Проблемы интеграции гуманитарного и естественнонаучного знания в современном образовании. Монография

на шесть порядков» [74, с. 288]. Среди прочих соединений кометы (по данным спектрального анализа) содержат органические молекулы: метилциан, этиловый спирт и др. [67]. Процессы приближения кометы к Солнцу «могут способствовать полимеризации и потемнению вещества наружных слоев новых комет» [50, с. 34]. С еще большей интенсивностью эти процессы могли происходить при контакте кометарного вещества с атмосферой Юпитера, богатой углеводородами.

Излучение глубокого космоса и галактические факторы эволюции.

Жизнь – во многом еще непонятное явление. Самосборка белковых молекул из случайной последовательности аминокислот в протеиноиды Фокса настолько простое явление, что оно воспроизводится в школьных лабораториях. «Фокс и его сотрудники показали, что такие протеиноиды, имеющие нерегулярную структуру, обладают широким набором незначительных каталитических активностей» [159, с. 87]. Протеиноид еще не прион, важен второй этап – абсорбция, обеспечивающая самосборку протоорганизма. Но абсорбентом может служить вещество гигантской кометы, внутри ядра кометы при приближении к какой-либо звезде могут запускаться реакции самосборки и абсорбции. Полимеризация простых биологических молекул может происходить при воздействии ионизирующей радиации с дальнейшей диффузией протеинов в рыхлое ядро кометы.

Комета Брукса II в 1866 г. пролетела близ Юпитера и не была разорвана его тяготением; комета Холмса (1882) имела хвост длиной около 300 млн км, а кому (голова кометы) около 1,5 млн км (больше диаметра Солнца); в 1959 г. комета Элкока бесследно исчезла, огибая Солнце, которое было крайне малоактивно (после вспышек 1958 г.). Солнце в движении вокруг центра Галактики проходит пылевое облако в созвездие Ориона (туманность «Конская голова»); потерявшие массу кометы «облака Оорта» наращивают свою массу, причем не исключается захват гигантских комет метагалактического происхождения, до масс, равных 0,001 массы Земли). Но, скорее всего, кометы несут во Вселенной особую функцию, не определяемую их массой или химическим составом.

Как уже говорилось выше, кроме канонических вирусов, огромную роль в патологии теплокровных играют прионы, запускающие целый ряд

заболеваний: болезнь Крейцфельда–Якоба, скрейпи, амиотрофический лейкоспонгиоз, полимиозит, миопию и т.п., синдромы этих заболеваний включают гибель нейронов и их замещение соединительной тканью. Заражение мышей скрейпи вызвало у них не губчатую энцефалопатию, а одряхление организма по скоростному сценарию. Важно, что прионы, малочувствительные к радиации, могут возникать в глубоком космосе. В частности, туманность Ориона и его пылевые спутники содержат гигантские молекулярные облака, содержащие разнообразные органические молекулы. «Тот факт, что многие из последних являются частями основной биологической молекулы ДНК, позволяет поставить интригующий вопрос: не могут ли существовать в пространстве жизнеспособные системы, раз уж там имеются их основные строительные блоки» [99, с. 53–54]. Сейчас установленным биологическим фактом является достаточность синтеза белковых конгломератов, которые могут проявлять активность, экспрессируя гены. Но существует еще один мощнейший фактор модификации биологических (и опосредованно-социальных) процессов путем мутагенного воздействия высокоэнергичных космических лучей. В 1912 г. немецкий ученый Кольхерстер поднялся с ионизационной камерой на воздушном шаре. Сначала, по мере удаления от Земли, радиация падала, но уже на высоте 4800 м возросла в 2 раза, а на высоте 8400 м – в 10 раз. Сам термин космические лучи ввел американский физик Милликен. «В наши дни космические лучи – это единственные известные частицы, пришедшие из-за пределов Солнечной системы, с которыми мы можем иметь прямой контакт. По одной лишь этой причине они заслуживают тщательного исследования» [15]. Энергия космических лучей Галактики равна энергии излучения звезд, энергии турбулентного движения межзвездного газа и энергии магнитного поля Галактики. Первичные космические лучи с огромными кинетическими энергиями (90% – протоны, 7% – альфа-частицы, 2% – электроны и менее 1% – ядра тяжелее гелия) сталкивались с атомами атмосферы и порождали ливни вторичных частиц. Причем долгоживущие мю-мезоны «сравнительно легко проникают сквозь атмосферу и поглощаются глубоко под землей. На уровне моря они образуют большую часть проникающей компоненты космических лучей» [157]. Жесткая (проникающая) компонента космических лучей – это в основном мю-мезоны. Физикам

не совсем ясно, зачем вообще существует эта частица, полный аналог электрона (кроме массы около 207 масс электрона). Взаимодействуя с веществом, мю-мезон образует мюониевые квазиатомы; положительный мюон может играть роль ядра, вокруг которого вращается электрон, это псевдоводород; отрицательный может играть роль тяжелого электрона в любом атоме. Это означает включение в биомолекулы с последующим радиоактивным распадом – индуцированной мутацией.

