

В.М. Там их десятки экземпляров…

О.Г. Да, несколько десятков. И чуть ли не каждый имеет свое имя, и его изучают несколько исследователей, то, к сожалению, ни для одного вида бабочки, которая включена в Красную книгу Москвы и Московской области, да и России в целом, никто и никогда не проводил никаких учетов численности!

А.Г. А на основании чего тогда вид включается в Красную книгу?

В.М. Мы не знаем.

О.Г. На основании чего – это очень интересный вопрос. Но ответа мы никогда не получали, хотя неоднократно заостряли эту тему как на заседаниях Московского общества испытателей природы, так и на Ученом Совете нашего института.

В.М. Все аполлоны включены в Красную книгу, например.

О.Г. Да, но эти виды в природе очень обычны, даже многочисленны! В местах их обитания в определенное время их летает столько, что кажется, что это не бабочки, а летний снегопад.

В.М. Их просто мало в коллекциях, потому что добраться в те места, где они летают, не так просто. Поэтому в коллекции, скажем, Зоомузея МГУ их мало, вот авторы их и включили.

О.Г. Да, как раз о численности. Ради Бога, давайте их включим. Конечно, если вид находится на грани уничтожения или ему что-то угрожает, его обязательно надо включать в Красную книгу. Но для этого необходимо провести необходимые полевые исследования.

В.М. Надо подсчитать их численность…

О.Г. Да, это же очевидно. Но никто никогда этого не сделал ни для одного вида бабочек.

В.М. Я бы хотел два слова сказать о численности как раз бабочек. Многие считают, что бабочек очень мало, потому что их мало видно. Дело в том, что бабочки не любят показываться-то зря. Вы можете долго бродить по какой-то определенной территории, и вам будет казаться, что там очень мало бабочек, а на самом деле там их может быть очень много.

О.Г. Ведь бабочка, вернее, любой вид бабочки, это и яйца, и гусеницы, и куколки.

В.М. А гусеницы имеют еще и несколько возрастов, и их может оказаться там очень много. Вообще, для чего природа сделала бабочек?

А.Г. Хороший вопрос.

В.М. Вам нравится?

А.Г. Да.

В.М. Дело в том, что вся жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Все другие источники, включая ядерную энергию – в конце концов, ничтожны по сравнению с солнечной энергией. Но потреблять солнечную энергию мы не умеем. Если мы загораем, то у нас все равно аппетит не пропадает.

О.Г. И не только мы, а, в общем, все живые существа, кроме…

А.Г. Все, кроме растений.

В.М. Только растения потребляют солнечную энергию. И только растения с помощью солнечной энергии умеют преобразовывать неорганические вещества в органические – белки, жиры, углеводы. Но эти растительного происхождения органические вещества не съедобны для большой группы животных, в частности, для хищных животных. Для них нужны белки животного происхождения. Так вот, природа создала бабочек для того, чтобы переработать растительные продукты в продукты животные. И сделать солнечную энергию доступной для верхних этажей пирамиды пищевых цепей, на которых располагаются хищные насекомые, птицы, пресмыкающиеся и другие хищники. Существует огромное количество потребителей бабочек.

А.Г. То есть, бабочки являются кормовой базой.

В.М. Очень обобщенно: мы разводим поросят для пропитания, оставляя на племя определенную долю, а природа разводит бабочек на корм другим животным. Но она и заботится о том, чтобы вид не пропал. И в связи с этим я скажу о двух типах морали. Некоторые люди не любят этого, но я скажу. Есть человеческая мораль, т.е. христианская, коммунистическая и другие, которая говорит, и совершенно правильно говорит: не убий. Потому что каждый человек – это есть совершенно своя Вселенная. Это огромный набор знаний, мировоззрений. В общем, каждый человек неповторим. И поэтому «не убий», потому что вы уничтожаете целый мир, целую вселенную, убив человека.

А.Г. Но, однако, мы обладаем способностью уничтожать себе подобных.

В.М. Это уже другой вопрос, здесь о нем не будем говорить. Но я хочу сказать вот о чем: какова мораль в природе? Она совершенно другая. Она считает за единицу не индивидуум, а считает за единицу вид (или подвид). И поэтому она стремится сохранить вид. А поскольку виды живут действительно в виде отдельных популяций, значит, она стремится сохранить эти популяции нетронутыми. Но как это сделать? Ведь, как нам известно, потребителей-то, например, бабочек, огромное количество.

О.Г. И все хотят кушать…

В.М. Да, и поэтому бабочки откладывают сотню яиц, 500 яиц, тысячу яиц…

О.Г. 10 тысяч, 20 тысяч…

В.М. В Австралии известен тонкопряд, у которого одна самка откладывает 28 тысяч яиц.

О.Г. Но из этих 28 тысяч отложенных и развивающихся яиц должна родиться только одна пара бабочек, а все остальные экземпляры, включая гусениц, куколок и имаго, должны быть съедены.

В.М. Потому что равновесие будет только тогда, когда из пары остается пара. Как этого добиться? Ведь, как мы уже знаем, врагов-то огромное количество. Они же не будут считать – ага, осталась только пара, значит, всё, мы больше есть не будем. Нет такого.

Как природа решает эту проблему? Она решает это огромной численностью «жертв». В этом случае, а именно, когда какое-либо явление включает взаимодействие многочисленных факторов, то для его описания можно пользоваться методами математической статистики. Например, законом распределения вероятностей Гаусса. Так вот, представьте себе, что бабочка отложила сто яиц. Какова же вероятность того, что будет съедено не больше 98? Так вот, статистика говорит, что вероятность этому на уровне 67% будет равна корню квадратному из этой величины, т.е. корню из 98, или, грубо говоря, из ста, что равняется десяти. Но это вероятность сохранения всего 67 процентов. Если вы хотите, чтобы вероятность сохранения была больше, то надо значительно большее количество яиц. Так, при погрешности, скажем, 90 % – это уже два корня квадратного из N, где N – это количество потомков.

Если вы хотите, чтобы популяция существовала не один год, а, скажем, тысячу лет, то вероятность такого исчезновения следует снизить до одной тысячной. Это хорошо видно на графике 2. На нем показаны результаты математического моделирования. По диагонали вверх идет линия – это численность вида или популяции. Это просто N, какое-то число произвольное, а пунктирными линиями показаны значения квадратного корня из N, эта погрешность. Вот там, где погрешность станет гораздо меньше N, там можно считать, что вид может существовать долго. Значение R – это коэффициент воспроизведения. Скажем, если у кого-то пять потомков, то популяция из 30, 50 или 40 особей может быть устойчивой. Это в расчете на сто лет. Значит, в течение ста лет она может быть устойчивой. Но это для животных с незначительным R…

О.Г. Для крупных млекопитающих, например.

В.М. Да, совершенно верно. Поэтому популяция крупных животных может состоять из небольшого количества экземпляров и быть устойчивой. В частности, небольшая популяция леопарда в 5-100 особей может быть вполне устойчивой, если не придет туда охотник и не начнет их истреблять. Но если численность упадет ниже этой точки пересечения, т.е., по сути дела, минимальной численности популяции, то эта популяция исчезнет уже сама собой без всякого вмешательства. Просто за счет случайных колебаний численности.

Но, скажем, для бабочек численность в 400 единиц недостаточна. Должна быть, по крайней мере, в несколько тысяч. Но это в какой-то конкретной популяции, причем это только количество самок, которые отложат яйца. В действительности, эту величину следует удвоить за счет самцов, каковых должно быть примерно такое же количество. И плюс к этому не все самки отложат яйца, их тоже съедят, уже во взрослом состоянии. То есть реальная численность должна быть еще гораздо больше. Причем это рассчитано на 100 лет, что для вида составляет просто миг. Потому что виды существуют не тысячи, не сто тысяч лет, миллионы лет. Известные дальневосточные или закавказские популяции брамей существуют, по-видимому, более пятидесяти миллионов лет.

О.Г. Я бы сказал больше ста тысяч, уж это точно…

В.М. Тот факт, что эти бабочки, два разных, но родственных вида, встречаются на Дальнем Востоке и в Талыше, говорит о том, что когда-то они имели общего предка, имеющего сплошной ареал. Но по палеонтологическим данным, тропические и субтропические леса между этими двумя регионами исчезли несколько миллионов лет тому назад. Именно тогда и произошла изоляция этих популяций, приведшая к образованию двух видов. Но бабочки существуют и поныне. Это может происходить только в том случае, когда эти виды обладают способностью к колоссальному воспроизводству. Их численность должна быть огромна! Кстати, эти виды занесены в Красные книги. Я наблюдал брамею в Ленкорани, что на юге Закавказья…

О.Г. А я и в Ленкорани, и в Приморье.

В.М. А в Приморье вообще говорить нечего, там экран, когда на свет ловишь, был покрыт сплошным ковром из этих брамей!

А.Г. То есть, если вид существует, значит, численность вида достаточна для того, чтобы вид существовал. Следовательно, сам факт существования вида должен уже говорить о том, что его не надо заносить в Красную книгу – если говорить о бабочках, а не о леопардах.

В.М. У меня есть еще одна математическая модель, которая позволяет рассчитать численность. Покажите, пожалуйста, схему номер 1.

Здесь указана величина колебания численности популяции в зависимости от начальной численности и плодовитости в течение 100 лет. К сожалению, мощность моего компьютера недостаточна, чтобы, скажем, реально взять начальную численность. Но все равно это выглядит весьма достоверно. Так, при начальной численности популяции в 50 экземпляров и при плодовитости также в 50 колебания численности в течение 100 лет очень значительные. За это время исчезло 60% популяций, то есть, из 5 – 3 вымерло. Но это, напомню, расчет на 100 лет. Реально же популяции (виды) существуют значительно дольше. Если бы я рассчитал, что популяция должна существовать 100 тысяч лет, то все эти значения численности должны бы возрасти в огромное число раз. И видите, какие колебания численности происходят просто за счет чисто случайных причин.

А.Г. Да, от 160 в один год до буквально 40 – в последующие.

