ВАКУУМ
Геолог, как принято считать, имеет дело с камнями. Земная твердь -- основной объект геологии.
Вернадский включил в сферу своих геологических исследований газы, жидкости, излучения и даже космический вакуум.
При жизни Вернадского вакуум понимался преимущественно как отсутствие в данном объеме каких-либо частиц (атомов, молекул, ионов газа). Откачайте из прочного полого шара весь воздух -- останется там вакуум.
Однако существуют поля -- особые состояния, не имеющие точечных объектов (частиц), но все-таки насыщенные энергией в форме электромагнитных волн, гравитационных сил. Межзвездная среда, в которой распространяются "энергетические поля" и частицы, -- это космический вакуум.
"Назревает представление... -- считал Вернадский, -- что вакуум не есть пустота с температурой абсолютного нуля, как еще недавно думали, а есть активная область максимальной энергии нам доступного Космоса. То есть пустоты нет. Мы вернулись к старому спору средневековых философов и ученых, но в отличие от них идем экспериментальным путем -- путем наблюдений".
Можно по-разному оценивать взгляды Вернадского на космос, Не приходится претендовать на единственно верное мнение, Читатель вправе усомниться в том толковании, которое будет дано здесь. Таково право читателя. А право автора -- высказаться.
До сих пор космический вакуум еще не стал, как бы сказать, главной опорой космологии. Причины этого исторические. Некогда люди знали земную твердь и океан. Вся Вселенная тогда "состояла" из твердого основания, твердого небосвода (хрустальных небесных сфер) и безграничности всемирного океана.
Позже пределы Вселенной раздвинулись. В мировом эфире стали двигаться звезды и планеты, связанные "божественными" силами всемирного тяготения.
Затем астрономы обратились к величественным "сиятельствам" -- звездам. На картах Вселенной появились вместо прежних знаков Зодиака звездные миры -- галактики, белые карлики, сверхогромные красные гиганты, пульсары, мощнейшие излучатели -- квазары, космические туманности... До сих пор сохраняется этот интерес к величественным скоплениям раскаленной плазмы -- звездам.
К нашим дням получила самую широкую популярность теория рождения Вселенной из "сверхзвезды", из первичного сгустка сверхплотного вещества, от взрыва которого появились во Вселенной капли взорвавшейся массы -- звезды, остывшие обломки -- планеты и масса других космических объектов, вплоть до особого излучения (реликтового), сохранившегося от момента взрыва.
Астрономы вряд ли примут всерьез замечание о возможной связи теории взрыва Вселенной с взрывами атомных и водородных бомб. Однако такая связь может существовать. Человечество в конце второй мировой войны и чуть позже с ужасом убедилось в могуществе атомных и ядерных бомб. Появились многочисленные отзвуки этих взрывов: протесты, исследования, мрачные пророчества о гибели человечества, даже фантазия о планете Фаэтон, якобы разорвавшейся во время военных действий "фаэтонян", и о ракете на атомном горючем, якобы взорвавшейся при посадке на Землю, что будто бы было причиной Тунгусской катастрофы. На фоне подобных событий идея о большом взрыве Вселенной выглядела особенно привлекательно. Тем более что было доказано: в космосе постоянно происходят грандиозные вспышки сверхновых звезд.
Многие крупные современные ученые -- астрономы, физики-космологи -- убеждены, что Вселенная наша родилась при великом взрыве, и никак иначе. Об этом пишут в объемистых трактатах и многочисленных статьях. Космическому вакууму уделяется очень мало места. Просто ничтожно мало.
А ведь вся наша Вселенная состоит в основном из космического вакуума. "... Космический вакуум пространственно господствует как таковой, и газообразное вещество, которое представляют собой звезды и Солнце, геометрически теряется в космической пустоте".
Огромнейшее пространство Вселенной, доступное наблюдению астрономическими приборами, представляет собой область космического вакуума -- как бы океана энергии, в котором отдельными островками вкраплены сгустки энергии в виде звезд, планет, туманностей...