Активный мутагенез, связанный с галактическими космическими лучами, тем не менее, модифицируется циклами солнечной активности. Во время максимума плазменно-магнитные облака (солнечный ветер) выметают галактические космические лучи за пределы орбиты Плутона (эффект Форбуша). При солнечном минимуме доля солнечных космических лучей равна 1/20, но она возрастает в 1000 раз при вспышке. Во время вспышки рентгеновское излучение достигает Земли через 8,3 с; энергичные протоны через 7–8 ч начинают активно поглощаться участками радиоционных поясов Земли близ полюсов, лишь через 1–2 суток низкоэнергичная плазма достигает магнитосферы Земли, вызывая магнитные бури и полярные сияния. Солнечный протон обычно теряет энергию на высоте 2,5 км от поверхности Земли. Зимой из-за влияния холодов на химические процессы в атмосфере протоны в 2 раза более активны, чем летом, они чаще вызывают образование окислов азота, то есть разрушение озонового слоя и увеличение ультрафиолета у поверхности Земли. Конечно, это неблагоприятный фактор для биосферы, но во внутреннюю среду организмов (исключая одноклеточных) ультрафиолет не проникает. Следовательно, солнечная активность прежде всего вызывает мутации бактерий, напротив, ливни галактических лучей действуют на многоклеточных. Датский гляциолог Дансгорд, изучая многовековые льды Гренландии, установил два цикла резкого возрастания Солнечной активности: «пик потепления одного из них повторяется каждые 78 лет, пик другого – каждый 181 год» [69, с. 182]. Оба цикла взаимосвязаны: пять циклов по 78 лет примерно равны двум циклам по 181 году. Полная синхронизация и есть мегацикл в 350–400 лет, когда Солнечная радиация возрастает в 50–100 раз. «Солнце было очень слабоактивным между 1400 и 1500 г. (шпереровский миниум) и весьма активным между 1120 и 1280 г. (средневековый максиум); в этот период сообщений о по-

лярных сияниях и солнечных пятнах, наблюдаемых невооруженным глазом, было больше, чем в предыдущие и последующие века» [162, с. 316]. Следовательно, можно предположить, что в Средние века (около 1000–1400 гг.) на пике этого периода Земля получала повышенное количество ультрафиолета, но интенсивный мутагенез отсутствовал. Этот факт очень важен для далеко идущих выводов, позволяющих анализировать исторические процессы.

Принципиальное отличие Солнца в фазе высшей активности от спокойного Солнца состоит в том, что температура пятна на 1500 градусов холоднее остальной поверхности дневного светила. Спектр излучения соответствует излучению оранжевого субгиганта. В период почти полного отсутствия пятен, в 1645–1715 гг., распилы деревьев того времени указывают на необыкновенно ровные природные условия, в этот период условия окружающей среды «были более однородными… что послужило причиной более регулярного роста деревьев» [107]. Но излучение глубокого космоса привело к росту числа мутаций и мутантов. Ведь именно

вXIII в. были заложены основы технической революции XX в., но этот факт можно оспорить, хотя для России, Китая и Японии начало XIХ в., тоже период стабилизации государства и экономики, несмотря на бурные политические события. Но не следует забывать, что вмешательства космических сил в исторические события на Земле происходят опосредованно и могут быть сняты теллурическими факторами и антропогенным воздействием.

Потоки радиации, льющиеся на Землю из глубокого космоса, связаны с событиями, которые не имеют аналогий в земной физике. Например,

в1751 г. звезда Эта Киля заблистала как Полярная звезда (хотя до этого была тусклой и едва заметной. Эта Киля была одной из самых ярких звезд ряд лет, затем резко потускнела, вторично вспыхнула в 1893 г. и в XX в. развалилась на ряд туманностей красного цвета. Механизм этих событий неясен, хотя ежегодно в галактике размером с Млечный Путь вспыхивают до 30 новых звезд. После взрыва Новы остается светящаяся туманность, рассеивающаяся со скоростью около 1700 км/с. После 1954 г., когда было установлено, что Нова 1934 г. в созвездии Геркулеса – тесная двойная звезда, обычно белый и красный или красно-оранжевый карлики. Перетекание водорода с красного на белый карлик вызывает