В.М. А ведь это просто пример. Покажите еще график 3. Тут показана вероятность выживания вида при разной численности популяции. Если количество потомков равно численности популяции, N равно R, то видно, что если популяция маленькая, например 10 особей, то она вымирает сразу. Если популяция 200, она еще немножечко живет. В связи с этим очень уместно здесь упомянуть Библию, где сказано, что Ной сохранил все живое на Земле, взявши в ковчег по паре живностей. Кстати, там есть разногласия. Если вы посмотрите (я специально смотрел) – на одной странице указано, что «каждой твари по паре», а на другой – «чистых семь пар, а нечистых – по паре».

А.Г. Ну, при таких цифрах и нечистые тоже не сохранились бы…

В.М. Я специально поставил в свои расчеты число – пару, сделал сто прогонов, и только в одном случае популяция продержалась 13 лет. Она могла бы продержаться гораздо дольше, но с уверенностью можно сказать, что из одной пары мы популяции не сделаем. Но, конечно, тогда были другие времена. Да и с Божьей помощью все возможно.

Но с точки зрения науки сейчас можно сказать, что такие популяции не жизнеспособны. Хотя существуют исключения, которые только дополняют показанные расчеты…

 

Механизмы адаптации у животных

26.11.03

(хр.00:40:10)

Участники:

Инга Игоревна Полетаева – доктор биологических наук

Валентин Сергеевич Пажетнов – доктор биологических наук

Валентин Пажетнов: Да, это самый крупный зверь, то есть самое крупное наземное хищное млекопитающее. В воде живут, понятно, более крупные – китообразные.

И ещё один интересный момент – медведи живут на всех континентах, за исключением Австралии и Антарктиды. То есть их пластичность, их приспособление к среде обитания удивительны. Допустим, медведь-пищухоед живет почти в пустыне, в Монголии. Живет медведь и в Тянь-Шане, живут медведи в Южной Америке, живут и в Африке, и в Индии. Есть сообщения о том, что медведи заходят в лесотундру, чувствуют себя там неплохо, и по отдельным руслам рек проходят далеко в тундру. Летом тундра, всё-таки, можно сказать, это богатая страна, где можно поживиться. Это означает, что медведи удивительно рационально используют территорию, и хорошо приспособлены к своим местам обитания. Это пластичный зверь, который, в моем понимании, имеет «путевку в будущее», т.е. в то время когда наша среда и его (медведя) среда обитания могут оказаться под серьезным антропогенным давлением.

Инга Полетаева: И при этом они – одиночно живущие животные.

В.П. Я сейчас об этом скажу. Во всём мире медведи – лесные звери, за исключением белого медведя, их насчитывают шесть-семь видов. У них у всех повсеместно основу питания составляет растительность. Понятно, животные корма тоже используются, причем большую долю в них занимают такие беспозвоночные или мелкие позвоночные. Можно сказать, что до возраста четырех лет медведь – это «ребенок», который не способен добыть крупное млекопитающее, хотя в этом возрасте он может быть уже достаточно сильным.

Хищник этот достаточно серьезно вооружен, у него мощные, очень сильные когти, на передних лапах они могут достигать 8-10 сантиметров длины, у него короткие пальцы с мощными сухожилиями и очень мощные мышцы передних лап. Кстати, в отличие от других животных, объем, масса мышц передних лап у медведя больше, чем масса задних. Передними лапами медведь делает очень много вспомогательных действий, которые помогают ему выжить. Ударом передней лапы медведь может проломить бок у лося и одним движением вырвать два-три ребра. Есть сообщения о том, что при драке медведь может своими когтями пробить череп другого взрослого медведя. Такой случай был зарегистрирован на Сахалине, причем, я думаю, что он не единичный. Просто именно на Сахалине людям удалось это увидеть.

Понятно, что и зубы медведя представляют серьезную опасность. Захватив лося пастью за холку, он затем бьет его лапой, причем, как правило, левой (можно сказать, что медведи, как правило, левши). То, что они нападают на копытных – на лося, на кабана – выяснилось в процессе длительных наблюдений, во время питания этих зверей на овсах, в конце лета. Такие случаи зарегистрированы. При этом оказалось, что, как правило, медведь нападает с левой стороны. Если ему удается подойти к жертве сбоку, он захватывает левой лапой за переднюю часть животного. Затем правой лапой он хватает жертву за хребет и пытается схватить за становую жилу в районе холки. И понятно, что если он делает там глубокий укус, то это сразу же парализует жертву. Этот охотничий прием отличает медведя от волка. Волк только иногда хватает жертву за шею и прорывает подключичную артерия, гораздо чаще волк хватает жертву в области промежности, что вызывает паралич жертвы.

Таким образом, медведь – это очень сильный и хорошо вооруженный зверь. И, тем не менее, как я уже сказал, основу питания медведей во всем мире составляет растительность. Наверное, это неслучайно. Дело в том, что биомасса бурого медведя, как вида, на единицу площади в местах его благополучного обитания всегда больше, чем у любого другого хищного млекопитающего. Разумеется, это относится к таким метам обитания, которые не разрушены человеком (в отдельных странах медведи просто уничтожены людьми). Такая величина биомассы бурого медведя возможна именно потому, что его основная пища – растительность, а виды – потенциальные жертвы, это животные, населяющие данную территорию.

И ещё этот зверь удивительно приспособлен. Это проявляется в том, что если медведя убрать из того леса, где он живет, то, казалось бы, там ничего не произойдет. Можно его выпустить назад, и опять драматических событий не произойдет. Это может быть связано с тем, что как хищник он оказывает лишь незначительное «давление» на популяцию его потенциальной жертвы. На самом деле, наверное, это, видимо, не совсем так. Мы просто ещё многого не знаем об этом животном.

А.Г. Но это дает ему определенные преимущества – у него всегда есть запас непуганой дичи.

В.П. Да, и эти преимущества как раз и способствуют тому, что плотность популяций бурого медведя может быть достаточно высокой. И оптимальная плотность, т.е. та, к которой стремится популяция этого вида, это одна особь на тысячу гектаров или, скажем, десять медведей на 100 квадратных километров. Для хищника – это достаточно высокая плотность. Для волка или для рыси эти показатели в десятки, или в сотни раз ниже.

И.П. А сколько медведей в Тверской области?

В.П. В Тверской области живет около двух тысяч медведей.

А.Г. Вот это мне особенно интересно, у меня там деревня.

В.П. Что же касается формирования поведения бурого медведя, которым мы занимались, то мы работали по специальной программе, предложенной Леонидом Викторовичем Крушинским. Он предложил проследить за развитием детенышей бурого медведя в естественной среде. Конечно, можно наблюдать за этими зверями и в зоопарке, но это немножечко «не то». С другой стороны, наблюдать, за развитием детенышей бурого медведя в естественных условиях просто не реально, медведица этого не позволит, это понятно. Именно поэтому Леонид Викторович предложил исследовать поведение междвежат-сирот, которые попадают к людям обычно после зимней охоты. Это предложение, к счастью, удалось осуществить. Нам в период с 1975 по 1977, даже частью в 1978 году, удалось проследить за развитием группы из трех медвежат, затем группы из двух медвежат в естественной среде обитания. И открылось очень много удивительного. Люди считали и сейчас ещё считают, что для того, чтобы детеныши какого-то вида, а уж медведя, в особенности, поскольку это высокоорганизованное животное, нормально развились и могли существовать в дикой, очень сложной и очень трудной для жизни среде, они должны многому если не всему, научиться у матери. И медведица-мать терпеливо их обучает всему тому, что может и что умеет делать сама.

А.Г. Как это происходит у волков, скажем.

В.П. И у волков это не совсем так. Оказывается, и волки многое могут сделать без родителей, если они имеют контакт с естественной средой. Сначала они будут ловить каких-то мелких млекопитающих. У них формируется хищническое поведение на врожденной основе.

И.П. Это у волков.

В.П. Да, у волков. Это у лис и у домашних кошек можно наблюдать и так далее. Но волк – более социальное, скажем так, животное, и очень нуждается как раз в социальных контактах, и через обучение у него формируется достаточно много поведенческих актов, которые позволяют этому зверю выжить. Неслучайно он живет рядом с человеком, где может поживиться.

У медведей все происходит немного не так. Но все-таки эта работа показала, что в первый год жизни молодые медвежата без обучения со стороны матери успешно осваивают среду обитания. Важно, что они растут в группе, потому что в группе свойственная им реакция «внутрисемейной связи» направлена друг на друга. Если медвежонок один, то как бы человек ни старался его наблюдать «со стороны», детеныш всегда будет стремиться к контакту с человеком. В таких случаях поведение может развиваться совсем не так, как хотелось бы, и не так, как это происходит при жизни медвежата в своей группе. Если детеныши живут в группе, то человек остается посторонним наблюдателем, который смотрит, что же там происходит.

В первые месяцы жизни медвежата осваивают 30 видов кормовых растений, которые являются основными в пищевом рационе бурого медведя, и 15 из них, или даже 8, – это те, которые наш бедный на корма лес Центральной России всегда может обеспечить. Так вот 8 видов растений, которые являются определяющими, дают возможность так называемой нажировки, то есть накоплению жировых запасов для нормальной зимовки. Этот зверь зимой спит за счет того, что он накопил жир. У медведя есть три типа жира, отличающихся по качественному составу и по своей роли. Первым накапливается подкожный жир, он является «одеялом», то есть защищает от холода. Когда его набирается достаточно (для нашей зоны это слой приблизительно в 3-3,5 см), начинает накапливаться внутренний жир. Этот жир и будет расходоваться для того, чтобы зверь этот мог нормально проспать зиму. Из жира организм получает и воду, и все питательные вещества.

Есть ещё бурый жир, которого немного – у крупного медведя его всего около пяти-семи килограммов. Он расположен в межлопаточных областях, в области над почками, около сердечной сумки и так далее, то есть располагается отдельными прослойками. Этот бурый жир является хранилищем витаминов, в первую очередь витамина Е – токоферола, который необходим весной для нормальной работы половых желез. Так вот медведи-самцы, которые не накопили достаточно бурого жира, практически исключаются из процесса размножения. И тут проявляется очень важный механизм: слабый зверь может дать слабое потомство, и его сама природа может отодвинуть на задний план, отстоять свои права в период гона самцу очень сложно. Почему? Потому что приходится отстаивать право на возможность обладания самкой, на возможность образования супружеской пары.

Сам по себе процесс гона и собственно процесс свадьбы у медведя очень интересен, я, может, немножко потом об этом скажу. А сейчас я хотел бы, чтобы Инга Игоревна рассказала об основах формирования поведения.