"Я помню со своей молодости, -- писал Вернадский, какое впечатление на меня произвело в конце 70-х годов предисловие Д. И. Менделеева (1834-1907) к русскому переводу книги Мона о погоде. Он указал, что разгадка погоды находится в современной ионосфере, в вакууме, подчиненном вращению нашей планеты. Это было великое предвидение будущего.
Сейчас мы стоим перед разгадкой "пустого" мирового пространства -- вакуума. Это лаборатория грандиознейших материально-энергетических процессов".
В современной космогонии имеется гипотеза, предполагающая самопроизвольное рождение атомов в космическом вакууме. Она хорошо объясняет некоторые природные явления, но требует отказа от закона сохранения энергии (точнее -- ничтожных по величине отклонений от закона). Других идей об активном вакууме как будто не предложено.
Мысль Вернадского о том, что космический вакуум -- лаборатория грандиознейших материально-энергетических процессов, может развиваться в другом направлении. За последние десятилетия ученые стали рассматривать космический вакуум как особое состояние пространств, обладающее колоссальными скрытыми для нас запасами энергии, как бы океан, из которого к нам выплескиваются отдельные волны, переходящие рубежи нашего мира.
Очень своевременно звучат слова Вернадского: "Об этих пространствах с рассеянными атомами и молекулами правильнее мыслить не как о материальной пустоте "вакуума", но как о концентрации своеобразной энергии, в рассеянном виде содержащей колоссальные запасы материи и энергии..."
Правда, Вернадский не очень точно употреблял некоторые термины. Скажем, материя и энергия. Знаменитая формула Эйнштейна $E=mc^2$ показывает, что энергия и материя (если под материей понимать вещество, имеющее определенную массу) переходят друг в друга. Любая форма энергии вполне материальна.
В данном случае важно, что Вернадский был, пожалуй, прав в главном: космический вакуум -- основа нашей Вселенной. Она, возможно, родилась из вакуума. Космические взрывы стали происходить в ней значительно позже, когда появились скопления плазмы, достигающие критических величин.
Сгущения электромагнитных волн -- фотоны, кванты энергии -- могут рождать частицы вместе с античастицами. Подобные процессы (фоторождение) могут со временем обогащать нашу Вселенную частицами. Не исключено в принципе фоторождение всех частиц, всего вещества, составляющего видимый нами мир.
Если попытаться шаг за шагом проследить возможные пути фоторождения Вселенной, открываются совершенно новые научные проблемы. В наше время, в середине XX века, они кажутся фантастическими.
Если рождались в вакууме частицы, то одновременно в таком же количестве должны появляться и античастицы. Куда же они делись?
Одна из существующих гипотез исходит из возможности разделения в космосе частиц и античастиц. Значит, должны где-то блуждать антимиры, состоящие из античастиц.
Следов этих антимиров еще не обнаружено.
Однако не лишен правдоподобия иной вариант. Античастицы могли стать частью более крупных частиц. То есть все окружающее нас вещество и мы сами, все известные нам частицы включают в себя античастицы. Антимиры внутри нас!
Подобную мысль высказывали вскользь некоторые физики (например, Р. Фейнман). Но не нашли для нее убедительных доказательств. Не исключено, что таких доказательств нет вовсе. И все-таки имеет смысл не отстранять идею фоторождения Вселенной и объединения частиц с античастицами. История науки знает немало случаев, когда гипотеза, казавшаяся крупным специалистам неверной, получала со временем всеобщее признание.
Возможно, такая судьба ожидает и гипотезу Вернадского об активности космического вакуума и его решающей роли в жизни нашей Вселенной.
СИММЕТРИЯ
Невозмутимый строй во всем,
Созвучье полное в природе...
И строй кристаллов, и строй этих стихов Тютчева, и строй геометрических фигур, и многое другое -- проявления соразмерности или, говоря научным термином, симметрии.
Симметрия -- одно из удивительнейших свойств нашего мира.