вспышку со сбрасыванием оболочки белого карлика в пространство. Источник энергии взрыва Новы – термоядерные реакции. Вероятно, только в данном случае имеет смысл говорить о термоядерных реакциях как значимом источнике энергии. «Эксперимент Дэвиса показывает, что обнаруживается не более чем 1/10 ожидаемого числа нейтрино» [107]. Из этого следует, что имеет смысл говорить о значении термоядерных реакций в эволюции звезд, имея малую часть звездного излучения. Опыт Раймонда Дэвиса разочаровал астрономов и физиков, так как фактически мы знаем о светимости звезд столь же пренебрежительно мало, как и 100 лет назад.

Почти так же обстоит дело со сверхновыми звездами. Общепринятый механизм их взрыва выглядит следующим образом: в старой звезде, «сжегшей» водород, накапливаются изотопы железа, изотоп железо-56 исключительно устойчив; «железное» ядро сжимается, происходит распад железа на тринадцать ядер атомов гелия (альфа-частиц) и четыре нейтрона, которые распадаются на протоны, электроны и антинейтрино, которые уносят часть энергии сжатия (коллапсирования) звезды, сам распад происходит за счет компенсации распада железа-56, идущего с поглощением энергии; происходит резкое охлаждение недр звезды и имплозия (взрыв внутрь) с последующим сбрасыванием оболочек звезды. Вспыхнувшая в галактике IC 4182 сверхновая в 100 раз превосходила по блеску всю галактику. Это редкое явление происходит примерно раз в 600–700 лет. «Знаменитая Крабовидная туманность представляет собой остаток такого взрыва, который был подробно отмечен китайскими астрономами в 1054 г.» [174]. Следует отметить, что именно нейтрино способны разметать коллапсирующую звезду. Имея пренебрежимо малую массу, равную 0,0001 массы электрона, нейтрино по массе в миллиард раз превышают все электроны и протоны Вселенной, масса нейтрино больше массы всех звезд вместе взятых. Собственно Вселенная есть океан нейтрино, нейтрино могут вызвать фиолетовое смещение и начало сгущения галактик в новую сферу Большого взрыва.

Будущая сверхновая имеет массу больше 1,2 массы Солнца, перед катастрофой это обычно красный сверхгигант с температурой около 3 млрд градусов, в таких условиях и образуются трансураниды, испускающие ливни нейтронов с последующим распадом ядер железа-56.

Немалую роль играет распад фотонов на пару нейтрино–антинейтрино

вусловиях гигантских температур и давления. Взрывы сверхновых и новых звезд порождают космические лучи, энергия которых равна энергии всех звезд, энергии турбулентного движения межзвездного газа плюс всех магнитных полей Галактики. Следовательно, то, что мы называем Вселенной – океан нейтрино, пронизанный частицами огромных энергий. Во время вспышки типичной сверхновой звезды «полное количество излучаемого ею света эквивалентно энергии, излученной Солнцем за 300 млн лет» [120, с. 93]. Но, в общем, это редкое явление, нейтрино обрывают эволюцию красного гиганта к сверхновой путем: а) урка-процесса Гамова и Шенберга – захвата электрона изотопом с превращением в неустойчивый изотоп другого элемента с последующим бета-распадом, в обоих случаях излучаются нейтрино, б) фотонейтринного процесса с появлением пар электрон–позитрон, аннигилирующих

внейтрино–антинейтрино. Из этого следует, что «нейтринное излучение приобретает первостепенное значение на поздних стадиях эволюции звезды» [125]. При рассчетах из теории (гипотезы) Большого взрыва, на каждый атом Вселенной приходится около 100 млн первичных нейтрино, но их энергия в миллиард раз меньше звездных даже при сверхмалой нейтринной массе покоя (5·10–32 г) [68]. Это гигантская масса, которая, возможно, играет роль при взаимодействии слабого поля и гравитации.

Выше уже говорилось о странном процессе дестабилизации Солнца после взрыва сверхновой, породившей Крабовидную туманность. Противоречия снимаются при серьезном отношении к тахионам, частицам, движущимся со скоростью, превышающей скорость света (то есть с мнимой массой покоя и, следовательно, без энергии движения). Зарегистрировать такие частицы практически невозможно, так как у них нет ни энергии, ни импульса, которые они могли бы отдать» [62, с. 133]. Поскольку гравитация связана с кривизной пространства–времени, имеет смысл говорить о влиянии открытия черных дыр на наши представления об окружающем мире. «Видимо, Вселенная проходит в своем развитии эпоху, когда метрические свойства определяются материей, имеющей отличную от нуля массу покоя. Она включает все элементарные частицы, которые можно привести в состояние покоя относительно любого тела отсчета, а также состояния из них образования материи вплоть

до галактик» [101]. Но это утверждение имеет смысл лишь для Вселенной

впределах, наблюдаемых с Земли при ограниченности человеческих возможностей.