Инга Полетаева: Основы формирования поведения животных, в общем, хорошо изучены этологами на беспозвоночных, на птицах. А формирование поведения хищных млекопитающих проводилось в трех, как сейчас принято выражаться, проекта, трех больших проектах. Во-первых, это исследование формирования поведения кошек и вообще кошачьих, которое было сделано учеником и соратником Лоренца Паулем Лейхаузеном, немецким ученым. Во-вторых, это исследование, подробнейшее исследование, очень интересное исследование онтогенеза волка, оно как бы и второе, и третье сразу (поскольку идет параллельно с работой Валентина Сергеевича). И третье, это исследование онтогенеза поведения бурого медведя. Все эти объекты – это сложнейшие, очень высокоорганизованные животные, это хищные млекопитающие. И смотреть, как у них в конечном итоге получается такое адаптивное, высокоточное, высоко гармоничное поведение, это чрезвычайно сложно.

Подход, который все они независимо друг от друга избрали, это внимательное наблюдение за поведением детеныша, который постепенно становится взрослым, это единственно возможный путь – увидеть, как постепенно наслаиваются всё более и более сложные формы поведения в этом процессе. И врожденное, и приобретенное в этом случае, оказывается, тесно переплетены.

Когда мы анализируем процесс формирования поведения млекопитающего, особенно важным является учитывать ещё один компонент, это то, что Леонид Викторович Крушинский назвал «элементарной рассудочной деятельностью». Фактически поведение высокоразвитого хищного млекопитающего, поведение приматов, поведение человека и вообще поведение любого животного (но к сложным животным это относится в самую первую очередь) состоит из трех компонентов. Это, во-первых, врожденные инстинктивные действия, которые сначала могут проявляться просто в ответ на ключевые раздражители и только постепенно делаются высоко адаптивными и приспособленными. Во-вторых, способность к обучению, которая тоже может быть разная у разных видов животных, она может быть разная и у разных индивидов. Валентин Сергеевич, вероятно, может привести примеры, до какой степени медвежата, которых он выращивал, все были яркими индивидуальностями, и некоторые учились легко, некоторые усваивали то, что им жизнь подсказывала, с достаточным трудом. И плюс есть третий компонент – это элементарная рассудочная деятельность или когнитивное поведение, которое для жизни такого сложного животного, как медведь, в естественных условиях абсолютно необходимо.

Как именно происходит формирование такого сложного уже во всех отношениях совершенного поведения, можно увидеть, наблюдая животных в лесу, наблюдая, как они развиваются. И мне кажется чрезвычайно интересным в работе Валентина Сергеевича то, что удается проследить такое постепенное врастание животного во взрослый мир. Они, оказывается, умеют строить берлогу без матери. Медвежата-сироты, которые никогда в жизни не видели фактически взрослого медведя, а матери, естественно, не помнят и не знают, они могут строить. И про это Валентин Сергеевич может рассказать более подробно.

А.Г. Вы знаете, мы записывали передачу о бабочках, и там тоже встал вопрос: каким образом бабочки, которых никто не учит, те из них, кто зимует в других краях, так называемые перелетные, миграционные бабочки, находят место зимовки? То есть это явно генетически передаваемая, встроенная программа.

В.П. Жестко фиксированная.

А.Г. И она очень сложная. Что касается поведения медвежат, которые самостоятельно строят берлогу без предварительного научения, это же ведь тоже очень сложная программа. Каким образом она наследуется, для меня загадка.

В.П. Я просто приведу, может быть, несколько примеров формирования сложных биологических форм у медвежат. Начнем с пищевого поведения.

Пищевое поведение формируется очень рано, буквально первые проростки травы уже являются теми раздражителями, которые провоцируют пищевое поведение детенышей, проявление пищевых реакций медвежат. Пищевое поведение формируется путем проб и ошибок. Они пробуют камешек – не годится, запоминается его запах. И другие компоненты среды запоминаются также, в особенности, если на такой компонент была положительная пищевая реакция. На основе обоняния очень быстро, буквально за два месяца, в возрасте от с 3,5 до 5-5,5 месяцев формируется основа пищевого поведения. В это время у них еще слабо выражена оборонительная реакция: медвежонок, конечно, может испугаться, но быстро после этого успокаивается.

С возраста 5,5-6 месяцев начинается формирование оборонительного поведения, точнее, его основы. В это время отдельный раздражитель может вызвать проявление долгой реакции, сначала настороженности, а затем и избегания. Можно сказать, что в этот период у медвежонка обнаруживается «полный цикл». В ответ на новый раздражитель появляется ориентировочно-исследовательная реакция, происходит оценка и определение потенциальной опасности такого раздражителя (является ли он потенциально опасным, явно опасным, или индифферентным, т.е. не опасным). Затем следует конечный результат – медвежонок либо успокоится, либо убежит. Это уже сложная форма поведения, которая позволяет животному выжить в условиях естественной среды, избежать опасности. Что мы видим у медвежат вплоть до шестимесячного возраста? Пищевое поведение, обеспечивающее питание, оборонительное поведение, позволяющее детенышу избежать какие-то опасные моменты жизни, и территориальное поведение. Территориальное поведение формируется постепенно. Они осваивают территорию постепенно. По нашим наблюдениям, в возрасте шести месяцев медвежата могут пробегать много километров. Размер знакомой им территории составляет примерно 600-700 гектаров, это достаточно много.

Мы с Ингой Игоревной недавно говорили о том, что медведь может держать в памяти пространственное расположение тех объектов внешней среды, с которыми он уже познакомился. Более того, он может строить траекторию своего перемещения на достаточно знакомой территории, прокладывая путь через те пункты, в которые никогда до этого не заходил. Можно полагать, что у медведя есть представление о расположении в пространстве конечной точки своего движения, и путь свой он строит на основе знания территории.

А.Г. Срезает углы, по сути.

В.П. Срезает, совершенно правильно. Он движется, срезая углы, поскольку у него есть представление о конечной цели движения, т.е. о том, где находится искомый объект внешней среды, на каком расстоянии, куда надо двигаться.

А.Г. «Карта» у него есть.

И.П. Да, это мысленная карта.

В.П. Медведи, точнее, медвежата это показали. А наблюдая за взрослым медведем, тоже можно увидеть его способность к ориентации в пространстве. Я с взрослыми медведями много работал, они способны ориентироваться в пространстве по сторонам света, т.е. у них есть представление об объектах внешней среды. У медвежат мы тоже это наблюдали.

Второй момент, это формирование хищнического поведения. Оно формируется в возрасте 7 месяцев, когда медвежонок уже может избежать опасности, до этого оно не проявляется. Это поведение может быть направлено на зайца, на мышей (на мышей даже раньше, чем на более крупных животных).

Есть и третий, очень интересный момент развития поведения медвежат. Строительство берлоги медвежата могут проводить без обучения со стороны матери. Как же это происходит? Медвежонок просто попадает в условия, которые для него оказываются несколько экстремальными. Выпадает первый снег, становится холодно, у него голые лапы. Медвежата вообще-то не боятся ни воды, ни снега, ни льда. Например, весной медвежонок выходит из берлоги и тут же может залезть в ледяную воду, он, по-моему, даже удовольствие от этого испытывает. А вот начало строительства берлоги определяется какими-то метеорологическими причинами – снижением температуры, чем-то еще, возможно.

И.П. Может быть, влияет и долгота дня.

В.П. Может быть, я не знаю. Залегает медведь в берлогу в очень «узкие» сроки, точно такие же они и для дикого медведя, это с 22-25 ноября по конец ноября. В эти дни медведи ложатся в берлоги.

А.Г. То есть за неделю практически.

В.П. Да, да, да. Удивительно, но я не мог зарегистрировать, что же является главным, определяющим у них в тот момент, когда они ложатся в берлогу уже окончательно. Конечный этап, это когда они сгребают подстилку, залезают и больше не вылезают оттуда. Обычно в этот момент идет обильный снег, который потом уже почти никогда не тает. Либо это происходит прямо накануне такого снегопада. У нас есть данные по метеорологии за 10 лет по нашей местности, и мы пытались выяснить, какие метеорологические факторы сопутствуют собственно залеганию в берлогу. Обычно это почти нулевая температура, осадки – снег, дождь со снегом, и так далее. Т.е. мы не можем обнаружить какого-то резкого скачка в условиях погоды, который служил бы толчком к залеганию медведя, таким сигналом, который был бы пусковым механизмом окончания строительства берлоги. Это поведение формируется на врожденной основе, однако обучение в этом также принимает участие. Это можно наблюдать на очень интересном моменте. Для берлоги медведи выбирают места затененные, более или менее сухие, прикрытые.

А.Г. У них цветное зрение или черно-белое?

В.П. У них черно-белое зрение. Первый этап постройки берлоги – это выкопать в грунте ямку под ложе, основание берлоги. Так они начинают, однако конечный результат этой деятельности, которая определяет возможность пребывания зверя в таком убежище, это затаскивание в берлогу подстилки. Ее толщина бывает от 8 до 12 сантиметров, причем, молодые медведи и медведицы делают её толстую, а взрослые самцы могут две веточки положить или вообще на голую землю лечь, и так бывает.

Так вот, вначале у медвежонка проявляется поведение просто сгребания подстилки. Он эту подстилку гребет в любом месте, иногда в сторону, совершенно противоположную от чела (т.е. входа) берлоги. Это поведение, конечно, неадекватное. Это – неадекватные инстинктивные действия, которые не могут дать полезного результата. Но достаточно быстро ситуация меняется. Медвежонок залезает в берлогу, а там подстилки нет. Он вылезает, опять гребет, залезает в берлогу, а там опять подстилки нет. В конечном итоге он начинает это делать по-другому, ориентировать инстинктивные движения правильно – сгребает подстилку в нужном направлении, и с этого момента быстро устраивает себе ложе в берлоге и ложится там.

А.Г. То есть тут как раз сочетание инстинктивного и когнитивного поведения.

И.П. Вероятно, животное может уловить логическую связь между направлением движения и комфортом в берлоге.

А.Г. Вы сказали, что вам удалось наблюдать разные коэффициенты умственного развития у медведя. Одни сообразительнее, другие – нет.