Выражение порядка. В мире хаоса не возникнут звезды и планеты, летящие по своим орбитам, не появятся растения, животные, люди. И если в отдельных областях, среди скопища атомов, может царить хаос, то над этими областями, в крупных скоплениях материи, планетах, в звездных системах и галактиках владычествует порядок и его непременная спутница -- симметрия.
Мысль Вернадского упорно, долгие годы проникала в тайну симметрии. Впервые он задумался над симметрией еще в университете. Изучение кристаллов опирается на это понятие. Оно пришло сюда из геометрии и обосновалось настолько прочно, что его стали считать почти исключительно принадлежностью кристаллографии.
Учебный курс кристаллографии сопровождается демонстрацией разнообразных геометрических фигур, макетов, наглядно иллюстрирующих исключителььнй порядок, господствующий в мире кристаллов. Определяются плоскости симметрии -- как бы зеркала, отражающие, порой многократно, одну и ту же фигуру. Выделяются оси симметрии, вращаясь вокруг которых кристалл попеременно, поворачиваясь на один и тот же угол, принимает одинаковые положения.
К тому времени, когда Вернадский от учебных упражнений перешел к самостоятельному изучению кристаллов, были убедительно доказаны основные теоремы симметрии в кристаллографии.
Если в геометрии возможны, по существу, бесконечные варианты фигур с различными видами симметрии, то для кристаллов число этих вариантов резко ограничено. В работах Е. С. Федорова было дано самое полное и очень своеобразное развитие идеи симметрии в приложении к кристаллам.
Читая в конце прошлого века свои лекции по кристаллографии, Вернадский обратил особое внимание на проблему симметрии. По своему обыкновению основательно углубившись в историю этого понятия, Вернадский пришел к мысли, что оно выступало в разных обличьях, хотя на это редко обращали внимание исследователи. Во-первых, симметрия в геометрии. Она основана на анализе и сопоставлении идеальных фигур во всем их разнообразии.
Во-вторых, симметрия в кристаллографии. Здесь она переносится из геометрии на реально существующие объекты. Рассматриваются идеальные фигуры, как и в геометрии, но только для частных кристаллических форм. Возникает новая проблема: почему кристаллы обладают лишь ограниченными видами симметрии?
В-третьих, идея симметрии имеет философское значение: она направляет поиски мировой гармонии в науке, искусстве.
Специальными исследованиями проблемы симметрии Вернадский не занимался до 30-х годов. К этому времени он, помимо кристаллографии, сумел охватить много наук: минералогию, геохимию, биологию, радиогеологию, биогеохимию. В статье 1927 года он счел необходимым рассматривать симметрию как свойство пространства, физической разнородной среды. Такова идея симметрии в естествознании.
Кристалл -- это частность, одна из бесчисленных разновидностей пространства. К любой из этих разновидностей приложимо понятие симметрии не только как геометрической абстракции, описывающей форму объектов, но и как выражения внутренней структуры реального пространства. "Для естествоиспытателя... пустое незаполненное пространство не существует... Реальное пространство натуралиста совпадает с той физической средой, в которой идут наблюдаемые им явления..."
Вернадский, прекрасно зная историю идей, вполне отдает себе отчет, что его мысль высказывалась раньше (он ссылается на Л. Пастера, П. Кюри, А. Гельмгольца). Кому-то, возможно, покажется, будто Вернадский просто-напросто воспользовался имевшейся идеей и частично ее подработал. Однако надо помнить, что знал он ее три десятка лет и только спустя такой срок вернулся к ней, осмыслил ее по-своему, заново.
Можно предположить -- на мой взгляд, с большой долей вероятности, -- что он вполне самостоятельно пришел к новому пониманию симметрии на основе своих собственных исследований. Лишь затем, развивая свои идеи, он обратился к истории науки, сочтя совершенно необходимым упомянуть о своих предшественниках.