Несмотря на ряд общепризнанных теоретических положений, представления о черных дырах далеки от реальных событий, происходящих

вэтих объектах. Холодные звезды в 2–3 солнечные массы теоретически могут сколлапсировать в черную дыру, внутри которой, тем не менее, существует своеобразная структура. Теоретически коллапсируемая масса была предсказана еще в 1783 г. Дж. Мичеллом на страницах «Философских трудов». В наиболее кратком изложении гипотеза черных дыр описывает своеобразную метрику, называемую сингулярностью. «В сингулярности вещество сжато до бесконечной плотности бесконечно большими гравитационными силами; иначе говоря, кривизна пространства–времени в сингулярности бесконечна» [101]. Отсюда и название границы черной дыры – горизонт событий. Звезда массой около 10 масс Солнца сколлапсирует в черную дыру, достигнув радиуса около 30 км. Естественно, в таком сжатом состоянии элементарные частицы становятся чем-то совершенно иным.

Мощнейшее гравитационное поле в окрестностях черной дыры вызывает выделение огромных энергий (в виде рентгеновского излучения) межзвездным газом, уходящим за горизонт событий и появлением виртуальных (недоступных прямому наблюдению) частиц в виде пар электрон–позитрон, которые отталкиваются друг от друга мощнейшей гравитацией, что также вызывает излучение в жестком диапазоне.

Решения уравнений, описывающих пространство-время в окрестности шварцшильдовской черной дыры, обладают определенной симметрией, которая указывает на то, что дыра может связывать нашу Вселенную с другими аналогичными мирами» [101]. Излучения – джеты из районов возможных черных дыр – фиксируют иную физику в нашем пространственно-временном континууме. Р. Пенроуз (Оксфорд) предложил ряд диаграмм, наглядно иллюстрирующих ход событий

вчерной дыре, «вращающаяся черная дыра связывает нашу вселенную с бесконечным числом других вселенных… Излучение частиц из черных дыр характеризуется еще большей степенью неопределенности, поскольку мы не можем предсказать ни положения, ни скорости испу-

скаемых частиц. По мнению С. Хокинга, такое излучение в некотором смысле можно считать выходящим из самой сингулярности, где, как мы знаем, классические пространственно-временные закономерности нарушаются. Таким образом, из областей пространства-времени, о которых нам ничего не известно, во Вселенную втекает новый поток хаотической информации, что еще заметнее уменьшает наши возможности предсказывать будущее Вселенной. В этом заключается так называемый принцип незнания» [164, с. 146–147]. Теоретические положения С. Хокинга отчасти оправдались, когда начался поиск возможных кандидатов в черные дыры в мире реальных астрономических объектов.

По приблизительным подсчетам в Млечном Пути около 1 млрд черных дыр. Реально исследованы объекты: Лебедь X-1, невидимый компонент красного карлика А0620-00 в Единороге, двойная система в LMCX-3 в Большом Магеллановом облаке, SS 433 в созвездии Орла. Реальными оказались предположения о черных дырах – ядрах квазаров, самых мощных источников излучения во Вселенной, которые были открыты лишь в середине XX в. Квазары, скорее всего, керн активных галактик с черной дырой. «Очень яркий квазар должен заглатывать вещество из окружающей галактики со скоростью около 100 масс Солнца в год. В стандартной модели квазара черная дыра окружена вращающимся аккреционным диском. Источником энергии служит потенциальная энергия падающего газа. Диск обеспечивает тепловую энергию для излучения света, создает магнитные вспышки, струи параллельно движущихся частиц и другие экзотические явления» [101]. Физические явления в окрестностях квазаров уже значительно отличаются от событий, предсказываемых общей теорией относительности, существенны, если не господствуют явления супергравитации. Тогда скорость света – лишь низкий предел движения элементарных частиц в едином поле супергравитации.