В.П. Коэффициент умственного развития – нет. Я бы сказал проще. Вы знаете, интеллекты и характеры у них разные, как и у людей. Одни медведи очень флегматичные, пассивные какие-то, а есть и очень возбудимые. Есть очень агрессивные животные, немножко кто-то его зацепил, он тут же бросается в драку. Кстати, медведи дерутся, а медвежата даже очень часто, но только около пищи. Ни игровое поведение, ни какое другое не вызывает у них такой агрессии, которую можно расценить как драку, отстаивание, скажем, своей пищи. Это наблюдается ещё у маленьких медвежат с возраста одного месяца, когда у них начинать проявляться борьба за сосок. Мы это всё наблюдали в подробностях.

Интересно еще и вот что. У нас на станции было выращено более ста медвежат. Можно сказать, что среди них есть похожие друг на друга звери, а одинаковых нет. Наверное, это как и у людей. Это удивительно. Есть очень самостоятельные звери, которые становятся потом лидерами в группе. Такого сразу видно, у него сразу такое поведение, он «сам по себе». Такой медвежонок, когда их выпускают ещё в теплом помещении на пол, когда им два месяца и они только начинают ходить, уже «сам по себе». А другие медвежата очень нуждаются в контакте, такая реакция внутрисемейной связи позже делается у них более ярко выраженной.

Кстати, о реакции внутрисемейной связи. Что такое семья медведей? Со стороны матери семью поддерживает материнский инстинкт, который направлен на то, чтобы она видела своих медвежат, следила за их безопасностью и так далее. Со стороны медвежат – это реакция следования за матерью. При этом происходит совершенно определенный обмен информацией, они постоянно издают сигналы, как бы поддерживают друг с другом звуковую связь. И понятно, что контакт с матерью у них формируется через запах, через тактильные ощущения, через зрение. Иными словами они видят, наблюдают свою мать, слышат ее звуки. Так поддерживается эта совершенно особая взаимосвязь.

Такую взаимосвязь можно построить и с человеком. Первый наш опыт приблизительно такой и был. Надо было стать сторонним наблюдателем, чтобы не помешать тому, что у медвежат проявляется самостоятельно, и чтобы это можно было зарегистрировать. Это все нам было необходимо знать для последующего использования в работе по возвращению в дикую природу медвежат, которые попадают по разным причинам к людям.

Медвежата попадают к людям не только от охотников. Иногда работает леспромхоз, свалили дерево, испуганная медведица убежала, в берлоге остались медвежата. И, если их не забрать, они погибнут.

Бывает и по-другому. У нас на воспитании были два медвежонка даже из Центрального Лесного заповедника. Два сотрудника тропили волков, стояли, разговаривали, отошли, и в это время, увидели по следам, что по траншее ушел медведь. Это было 22 февраля, они нашли и осмотрели берлогу – там было два медвежонка. Был вечер, они их оставили в берлоге до утра, позвонили мне. Я сказал, что если медведица слышала людей около себя, она больше не вернется. Я не знаю случая, когда медведица вернулась бы назад в берлогу к медвежатам, если она испугалась человека. Все рассказы о том, что она может идти за человеком, который забрал медвежат, и так далее, придумывают люди, я думаю, которые этого не видели. Я не знаю таких достоверных сообщений от специалистов, с которыми поддерживаю связь, и сам за 30 с лишним лет этого никогда не видел. Вот так два медвежонка из заповедника попали к людям, там не было ни охоты, ни какой-либо хозяйственной деятельности. Просто были в лесу сотрудники, которые работали, а медведица детенышей бросила. Иными словами, медвежата могут попадать к людям по разным причинам.

И.П. И потом их выращивают в соответствии со специальной программой. Эта программа достаточно сложная, она много лет отрабатывалась. Там они имеют контакт только с двумя или с тремя людьми, они не знают, вообще не имеют опыта контактов с другими людьми. Они живут изолированно, их выпускают в лес, причем только в ту часть леса, где люди не ходят. И в общем-то, это дикие звери. И сколько вы медведей выпустили?

В.П. Сейчас, наверное, 108 или 110.

А.Г. Но неудачи были? Отбраковывали вы?

В.П. Да, есть так называемые «проблемные» медвежата, они чаще всего проблемными к нам и попадают. Когда медвежонок попадает к людям, они начинают обращаться с ним, как с игрушкой. Во-первых, он очень интересный зверек, пушистый, вызывает у человека очень положительные эмоции, а у детей – особенно, дети со слезами расстаются с медвежатами. Берут в постель, обнимают, играют с ними. В общем, образуется тот самый контакт, который у медвежат бывает с матерью – через пищу, через тактильные ощущения, через запах. И когда такие медвежата попадают к нам, а попадают они к нам иногда в возрасте 2-3 месяца, т.е. когда уже целый месяц или два пробыли у людей, то они бывают очень требовательными и избалованными, с ними трудно работать.

А затем этот ранний негативный опыт проявляется в тот период, когда этих медвежат выпускают в естественную среду, где, все-таки, намного труднее жить. И бывают случаи (хотя и редкие), когда через 40 дней, через два месяца, через полмесяца, такой детеныш приходит к человеческому жилью. Такие медвежата особенно быстро реагируют на ситуации, когда в лес приходят люди собирать ягоды и грибы и бросают там остатки пищи, например, на клюквенном болоте. У медвежат быстро формируется ассоциация запаха человека (человек имеет свой видовой запах, как имеют его свиньи, коровы, собаки и т.д.) и вкусной пищи. А у медвежат, с которыми мы работали, была положительная реакция не на запах людей вообще, а только на запах одного человека. У нас у всех разный запах, он так же индивидуален, как узор на пальцах, или особенности ДНК. Запах чужих, других людей будет для них опасным. Однако если произошло несколько таких контактов с другими людьми, то может сформироваться реакция на видовой запах видовой запах человека, который вроде бы не сулит ничего опасного.

И бывает, что такие медвежата выходят в населенные пункты. Мы этих медвежат отлавливаем и оставляем их на зимовку. Они либо сами делают берлогу на нашей территории, на станции, либо зимуют в особой деревянной будке, похожей на собачью. Они затаскивают туда подстилку, то есть у них проходит весь процесс строительства берлоги. Иногда мы кладем им сено. За зиму такие медвежата очень сильно дичают. Они спят в полной изоляции, никакие раздражители на них не действуют. В результате весной они выходят из берлоги, почти не отличаясь по поведению от тех, которые проходят зимовку с матерью. Медвежата, которые зимуют с матерью, тоже заметно «дичают» весной, у них ослабляется и разрушается семейная связь с матерью.

Нам удается использовать эту особенность поведения в случае «проблемных» медвежат. Было всего четыре случая, когда такие медвежата возвращались к людям после зимовки. Два из них – это медвежата, выпущенные в Орловском полесье, а два – отправленные в Пермь. А во все остальных случаях они очень хорошо приспосабливаются, адаптируются к проживанию в естественной среде.

А.Г. Говоря о когнитивном поведении медведей – какую роль играет эвристическая составляющая, насколько она выстраивается именно в этом отношении?

И.П. Так прямо ответить очень сложно, если это касается медведей. Если же это исследуют у животных, с которыми легче работать, чем с медведями, то можно обнаружить, что здесь выстраивается некая лестница, градация развития этой способности к рассудочной деятельности. И хищные млекопитающие, и волки, и медведи там занимают очень высокую ступень. Но они располагаются ниже приматов, наравне с врановыми, даже немножко ниже врановых птиц. Это высокий уровень развития. И те специальные лабораторные тесты, с помощью которых удавалось определить интеллект медведя, дают очень высокие показатели по сравнению с собаками, по сравнению даже с волками. Это умные звери.

А.Г. Объем мозга большой у них?

И.П. И объем мозга у них большой, а то, что рассказывает Валентин Сергеевич о когнитивной карте, тоже очень важно. Ведь, скажем, у лабораторных крыс это исследуется очень активно. Это такая бурно развивающаяся, уже даже развившаяся, область нейробиологии – когнитивная биология. Она показывает, что можно определять структуры мозга, важные для этой способности, можно обнаруживать генетические вариации размеров структур мозга, которые коррелируют со способностью к пространственной ориентации.

А у медведей мы можем только догадываться о том, что эта способность у них очень высоко развита. И есть наблюдения, которые показывают, что медведь знает местность. Он не обязательно воспроизводит свой конкретный путь, он держит в голове «мысленный план» этой местности. Наблюдения по троплению диких медведей это четко показывают, что особенно впечатляет в работе Валентина Сергеевича. Ведь такое животное проходит не сотни метров, а километры, иногда многие километры, и при этом умеет находить кратчайший путь, проходя по зимнему лесу, в котором меньше ориентиров, чем в летнем лесу, и при этом точно выходит к нужному месту. Это говорит о том, что он, конечно, очень высокоинтеллектуальный зверь.

В.П. Буквально два слова я хотел бы добавить.

А.Г. А я хотел глупый вопрос задать. Но говорите.

В.П. У бурого медведя самая сложная архитектоника головного мозга из всех хищных. Работа, которую сделала Анна Шубкина, показала, что именно бурый медведь лучше всех решает логические задачи, по сравнению с черным медведем, белым медведем, тиграми, львами, то есть другими хищными млекопитающими.

И еще я хотел сказать, что работа, которой мы занимаемся, она все-таки довольно дорогостоящая. Понятно, что всех медвежат спасти невозможно, но многим мы помогаем. Эта работа имеет и гуманитарный план, она показывает, что человек все-таки должен серьезно относиться к тому, что он делает в природной среде, что получается от его деятельности. И если есть возможность хотя бы частично компенсировать этот вред, связанный и с промашками человека, и с прямым злом, то эта миссия благородная.

Эта работа, как мне представляется, очень важна для наших детей. Им следует знать, что человек должен относиться к природе, к тому, что их окружает, к живым существам очень внимательно. Человек может легко разрушить, восстановить труднее.

Работа эта, конечно, стоит денег, и нам помогает, практически полностью финансирует, Международный фонд защиты животных. Кроме этого мы, естественно, мы занимаемся еще и экологией дикого медведя. Сейчас ясно, что ни в коем случае нельзя рассматривать этот вид изолированно от других, поэтому приходится и лосей, и волков, и рысь изучать, основных животных, с которыми этот зверь взаимодействует в наших лесах европейской части России.