Прежде всего Вернадский обращал внимание на всеобщность симметрии для окружающего нас мира: "Принцип симметрии в XX веке охватил и охватывает все новые области. Из области материи он проник в область энергии, из области кристаллографии, физики твердого вещества, он вошел в область химии, в область молекулярных процессов и в физику атома. Нет сомнения, что его проявления мы найдем в еще более далеком от окружающих нас комплексов мире электрона и ему подчинены будут явления квантов".
Тут речь идет о принципе симметрии, об учении о симметрии, в которое как частности включаются случаи нарушения симметрии (диссимметрии) или ее отсутствия (асимметрии). И еще. Вернадский в свой перечень объектов, охваченных симметрией, включает фактически всю реальность, все реальное пространство мира (за исключением разве только космического вакуума, для которого принципы симметрии почему-то не разрабатываются до сих пор).
Особый интерес вызывало у Вернадского приложение принципов симметрии к исследованию живых существ и всей области жизни -- биосферы, а точнее -- поверхности нашей планеты.
Опыты Луи Пастера показали, что в живых клетках (в белках) плоскость света поворачивается влево. Следовательно, заключал Вернадский, пространство живого вещества обладает своими особыми качествами. Среди них он называл: существование более сложных форм симметрии по сравнению с кристаллами, отсутствие прямых линий и поверхностей, резкое проявление неравенства правизны и левизны. Все это он объяснял непрерывностью движения атомов ("вихрем атомов", по выражению Ж. Кювье) в живом организме. Кристалл -- неподвижная форма, живое существо -- динамическая. "В симметрии живого организма... мы должны считаться с новым элементом -- с движением, которое отсутствует в симметрии кристаллов..." Итак, "для живого вещества... резко проявляется неравенство правизны и левизны", -- писал Вернадский. Для живого!
Пора нам вспомнить ту часть введения к этой книге, где утверждалось, что Вернадский предвидел возможность различия правизны-левизны в мире элементарных частиц материи. Нет ли у нас тут противоречия? В одном случае речь идет о пространстве живой клетки, организованной в соответствии с постоянным обменом веществ. В другом -- о пространстве микромира, где стираются различия между живым и неживым.
Противоречия нет. Дело в том, что Вернадский предвидел не само по себе конкретное открытие физиков, а только его принципиальную возможность. Он вовсе не утверждал, что в микромире существует отличие правого от левого. Для такого утверждения в те времена не было никаких оснований. Однако он совершенно определенно усомнился в симметричности пространства нашего мира и предположил, что "...явления симметрии могут в нем проявляться только в ограниченных участках". Доживи он до успешных опытов, доказывающих глубокую внутреннюю диссимметрию пространства нашего мира, его бы это открытие не потрясло так сильно, как всех крупных современных физиков. Он был к нему подготовлен.
Возможно, секрет проницательности Вернадского таится в способности (выработанной в молодости) связывать конкретную научную проблему с общими, порой отвлеченными идеями. Скажем, изучение симметрии он связывал с поисками мировой гармонии (и отклонений от нее тоже). Он хорошо написал об истоках понятия симметрии: "... Чувство симметрии и реальное стремление его выразить в быту и в жизни существовало в человечестве с палеолита или даже с эолита, т. е, с самых длительных периодов в доистории человечества... который длился для палеолита около полумиллиона лет -- от 650000 до 150000 лет тому назад, а для эолита -- миллионы лет...
Это представление о симметрии слагалось в течение десятков, сотен, тысяч поколений. Правильность его проверена коллективным реальным опытом и наблюдением, бытием человечества в разнообразнейших природных земных условиях. Опыт многих тысяч поколений ясно указывает на глубокую эмпирическую основу этого понятия и ее существование в той материальной среде, в которой жил человек, в биосфере.
Нельзя забывать при этом, что симметрия ясно представляется в строении человеческого тела, в форме плоскостей симметрии и зеркальных плоскостей симметрии; в правых и левых кистях рук, в ступнях ног и т. д. Она же проявляется в гармонии человеческих движений, как танцах, так и в технической работе, где проявляется геометрическая закономерность.