Сам термин «супергравитация» очень условный (гипотетический), носитель«супергравитации – массивная частица гравитино. «Эффекты обмена частицами гравитино должны быть заметны только на очень малых расстояниях, где они должны привести к видоизменению уравнений общей теории относительности» [17]. Эта среда – недра пульсаров и черные дыры. «На фотографиях ряда радиогалактик и квазаров видны выбросы в виде струй, называемые джетами… Эти сгустки являются источ-

никами поляризированного оптического и радиоизлучения…» [55, с. 77], поведение некоторых выбросов давно уже навело теоретиков на мысль о существовании некой суперэнергии. «Радиогалактика NGC 4486 выглядит как классическая эллиптическая галактика ЕО с так называемым выбросом… вещества в галактике. NGC 4486 вопреки принципу действия и противодействия извергнуто лишь в одном направлении» [174].

Загадка существования гравитационных волн не была разрешена и после знаменитого опыта Дж. Вебера. В 1970 г. Вебер сообщил, что приборы «показывали увеличение потока, когда в лепесток диаграммы направленности детектора попадал центр Галактики» [146, с. 200–201]. Поток был достаточно велик, что указывало на огромное выделение гравитационной энергии. Результаты исследований центра Галактики выявили сложные структурные образования, представляющие собой несколько вложенных друг в друга сфер. Ядром Галактики является газовый диск; вокруг центрального пылевого облака (керн ядра) вращается крупнейший в Галактике компактный объект Стрелец В2, состоящий из газа, пыли и скопления молодых звезд; керн скрывает в себе центральное пылевое облако, вокруг которого вращается мощный радиоисточник Стрелец А Западный, скорее всего, черная дыра, вокруг которой идет аномально быстрое звездообразование; объект Стрелец А Западный вращается вокруг непонятного объекта, который ответственен за порождение семи красных сверхгигантов необычайно высокой светимости и 14 облаков ионизированного газа, испускающего мощные гамма-лучи

ирелятивистские электроны. По одной из моделей в центре Галактики «пространство-время расщепляется на искривленное трехмерное пространство и универсальное время, которое отличается от собственного времени множителем, соответствующим гравитационному красному смещению» [68]. Следует заметить, что радиация из центра Галактики почти в 100 раз меньше теоретически возможной в случае модели черной дыры. Черная дыра центра Галактики вращается вокруг спинара – неполной черной дыры, именно спинар породил семь красных сверхгигантов

иявляется источником мощных гамма-лучей, постоянно порождающих электрон-позитронные пары с последующей аннигиляцией. С точки зрения возможности существования супергравитации вероятно, что в центре Галактики происходит обмен гравитино между спинаром и черной

дырой, а также реализуется космологический принцип незнания, внешний наблюдатель фиксирует крайне интенсивное звездообразование и излучение фотонов и гамма-лучей, а также аннигилирующих частиц – возможных осколков распадающихся гравитино. Опыты американцев Р. Клейна и Ф. Кроуча с малыми ливнями космических лучей (1974) косвенно доказали наличие сверхсветовых частиц – тахионов (малый ливень предшествовал большому, вызываемому лишь сверхэнергичными частицами). Нет ничего запрещающего превращение гравитино в тахион (по крайней мере, с точки зрения физиков-теоретиков).

Философский принцип незнания, сформулированный С. Хокингом применительно к биосферам планет с органической жизнью (при всем разнообразии вариантов – углеродной, кремниевой; на основе воды, аммиака, фтористого водорода и т.п.), реализуется апериодическим возрастанием потоков радиации, способных испепелить все живое, или неясных физических процессов, искажающих ход эволюционных процессов. Но существуют и менее экзотические возможности вмешательства глубокого космоса в эволюцию биосфер планетных систем. Одним из важнейших открытий астрономии ХХ в. было обнаружение Трансплутона – «в конце 1987 г. поступило сообщение об обнаружении массивного (масса больше массы Юпитера) спутника – десятой планеты, обращающейся вокруг Солнца на расстоянии 430 млрд км, то есть примерно в 70 раз дальше, чем Плутон» [185, с. 15]. Открытие Трансплутона произошло случайно в ходе поисков черных дыр, с ним связана целая система короткопериодических комет. Вполне возможно, что десятая планета связана с кометарным облаком Оорта. Приобретение Трансплутона и пополнение кометарного резервуара «связано с периодическими вхождениями Солнечной системы в мощные струйные потоки космического вещества» [37]. Последний галактический год (21-й) закончился 5 млн лет назад, мы живем в самом начале 22-го галактического года, который продолжается 215 млн лет.

Планеты и кометарное вещество поставляют очень старые красные звезды, которые были утеряны Галактикой при вращениях галактических спиралей. В современный геологический период близ Солнца находится ассоциация (скопление) красных карликов, пришедших из далеких галактических областей. Малая масса необычайно задерживает их звездную эволюцию, красные карлики развиваются по линии