А.Г. Глупый вопрос вот какой. Если медведь настолько успешный хищник, зачем ему нужен зимний сон?

В.П. Во-первых, медведь обладает всеми приемами добычи, как умный зверь. Он может скрадывать добычу, как, скажем, рысь. Может изнуряюще преследовать свою жертву, как волк, может нападать, поджидать где-то, загонять в болото, на лед и т.д. Тем не менее, зверь этот, мне кажется, особым образом приспособился к тому, чтобы поддерживать свою высокую численность на определенной территории. Ни одно хищное млекопитающее этого не может.

Относительно зимнего сна: для него есть еще одна причина – у медведей мерзнут лапы. Это действительно так. Он ходит по снегу, но лапы у него чувствительные. Есть такое мнение, что зимой, когда медведь зимует в берлоге, у него линяет кожа на лапах. Оказывается, что она линяет только у тех медведей, которых подморозили лапы с осени. Это и у человека может произойти. Кожа подморожена, начинает отслаиваться, линяет. Я могу привести сколько угодно таких примеров, я охотился на медведей и присутствовал при охотах. У многих медведей, добытых во второй половине зимы, лапы совсем в порядке. Почему? Потому что они вовремя легли в берлоги. И поэтому не подморозили лап, не произошло слущивания верхнего слоя эпидермиса.

А.Г. Бедные шатуны, в таком случае…

И.П. Они просто обречены.

В.П. А Калабухов Николай Иванович в четвертом издании книги «Спячка млекопитающих» писал, что (кстати, он дает результаты анализа жира медведя, который мы вместе с ним сделали – самый целебный жир оказался как раз у медведя в Центральной России) зимой медведю в первую очередь нечего есть. Это действительно так. Потому что охота в зимний период ненадежна, удовлетворить потребность в пище мышами, которые под снегом, и которых надо оттуда достать…

 

Микроквазары

27.11.03

(хр.00:40:07)

Участники:

Фабрика Сергей Николаевич – доктор физико-математических наук

Сулейманов Валерий Фиалович – кандидат физико-математических наук

Александр Гордон: …это явление было названо, но подробно не описано. Поскольку сегодняшняя тема подразумевает, что сначала надо дать дефиницию квазаров, с этого, пожалуй, и начнем.

Сергей Фабрика: Квазары – это черные дыры, которые находятся в ядрах галактик. И массы этих черных дыр – от миллиона до миллиардов масс Солнца. Можно сказать, что почти каждая галактика имеет в ядре такую черную дыру, но не каждая черная дыра светится и становится очень ярким источником.

Валерий Сулейманов: Это от «топлива» зависит, которое поступает на эту черную дыру. От количества падающей на нее материи.

С.Ф. Да, то есть энерговыделение квазара зависит от структуры галактики. Некоторые квазары, наиболее активные, их всего несколько процентов, являются источниками радиоструй. Наблюдаются струи, струйные выбросы, они наблюдаются с помощью радиотелескопов. А микроквазары – черные дыры в тесных двойных системах, массы которых – всего несколько солнечных масс, что примерно в миллионы раз меньше. Было как-то естественно назвать их микроквазарами, хотя мне это определение не нравится, оно несколько филологичное. И еще, если вы на радиотелескопе получили картинку, и смотрите, вы в принципе не отличите, это квазар или микроквазар.

В.С. Дело в том, что от них тоже есть струи, такие же как от настоящих квазаров, просто масштабы их соответственно меньше.

А.Г. И они не обязательно должны находиться в центре галактики, достаточно двойной системы.

В.С. Да, да. Но самое главное, что они потому неотличимы, что они ближе к нам находятся, в нашей Галактике, поэтому масштаб изображения на фоне, в картинной плоскости такой же получается, как у квазаров далеких – они большие, но зато далеко. А здесь маленькие, но близко. Поэтому масштаб одинаковый и выглядят они одинаково.

А.Г. Значит ли это, что мы можем наблюдать микроквазары, которые находятся только в нашей Галактике?

С.Ф. Нет, не значит. Микроквазаров не так много, известно около 20. И поэтому мы выходим в другие галактики, где они более слабые из-за того, что расстояние больше, чтобы искать подобные объекты, и об этом будет определенная речь. Принципиально важно, что черная дыра, чтобы она была наблюдаема, должна подпитываться газом. В микроквазарах – это тесные двойные системы с черной дырой – происходит перетекание газа с одного компонента на второй.

В.С. То есть с одной звезды, нормальной, которая расширилась до того момента, когда, собственно говоря, сила притяжения на поверхности этой звезды равна силе притяжения к черной дыре. Поэтому получается растаскивание, газ перетаскивает прямо с поверхности звезды к черной дыре.

С.Ф. А в недрах галактик подкормка происходит за счет того, что газ в галактике за счет трения медленно стекает к центру.

В.С. Или при взаимодействии двух галактик, что тоже очень вероятно, круговое движение газа нарушается и он может попасть на черную дыру.

С.Ф. От этой подкормки зависит светимость четной дыры. Сколько падает граммов за секунду в центр, на черную дыру, столько и высветится, соответственно, около черной дыры (Валерий более подробно расскажет об этом через минуту), высветится около 6-10 процентов от «эм-це-квадрат». Это огромное энерговыделение и огромное КПД, потому что если сравнить с термоядерными или с ядерными источниками энергии – это в десятки раз больше, более эффективно. Микроквазары – это не только черные дыры, ярчайшие рентгеновские источники, это объекты, выбрасывающие струи. Далеко не все черные дыры в двойных системах так себя ведут. Считается, что для того чтобы появились струи, релятивистский объект должен быть, во-первых, черной дырой. В крайнем случае, нейтронной звездой без сильного магнитного поля, чтобы магнитное поле не поломало аккреционный диск (на картинке как раз аккреционный диск), чтобы газ дошел буквально до центра, до радиуса Шваршильда, тогда появляется возможность выброса струй.

В.С. Здесь на картинке мы можем видеть как раз ту систему, которую мы долго описывали, тесную двойную, где с нормальной звезды идет струя вещества и бьет на черную дыру. И вещество закручивается в кольцо, в диск вокруг черной дыры, потому что оно не может прямо на него упасть из-за того, что происходит вращение системы вокруг общего центра масс. Вещество должно как-то терять свой угловой момент, как спутник-ракета вокруг Земли крутится, и чтобы упасть на нее, на Землю, нужно затормозиться, потерять угловой момент, и здесь точно также. В диске потеря углового момента происходит из-за трения соседних слоев, вращающихся с разной скоростью. При этом выделяется очень большая энергия.

А.Г. Простите, еще один вопрос. А где находится центр массы такой системы, потому что ведь черная дыра…

В.С. Центр массы зависит от массы черной дыры. Нормальная звезда – порядка массы Солнца, наверное, в так называемых маломассивных рентгеновских двойных, или больше гораздо, если это рентгеновская двойная большой массы.

С.Ф. Центр массы посередине.

В.С. Это зависит от массы компонентов, где-то между ними находится. Если массы равные, то посередине, и чем больше масса черной дыры по сравнению с массой звезды, тем ближе к черной дыре.

С.Ф. Механизм ускорения струй.

В.С. Сейчас такие струи, которые мы видели на предыдущей картинке, которые сейчас видим, наблюдаются практически у всех объектов с аккреционными дисками. Поэтому механизмов ускорения струй, скорее всего, несколько. Их, как минимум, известно три. Просто гидродинамические, когда избыточное давление падающего вещества выбрасывает, выталкивает газ перпендикулярно диску в молодых звездах, когда давление излучения, давление света просто выталкивает газ при сверхкритической аккреции, но об этом мы немножко позже поговорим. Или электромагнитный механизм. То есть когда магнитным полем ускоряются частицы, и бьют такие две струи.

А.Г. Верните предыдущую картинку, я хочу уточнить о чем идет речь. Вот эта вертикальная голубая струя…

В.С. Голубые объекты – это и есть струи. А желтенький вокруг – это ветер, просто оттекающий от диска, с меньшей гораздо скоростью.

С.Ф. Центральная часть аккреционного диска более горячая, здесь художник это изобразил голубым, синим цветом.

А.Г. И энергия вертикального потока этих струй, которые выбрасываются, гораздо больше, чем энергия газа, который падает?

В.С. Нет.

А.Г. Тогда за счет чего достигается ускорение?

В.С. Дело в том, что энергии же не может взяться больше, чем она поступила. Поэтому источником энергии является гравитационная энергия падающего вещества. Ее, естественно, должно быть больше, чем энергии оттекающих струй.

А.Г. Понял, спасибо.

С.Ф. Можно так сказать, что там работает очень грубая и поэтому правильная формула для потенциала, или для энерговыделения: в числителе масса, в знаменателе – радиус. Масса – это масса черной дыры или центрального объекта. А радиус – это радиус по диску. И ясно, что чем ближе подходит газ к черной дыре – радиус меньше в знаменателе, получается больше энерговыделение. Там диск разогревается до огромных температур.

В.С. Миллионы градусов.

С.Ф. И существуют специфические механизмы, в частности, электромагнитный, когда вращающаяся черная дыра закручивает вокруг себя пространство, образуются магнитные поля, тороидальное магнитное поле, а электрическое поле направлено по оси вращения. Оно ускоряет заряженные релятивистские частицы – струи.

На предыдущей картинке были показаны как раз результаты наблюдения этих струй. Это знаменитый микроквазар, так называемый gamma-ray source GRS 1915+105. Его последовательно наблюдала группа Ральфа Спенсера, это европейская сеть радиотелескопов со сверхдлинными базами. Масштаб здесь – миллисекунды дуги. Последовательно слева направо видна эволюция струй, после того как они были выброшены. Это картинки были получены через дни. Где-то там слева, соответственно, не нарисован источник. И линии проведены так, что видно, что облака плазмы распространяются по баллистическим траекториям. В этих объектах наблюдаются так называемые сверхсветовые скорости. Об этом, вероятно, в ваших передачах не говорилось. Скорость больше, чем скорость света, запрещена. Но в космосе эти вещи наблюдаются. Это чисто релятивистские эффекты. Если источник движется примерно на наблюдателя со скоростью около скорости света, то сам источник и кванты, излученные им (они движутся со скоростью света), – все движется примерно со скоростью света. То есть весь этот фронт не так уж далеко распространяется. Вся информация приходит к нам сжатой во времени. Таким образом, объект мог 10 лет излучать, 10 лет двигалась эта струя. А мы наблюдаем всю картину за 10 дней. Перед нами картинка ускоренно разворачивается.