Переходя к историческому времени, мы видим, что понятие "симметрия" выросло на изучении живых организмов и живого вещества, в первую очередь человека. Само понятие, связанное с понятием красоты или гармонии, было дано великими греческими ваятелями, и слово "симметрия"... приписывается скульптору Пифагору из Региума (Южная Италия, тогда Великая Греция), жившему в V в. до нашей эры". Вернадский очень точно заметил, что понятие симметрии вырабатывалось человеком для конкретных объектов. Действительность направляла развитие мысли. Однако с появлением философских учений, придававших числу и мере (а тем самым и симметрии) божественный смысл как символам единства мира, с бурным развитием геометрии, сводящей реальные объекты к идеальным схемам, положение начало меняться. Симметрия стала признаваться особым качеством, проявлением всеобщего однородного абсолютного пространства, которым наделил свою теоретическую модель Вселенной Исаак Ньютон.
Мы привыкли отмечать те случаи, когда "здравый смысл", практический опыт и смекалка людей в последующем опровергаются научными открытиями и теориями. Но в случае с познанием симметрии случилось обратное; ученые изменили (и углубили, конечно) примитивные представления, а в последующем от некоторых теоретических представлений пришлось отказаться и вернуться к более ранней и более простой идее.
Для Вернадского такое возвращение научной мысли к забытой и, казалось, опровергнутой идее было вполне естественным. Он проследил течение мысли от его истоков, отметил "крутые повороты" и наметил новый неизбежный поворот: "Натуралист, исходя из школьной рутины, все время мыслил о едином пространстве, но не разных природных пространствах, не о состояниях пространства. Он не сознавал, что пространство нашей планеты и вообще пространство планет есть особые пространства, нигде, кроме планет, не наблюдаемые... Он не сознавал и не утверждал, что каждое природное тело и каждое природное явление имеет свое естественное материально-энергетическое специфическое пространство, которое натуралист изучает, изучая симметрию".
Но, может быть, нарушена гармония мира? Единое целое разбито на бесчисленное множество осколков -- пусть кристаллических, симметричных, но все же отдельных осколков? Разрушено великое и необходимое единство мироздания, которое с таким искусством создавали в своих теориях философы Древней Греции, которое испокон веков религия воплощала в образ всемогущего бога?
Да, конечно, к прежним основаниям симметрии Вселенной вряд ли можно возвратиться. Но это не значит, что единство и гармония мира отсутствуют. Совершился переход к более сложным формам взаимодействия пространств, обладающих разными типами симметрии. Ведь и в земной коре, в единой массе горной породы сплочены кристаллы, имеющие различную структуру и симметрию. Это не мешает им сосуществовать миллионы лет. Более того, в биосфере прекрасно взаимодействуют особые "нетвердые кристаллы" живых организмов с типичными неорганическими кристаллами...
И все-таки величественный мир, где царствуют законы симметрии, где соразмерны многообразные формы пространств и симметрий, где гармония форм выявляет совершеннейшую архитектуру -- организацию беспредельных пространств, -- этот величественный мир симметрии не существует в действительности.
Мир пространственной симметрии, даже построенный искуснейшим мастером и мудрецом, будет всего лишь холодным безжизненным слепком нашего реального мира...
Как мир меняется! И как я сам меняюсь!
Лишь именем одним я называюсь,
На самом деле то, что именуют мной, --
Не я один. Нас много. Я - живой...
Звено в звено и форма в форму.
Мир во всей его живой архитектуре --
Орган поющий, море труб, клавир,
Не умирающий ни в радости, ни в буре.
Как все меняется! Что было раньше птицей,
Теперь лежит написанной страницей;
Мысль некогда была простым цветком,
Поэма шествовала медленным быком;
А то, что было мною, то, быть может,
Опять растет, и мир растений множит...
Вслед за Н. Заболоцким вспомним вечную изменчивость мира, его текучую архитектуру.
Что же определяет жизнь Вселенной, постоянную смену форм, рождение нового, невиданного прежде?
... Так появляется вслед за символом соразмерности -- симметрией, символ изменений -- время.
|