В.С. Мы делим на 10 дней, хотя делить надо на 10 лет.

С.Ф. Такие сверхсветовые скорости наблюдаются в радиодиапазоне, они наблюдаются и в квазарах, и в микроквазарах. Кстати, хотел сказать, что где-то в начале 70-х годов, когда открыли сверхсветовые скорости, был большой шум. Люди, вероятно, не очень грамотные, говорили, что Вселенная слишком большая, надо ее сжать. Мол, мы неправильно представляем масштабы Вселенной – нельзя же двигаться быстрее скорости света! Но в работах наших астрофизиков, а именно, в первую очередь, Виталия Лазаревича Гинзбурга, это 60-е годы, а также гениального астрофизика Мартина Риса из Кембриджа, такие вещи уже были предсказаны. И быстро довольно было понято, что это релятивистские эффекты. Релятивистские эффекты, вообще, очень красивы и необычны.

В.С. Связано это с тем, что свет, с какой бы скоростью не двигался источник света, все равно имеет скорость света. Летит источник, скажем, 0.99 от скорости света, испускает свет. И свет впереди источника чуть-чуть только идет. Относительно нас он тоже со скоростью света двигается. То есть он летел-летел, выстрелил что-то из себя, и летит вслед за ним, и еще раз выстрелил, то есть он может 10 лет лететь, потом выстрелить, а кванты к нам приходят от этих двух вспышек спрессованные, через очень небольшой промежуток времени.

С.Ф. Здесь картинка нашего телескопа. Это 6-метровый оптический телескоп в горах Северного Кавказа. Специальная астрофизическая обсерватория, институт Академии наук. Здесь, на этом телескопе, проводятся наблюдения, в частности, микроквазаров, но это далеко не единственная тема. Это фотографии Владимира Романенко, и дальше будут, может быть, фоном показаны картинки нашей обсерватории. Ближе к концу нашего рассказа мы покажем конкретные результаты по этим объектам. Можно следующую картинку?

С.Ф. Вот, пожалуйста, так взорвался тот же микроквазар GRS1915+105. Эта картинка обошла весь мир, ее автор – Филипп Мирабель, он и придумал это название для микроквазаров. Они с соавтором, Родригерсом, наблюдали это явление. По горизонтальной оси идет время. Частокол – это рентгеновское излучение, так объект пульсирует прямо за несколько минут. Вдруг рентгеновское излучение (черная кривая верхняя), резко ослабляется, считается, что это освобождается внутренняя часть аккреционного диска. И возникает всплеск инфракрасного, а потом и радиоизлучения. Здесь формируются релятивистские частицы, которые излучают синхронным образом, двигаясь в магнитных полях. Частицы движутся в струе, это и есть сама струя. Там есть так называемый мягкий спайк, – быстрый-быстрый всплеск рентгеновского излучения, в этот момент как раз и запускаются струи.

Синхротронное излучение – здесь тоже наши советские астрофизики много сделали, тот же самый В.Л.Гинзбург, а также уникальный астрофизик Шкловский Иосиф Самуилович. Синхротронное излучение было ими предсказано, точнее, было предсказано, что оно должно быть очень распространенным в космосе. И струи микроквазаров – в среднем, а может и у всех, – излучают за счет синхротронного излучения выброшенных релятивистских электронов, позитронов – лептонов. Примерно так это выглядит. Как выясняется, во всех микроквазарах, а также в уникальном микроквазаре SS433, к которому мы скоро переходим, тоже перед вспышкой происходит ослабление рентгеновского излучения, то есть как-то выбрасывается вещество из внутренних частей аккреционного диска.

Эта последняя картинка тоже про микроквазары, их наблюдал Роберт Джеллминг. Роберт Джоуминг – уже покойный, был прекрасный американский астрофизик. На левой картинке показан взрыв в микроквазаре V4641, это звезда Горанского. Наш астроном, Виталий Горанский, ее открыл. Объект взорвался, через несколько часов выброшенная струя – мы видим ее как вытянутую структуру – пролетела три орбиты Плутона со скоростью около скорости света. И еще через полчаса уже видно, как начинает слабеть ядро, то есть релятивистские электроны высвечивают свою энергию, и на следующей день почти все уже ослабло. Это струи микроквазаров.

В.С. Это явление связано как раз со сверхкритической аккрецией. Дело в том, что если слишком много вещества падает на черную дыру и слишком много энергии вырабатывается, возникает такой эффект, что сила давления излучения на вещество начинает превосходить силу притяжения. Обычно вещество – это водород, протон и электрон. Протон притягивается к черной дыре, а на электрон действует сила давления света, и они борются друг с другом, кто сильнее. И есть некий критический темп выработки энергии, а здесь он определяется темпом падения вещества, темпом аккреции, при котором сила давления света начинает превышать силу притяжения на протон, и избыточное вещество начинает просто выбрасываться. И при этом осуществляется самый высокий и эффективный темп энерговыделения. Скорее всего, этот микроквазар, эта вспышка и была именно сверхкритической. Наши астрофизики…

С.Ф. Ревнивцев, Гильфанов и Сюняев.

В.С. …Установили, что это сверхкритический режим.

С.Ф. Это называется «сверхкритический транзиент».

А.Г. А можно предсказать следующую вспышку, связанную со сверхкритическим транзиентом?

В.С. К сожалению, мы не знаем механизмов, которые запускают эту вспышку в этих микроквазарах, но сейчас активно идет работа в этом направлении.

С.Ф. Предсказывают, но неудачно.

А.Г. То есть, пока наблюдательные данные не говорят о том, что это явление может повторяться с определенной периодичностью?

В.С. Есть часть транзиентов, в которых черная дыра находится на вытянутой элиптической орбите …

А.Г. Проходя, она забирает новую порцию вещества…

В.С. Да, да, там легко можно предсказать, там периодически все повторяется.

С.Ф. Это идея сверхкритической аккреции, о которой Валера начал рассказывать. Надо сказать, что сначала была статья наших астрофизиков Н.И.Шакуры и Р.А.Сюняева, это, конечно, гениальная статья, хоть и 1973-го года. Начиная с этого момента, астрофизикам стало ясно, как рассматривать аккреционные диски, стало понятно, как двигаться. Там у них был параграф «Сверхкритическая аккреция», и там они рассказали, что это примерно такое. Валера уже говорил: вещества поставляется (темп аккреции) очень много, а нормальная звезда, как говорят, она как бы не знает о проблемах со сверхкритической аккерцией у звезды-соседки; она может выдать в десять раз больше, в тысячу раз больше, а потом вдруг замолчать. В этом плане трудно предсказать вспышку. Если темп аккреции, то есть темп поступления газа в диск, становится выше, чем критический, тогда диск раздувается, вспухает, возникает мощнейший ветер, и внутри этого ветра поглощается все рентгеновское излучение. Такой объект может вспыхнуть даже в оптике.

В.С. В нашей галактике есть пример такого уникального объекта, где идет сверхкритическая аккреция все время. Большой вклад как раз Сергей Фабрика внес в изучение этого объекта, это объект SS433.

С.Ф. Пока мы смотрим на галактику М33, это изображение получил Фил Массей, известный астрофизик из США.

В.С. В этой галактике некоторые, тот же Сергей Фабрика, пытались найти такие же объекты, как SS433.

С.Ф. На нашем шестиметровом телескопе мы с Ольгой Шолуховой затратили очень много времени и сил в поисках в галактике М33 подобного объекта, о котором мы сейчас будем говорить. Тоже «уникального», но второго. Безрезультатно. Этот объект – SS433 – тоже черная дыра в двойной системе. Но в отличие от всех микроквазаров, он показывает не транзиентные всплески, а он постоянно и существенно сверхкритический. Там в тысячу или даже в десять тысяч раз больше падает вещества (вещество поставляет вторая звезда) в область черной дыры, чем нужно для того, чтобы диск стал сверхкритическим.

В.С. Все это избыточное вещество вытекает в виде ветра от диска, мы, собственно, этот плотный ветер и видим у этого источника.

С.Ф. Почему другие галактики? Потому что все массивные и интересные звезды, которые потом дают черные дыры, все находятся в плоскости нашей Галактики, и мы находимся в плоскости Галактики. Галактическая пыль и газ тоже находятся в плоскости и заслоняют нам самое интересное. Нужны другие галактики, причем, удачно к нам развернутые.

А вот красавица М33, это близкая галактика в созвездии Треугольника, она ориентирована к нам почти плашмя, так что там мы можем все видеть и изучать все объекты в этой галактике.

А.Г. Но такого объекта вы там не нашли?

С.Ф. Мы не нашли… Но мы затратили довольно много времени, и мы потом даже переформулировали нашу программу на поиск наиболее массивных звезд.

А.Г. Давайте перейдем к тому объекту, который вы наблюдали.

С.Ф. Да, на следующей картинке он должен быть. Это картинка сделана Золтом Параги из Двингелоу, Голландия. Здесь тройной монтаж, сверху – это туманность огромных размеров.

В.С. Это все в радиодиапазоне.

С.Ф. Да, по обе стороны от центра (где находится объект) – по 50 парсек, то есть струи со скоростью четверть скорости света покрывают это расстояние примерно за тысячу лет. В этом объекте постоянно выбрасываются струи, и скорость струй постоянная, примерно четверть скорости света. Вся эта туманность представляет собой поджатый струями межзвездный газ. Справа где-то там проходит почти вертикально плоскость Галактики, в плоскости Галактики больше межзвездного газа. Одна струя в нее упирается, поэтому сама струя такая коротенькая. А слева струя более протяженная, расширенная. Примерно за десять тысяч лет своей жизни «в качестве микроквазара» этот микроквазар произвел такое воздействие на межзвездную среду. При лучшем разрешении, в центре, показана картинка, как эти струи распространяются. Они мало того что выбрасываются с такой чудовищной скоростью, они еще и процессируют с периодом 160 дней. И мы можем наблюдать две противоположные струи под разными углами, изучать релятивистские эффекты и эффекты взаимодействия струй с веществом. Это потрясающая лаборатория, SS433. На картинке видны изгибы струй. Это прецессионное движение – поворот оси струй в пространстве. А внизу, к сожалению, качество не очень хорошее, это с рекордным разрешением или почти с рекордным разрешением показан сам центр. Это все получено методами радиоастрономии со сверхдлинными базами.

В.С. Вся Земля – как один радиотелескоп.

С.Ф. Да. Но, в данном случае это «European VLBI Network». Только европейские радиотелескопы участвовали. И тут уже с огромным разрешением до одной миллисекунды дуги виден центр. Те же самые струи выбрасываются, летят с огромной скоростью. Здесь даже заметно еще и вертикальное, перпендикулярное струям истечение. Оно было предсказано, это «экваториальный ветер» – газ, который теряет двойная система в плоскости аккреционого диска.

А.Г. А каковы расстояния до объекта?

С.Ф. Пять килопарсек. Это единственный объект (он не единственный, он единственный, где так красиво и точно), где мы можем измерить эффекты замедления времени. Излучатель летит со скоростью около скорости света, в нем замедляется время с точки зрения земного наблюдателя. И, наблюдая его спектроскопически, мы этот эффект видим просто по красному смещению линий, и поэтому мы можем точно узнать скорость. 79 тысяч километров в секунду, четверть скорости света! А поскольку мы еще видим в радиодиапазоне, как эта штука расширяется, мы можем связать угловую меру и линейную и найти расстояние. Это, наверное, единственный объект вообще в природе, где можно с огромной точностью для астрономии – 5% – вычислить расстояние.

В.С. Оболочки новых расширяющихся звезд тоже позволяют это.

С.Ф. В общем-то, да, световое эхо.

В.С. Не обязательно эхо. Там просто видна сама оболочка, ее расширение, и по эффекту Доплера измеряется скорость, получается то же самое.

С.Ф. На следующей картинке изображение SS433 с японского рентгеновского спутника «ASCA». Таро Катани сделал глубокую-глубокую фотографию. Сейчас, конечно, летают спутники с более высоким угловым разрешением, но зато «ASCA» была достаточно чувствительна. В центре – сам объект, а справа-слева видно, как распространяются эти струи в рентгеновском диапазоне.

В.С. Надо сказать, тут тот же масштаб, что и на самой верхней картинке в радиодиапазоне, то есть это те же 100 парсек.

А.Г. То есть, это вся туманность.

С.Ф. Да. Этот микроквазар произвел такое воздействие на межзвездный газ. На самом деле струи процессируют. И угол процессии ± 20 градусов, а мы видим здесь струи более узкими. Это из-за того, что газ движется с релятивистской скоростью как бы по образующей конуса процессии, расширяется, и к центру, к оси конуса идут ударные волны, там вещество схлопывается. Получается симметрия совершенно другая. В центре наиболее высокая температура. На следующей картинке, вероятно, будет модель системы SS433. Чтобы ее долго не объяснять – это двойная звезда. Модель получена по наблюдениям на 6-метровом телескопе. Эта картинка научная, в отличие от предыдущих красочных.

В.С. Вот двойная звезда показана кругом.

С.Ф. Да. Тут была идея показать только то, что мы наблюдаем. Самое интересное, это не поток (stream), что сбоку показан, – горячий поток газа течет и упирается в аккреционный диск. Самое интересное – центральная машина, сама черная дыра, окутанная газом. Мы наблюдаем в SS433 очень мощный ветер, только ветер и больше ничего. Из сверхкритического аккреционного диска дует очень сильный ветер, который закрывает собой и диск, и черную дыру. Аккреционный диск (темный на рисунке) на самом деле не наблюдается, но не нарисовать его было нельзя. По центру мы видим рентгеновские горячие струи. Струи в ветре делают каналы, и через эти каналы выходит релятивистский газ, там формируются струи. В рентгеновском диапазоне, на рентгеновских спутниках мы, собственно, наблюдаем этот остывающий и выходящий рентгеновский газ. А окружен он относительно более холодным коконом, который излучает в горячих линиях гелия-2 уже в оптическом диапазоне.

Дальше должна быть, вероятно, картинка с моделью этих струй. Тоже самое, но сбоку: звезда оптическая (или донор), черный квадрат – область радиусом сто на сто радиусов Шварцильда, куда, конечно, не заглянешь. Но уже сейчас на машинах с миллиардами операций в секунду возможно моделирование этой области. И эти самые современные модели показывают, что непосредственно около черной дыры в центре сверхкритического аккреционного диска должен сразу формироваться канал, градусов 30-40, довольно широкий. Канал перпундикулярен диску, в этом канале выходит газ струи. А потом, выше, канал обжимает релятивистский поток и схлопывает его в струю.

Здесь показана точками область рентгеновского излучения, ее окружает кокон газа, он излучает в оптике и УФ. Пунктиром показана сама струя газа, уже на больших расстояниях, где мы ее наблюдаем на оптических телескопах. Уникален объект тем, что в оптике, на обычном спектре мы видим эти струи. Здесь нужно сказать об интересном моменте. Когда-то очень много обсуждались внеземные цивилизации – «возможно-невозможно» (тема, конечно, важная). Была даже такая неинтересная, конечно, идея, что внеземные цивилизации, мол, должны так себя проявить, что создать объект, который невозможен в принципе. Объект, который летит и к нам, и от нас одновременно. Когда астрофизики открыли SS433, они увидели, что часть объекта летит в одну сторону (по спектру, по эффекту Допплера, линии от двух струй смещаются в разные стороны), а часть – в другую. Это приближающаяся и удаляющаяся струи. На картинке, дальше в больших масштабах уже показана туманность, которую мы обсудили выше.

В.С. Понятно, что их две, в разные стороны.

С.Ф. Да, конечно, это схема. В SS433 две противоположно направленные струи. Точки – это рентгеновское излучение, а червячки – это радиоизлучение. Там уже происходит диссипация кинетической энергии струй и удар по межзвездной среде.

А.Г. Тот график, что мы видели до этого – вспышка рентгеновская, потом ослабление рентгеновского излучения и появление рассеянного рентгеновского излучения. Все здесь, собственно, есть.

В.С. Только здесь постоянно во времени.

С.Ф. Дальше мы по плану должны показать сам внутренний канал, области, близкие к черной дыре. Если в классических микроквазарах мы видим область ускорения струй, как говорят, голую черную дыру и аккреционный диск вокруг нее, то здесь все покрыто истекающей оболочкой (ветром). Энергетика объекта огромна, она существенно больше, чем энергетика или светимость самых ярких рентгеновских источников нашей Галактики, других черных дыр, классических, типа Лебедь Х-1, Геркулес Х-1. Но все это закрыто истекающим ветром, здесь показан ветер. В канале распространяется быстрая плазма, сам канал – это дыра в медленном ветре. А медленный ветер, это «всего-навсего» тысяча километров в секунду.

В.С. Он более плотный поэтому.

С.Ф. Да. Теперь о взаимодействии этой быстрой плазмы и медленного ветра. Стенки канала должны определенным образом жить, там возможны неустойчивости типа волн на море, когда дует ветер. Стенки канала – это динамическое образование: в плотном и медленном ветре существует канал, в котором движется быстрый и разреженный ветер. На стенках канала появляются волнообразные неоднородности, возникают очень мощные ударные волны, которые движутся в центр, к оси, они же схлопываются в центре, и таким образом формируется струя SS433. То есть механизм ускорения здесь гидродинамический, за счет светового давления.

В.С. За счет светового давления, скорее, чем гидродинамического. Гидродинамической является коллимация, то есть сужение этих струй, схлопывание.

С.Ф. Да, это точнее. Но теперь уже надо переходить к ультраярким рентгеновским источникам.

В.С. Которые, возможно, связаны генетически с теми объектами, о которых мы говорили.

С.Ф. На следующей картинке опять же SS433. Это наша работа. Мы с Татьяной Ирсмамбетовой изучили 2000 наблюдений. Там, на самом деле, много работаешь, получаешь мало (в смысле результатов). Пришли к выводу, как выглядит сама центральная часть, область, окутывающая эти струи. Иногда этот объект впадает в активное состояние, а у него такое бывает. Это аккреционный диск, справа – активные картинки, слева – пассивные. Сверху, он к нам наклонен максимально в своей прецессии, а снизу так называемая ориентация «edge-on», т.е. когда мы наблюдаем в плоскости диска. Там формируются колонны (коконы) очень горячего газа, которые в активном состоянии просто увеличиваются в размере. И они, в отличие от нас, наблюдателей, видят то, что там внутри, в этом канале, и переизлучают внутреннее излучение. На основе примерно таких представлений было предсказано, что мы увидели бы, если смогли заглянуть в этот канал. Но мы, к счастью, не можем.

Почему к счастью? Потому что объект к нам развернут так, что мы наблюдаем затмения в двойной системе, мы его изучаем очень эффективно. А потом, это было бы очень ярко. Так вот, мы бы увидели рентгеновский источник чудовищной яркости, это эффект прожектора, потому что кванты света, распространяясь, все равно так или иначе выходят наверх по каналу. На самом деле лампочка в прожекторе не такая яркая, как кажется, когда на нас светят. То есть и в прожекторе, и в SS433 формируется коллимированное излучение. На этой идее было предсказано, что в других галактиках…

А.Г. Должны находить такие источники, то есть повернутые к нам, собственно, этой исходящей…

С.Ф. Именно так. И таких объектов как SS433 в нашей Галактике, примерно один. Да и расчеты показывают, что это очень короткая стадия – всего 10 тысяч лет. И в других галактиках, соответственно, на галактику по одному, один – это значит, конечно, три, или два, или, может быть, ни одного в данный момент, но когда мы наблюдаем много галактик, у нас есть шанс увидеть объекты, которые как раз, как говорится, «face-on» – развернуты плашмя.

А.Г. Во-первых, активны, во-вторых, смотрят на нас.

С.Ф. Совершенно так. Во-первых, там такой объект есть, во-вторых, он определенным образом ориентирован. Это ультраяркие рентгеновские источники, которые открыты – осознаны, точнее, – два года назад.

В.С. Впервые они были обнаружены, конечно, давно, в 89-м году еще. Так сказать, описаны. Но осознаны 2-3 года назад, наверное.

С.Ф. На следующих картинках будет о них рассказ – об ультраярких рентгеновских источниках. Это фотография в рентгеновских лучах со спутника «POSAT» галактики М-31, знаменитой туманности Андромеды. Это галактика нашей Местной Группы. Местная Группа галактик – это наша Галактика, М33, вот та картинка, что до этого была, М31, плюс несколько десятков карликовых галактик. В рентгеновских лучах она выглядит, может, не так красиво, как в оптике. Объектов типа ультраярких рентгеновских источников, здесь нет ни одного. Один такой объект был бы ярче, чем вся эта галактика. Конечно, открытие таких источников в других галактиках заинтересовало и заинтриговало.

В.С. Здесь есть яркое сгущение. Оно такое же, но находится где-то на краю галактики. Это яркий источник.

А.Г. То есть, если мы в рентгеновском диапазоне видим у галактики, по сути дела, два центра, то значит, это есть сверхяркие рентгеновские источники.

С.Ф. На самом деле ультраяркие рентгеновские источники должны появляться и в центрах галактик. Но там трудно доказать, что это не активное ядро. Потому что некоторые активные ядра галактик – квазары, они же имеют почти такую же светимость. Поэтому не помещалось в голове, чтобы какой-то микроквазар светил с такой чудовищной мощностью.

В.С. Просто есть малоактивные квазары, лайнеры так называемые, у которых светимость как раз такая, 10 в 40-й, 10 в 42-й эргов в секунду.

С.Ф. Вот это уже наши результаты из галактики Holmberg-2, есть такой ультраяркий источник. Это карликовая галактика. А красным здесь показана только небольшая область этой карликовой галактики. То есть сама галактика раз в 20 больше, чем красная область, которая была сфотографирована в фильтре линии H-альфа, это линия водорода. Рядом же есть огромная, гигантская галактика М81, которая существенно больше карликовой галактики. Так вот, эта штучка, которая в центре крестиком помечена, в рентгеновском диапазоне излучает примерно столько же, сколько вся гигантская галактика М81. Светимость для астрономов раньше была невероятная. Мы можем назвать цифру 10 в 40-й степени эргов за секунду. Это примерно в 100 миллионов раз ярче, чем полная светимость Солнца – только в рентгене.

Здесь на картинке результаты, которые мы получили, когда провели панорамную спектроскопию на так называемом мультизрачковом (MPFS) фиберном спектрографе, на 6-метровом телескопе БТА. Это прекрасный спектрограф, создатель его Виктор Афанасьев, и идея там замечательная: матрица из 15 на 15 микрообъективов. Они ставятся в фокальную плоскость телескопа, и каждый микрообъектов формирует изображение. Потом оптоволокном все изображения выводят на ПЗС-детектор. Это так называемая 3D-спектроскопия. Во-первых, у вас два измерения на картинке – 2D и еще спектр в каждой точке. Это новые методы, сейчас на крупнейших телескопах создаются примерно такие спектрографы, но этот наш спектрограф был первым.

Еще квадратик – поле наблюдений со спектрографом РMAS, это спектрограф немецкий, они промазали немножко, но неважно. CHANDRA, это американская рентгеновская обсерватория, дала черный квадратик. Здесь находится объект. И дальше, на следующей картинке, то же самое, но это уже результат или изображение с многозрачкового спектрографа MPFS. Самое интересное, что обнаружено (верхняя левая картинка), туманность в линии гелия-2. Это очень высокое возбуждение газа. И эта туманность возбуждается рентгеновским источником. Доказано, что источник сидит именно там, в этой галактике, что это не проекция. И именно межзвездный газ той галактики «видит» этот рентгеновский источник.

Что, собственно, новым является – хотя в той теме, что мы обсуждаем, у Валеры, я знаю, другое мнение на природу этих объектов. Эта тема – даже не новейшая история, это просто текущая ситуация. Пока это все только в процессе понимания, или даже в начале понимания. Так вот, новым является то, что мы обнаружили градиент скорости в туманности.

Это яркое красное пятно – туманность в линии гелий-2. Одна часть туманности к нам приближается на 50 километров в секунду, а другая удаляется с такой же скоростью. Такое возможно только в случае, если это действительно SS433 или микроквазар, то есть имеется динамическое воздействие струй на межзвездный газ. Несмотря на то, что такие объекты были предсказаны, конечно же, сразу появились другие идеи. И альтернативная, самая интересная идея, что ультраяркие рентгеновские источники – это черные дыры промежуточных масс. Они предсказаны астрономами были давно. В принципе, они должны формироваться либо из первичных звезд, в самом-самом начале, когда еще Вселенная не прожила и процента своего времени – когда образовывались первичные, очень массивные звезды. Либо в шаровых скоплениях. Да, возможно, это черные дыры промежуточных масс. Почему нужна большая масса и почему промежуточная? У нас есть квазары – миллионы и миллиарды масс Солнца и есть микроквазары – несколько масс Солнца, а где черные дыры в тысячи масс Солнца?

В.С. Сто – тысяча масс Солнца.

С.Ф. И это конкурирующая идея: черная дыра промежуточной массы, в принципе, может тоже очень ярко излучать. Потому что очень большая масса. Валера считает, что..

В.С. Я могу сам рассказать. Дело в том, что в такой же двойной системе, в которой находится СС-433, может находиться черная дыра очень большой массы, 50 масс Солнца, сто масс Солнца. Ну, сто масс Солнца я загнул, конечно, 50. И если на нее будет сыпаться в режиме сверхкритической аккреции или близкой к ней вещество, она может излучать как раз 10 в 40-й эргов в секунду, те самые, которые нужны. Но там, правда, есть одно затруднение: дыра такой массы будет давать слишком мягкий рентгеновский спектр, не такой жесткий, как наблюдается. Здесь, на самом деле, если мы теорию дисковой аккреции будем более тонко рассматривать, можно сделать излучение таким жестким, каким оно наблюдается.

В объектах нашей Галактики, таких как Лебедь ХI, наблюдаются более жесткие спектры, чем следует из простейшей теории дисковой аккреции, то есть они переходят из одного состояния в другое, когда излучение идет главным образом в мягком рентгеновском диапазоне. Тогда в этом диапазоне они становятся очень яркими – такое мягкое излучение. Это сам аккреционный диск, оптически толстый, светит, как ему полагается по теории. Но иногда происходит переход в жесткое состояние, когда вся та же энергия примерно высвечивается, но в более широком диапазоне спектра, в более жесткой части, поэтому в мягком диапазоне спектра он подседает, как бы низкое состояние у него в этом диапазоне становится.

С.Ф. Ты объясни, если это черная дыра промежуточной массы, откуда 10 в 40-й эрг за секунду? И больше ничего не требуется.

С.Ф. Для одной массы Солнца критическая светимость – 10 в 38-й. Это если ты берешь просто сто масс Солнца, у тебя будет 10 в 40-й. Но 100 – много.

А.Г. Почему 100 – это много?

В.С. Потому что 100 – это верхний предел на массу современных звезд, они не могут существовать большей массы просто из-за того, что та же самая светимость, сверхкритическая, будет осуществляться уже в звезде.

А.Г. А первичные звезды могли быть большей массы?

В.С. Первичные звезды могли быть, наверное, и большей массы, да.

С.Ф. Это гипотетический объект, мы должны верить нашим наблюдениям. Накоплены терабайты наблюдений. Итак, самая массивная известная черная дыра – 14 масс Солнца. Я думаю, мы не можем говорить о 50 или о 100 массах Солнца.

В.С. Но, тем не менее, существуют теоретические сценарии, которые позволяют черной дыре иметь 50 масс Солнца. И если мы будем на нее сыпать гелий, а не водород, в котором давление излучения на эту систему гелия меньше в два раза, то выиграем двойку. Но если мы каллимацию сделаем не как у SS433 – только вдоль луча зрения практически, – а чуть-чуть побольше, то все равно на этом мы можем двойку, четверку выиграть, я думаю.

С.Ф. Я сторонник кардинальных мер. Хорошо. Одна из интереснейших особенностей таких объектов, что они чрезвычайно переменны, несмотря на фантастическую светимость. Это мы легко говорим: 10 в 40-й. А те, кто этим занимается, сначала со стула падали просто, считали, что такое невозможно. Они переменны на минутах, на часах.

В.С. Но они могут быть переменны и на секундах.

С.Ф. Как вы объясните, коллега, такую переменность?

В.С. Они могут быть переменны и на секундах. Дело в том, что…

А.Г. Простите, что я перебиваю ваш профессиональный спор, у нас очень мало времени осталось, вы все равно его не закончите. А нам интересно – не дразните нас.

У меня вот какой вопрос возник. Вы говорите о светимости в рентгеновских лучах. А сами наблюдаете с оптического телескопа. Вообще, у оптики есть будущее в наблюдательной астрономии? Или с тех пор как появились радиотелескопы, тем более такие, которые опоясывают всю Землю, по сути дела, или телескопы, выведенные за пределы вечно мешающей атмосферы, нам нет необходимости больше строить оптические телескопы на Земле?

С.Ф. У оптики есть будущее. И об этом говорит хотя бы то, что в развитых странах один из основных пунктов из затрат на астрофизику – это именно развитие оптических телескопов. Оптика достигла существенно лучших спектральных разрешений и возможностей, чем в рентгене или в радио, их нельзя противопоставлять. Без оптики, конечно, невозможна астрофизика. И опять же я говорю, что на Западе, в западных обсерваториях развиваются крупные оптические телескопы. И обязательно в нашей стране они должны развиваться. В частности, 6-метровый телескоп – это единственная обсерватория в нашей стране. Был несчастный случай, связанный с тем, что распался Советский Союз, и потеряны были обсерватории на юге. А наша обсерватория – в России, поэтому она выжила. И сейчас мы наблюдаем фактически на том же самом уровне, что и западные коллеги. У нас нет соревнования, мы даже с ними вместе делаем эти работы. Сейчас у нас существует даже проект улучшения этого телескопа, замены зеркала. Мы молимся, чтобы он получился. Сохранились кадры, и в связи с этим мы можем конкурировать и строить новую аппаратуру.

А.Г. К сожалению, все. Время закончилось. Но мы успели…