3.2. Структура устойчивых уровней организации мира.

Одна из самых важнейших проблем современности – это проблема выживания биосферы, включающая в себя и вопрос о ее устойчивости к внешним воздействиям, в ряду которых важнейшее место занимают космические факторы, что включает в себя антропный космологический принцип¹⁸⁵. О значимости этого принципа в объяснении закономерного космического характера появления жизни и биосферы, об устойчивости иерархических уровней Вселенной свидетельствует открытие проблемы больших чисел¹⁸⁶. Суть этой проблемы состоит в том, что различные «осмысленные» комбинации мировых констант (скорости света, постоянной Планка, массы протона, радиуса Вселенной и др.) приводили к безразмерному соотношению 10⁴⁰ для всех основных физических параметров без исключения: расстояний, зарядов, масс и времени.

Американский космолог Б. Картер указывает на связь антропного (или антропологического) принципа с такими фундаментальными постоянными, как, например, константы гравитационного взаимодействия и сильного взаимодействия¹⁸⁷. Действительно, если исходить из факта деления звезд главной последовательности (диаграмма Герцшпрунга — Рессела в астрономии) на качественно отличные друг от друга голубые гиганты (в которых энергия отводится наружу в основном за счет переноса излучения) и красные карлики (в которых энергия отводится наружу в основном за счет конвекции), то это деление существенно зависит от соотношения значения константы m_p² гравитационного взаимодействия и значения константы е² электромагнитного взаимодействия и отношения масс m_e/m_p Данное соотношение имеет вид

m_p>e¹²(m_e/m_p)¹²

где равенство выполняется на пределе. Если константа гравитационного взаимодействия ниже критического значения формулы, то главная последовательность должна состоять целиком из конвективных красных звезд. В противном случае (константа выше критического значения) главная последовательность состоит полностью из излучающих голубых звезд. В последнем случае более сильное гравитационное взаимодействие несовместимо с образованием планет, а значит, и с существованием человека как наблюдателя. Аналогично обстоит дело и с константой сильного взаимодействия: хорошо известно, что она настолько велика, что на пределе обусловливает связь нуклонов в ядре. В случае ее меньшего значения водород был бы единственным элементом во Вселенной, что также несовместимо с существованием жизни и человека.

Наш принципиально наблюдаемый мир ограничен «снизу» и «сверху». Нижняя граница получается из констант физики — это так называемая фундаментальная длина Lo=10^-33 см; на таких расстояниях теряют смысл наши обычные представления о пространстве-времени и вступают в действие законы, о характере которых мы можем только догадываться. Фундаментальная длина фигурирует во многих современных работах по физике пространства-времени. Но наиболее поразительные результаты были получены академиком М.А. Марковым при анализе уравнений общей теории относительности. Оказалось, что на основе мировых констант можно построить целую группу близких по массе частиц, которые могли бы претендовать на роль структурного материала для всех «элементарных» частиц. Эти частицы («максимоны», как их назвал М.А. Марков¹⁸⁸) имеют близкие массы: 10^-5 — 10^-6 г., а их размеры лежат в области 10^-32 — 10^-33 см. Среди максимонов попадаются настолько «экзотические», что в их реальное существование трудно поверить — внутренняя структура этих частиц может содержать целые звездные системы. Что касается «верхней» границы, то для знакомой нам Метагалактики (Вселенной) она выводится из простого расчета: предельная скорость передачи информации — скорость света, а согласно современной космохронологии расширение Метагалактики началось 15—20 млрд. лет назад. За это время сигнал, посланный со скоростью света, мог прийти к нам только с расстояния порядка 10²⁸ см.

Посмотрим теперь, как между этими границами располагаются наиболее известные нам объекты. Для этого воспользуемся шкалой десятичных логарифмов, откладывая на ней размеры этих объектов,— каждый единичный шаг этой шкалы соответствует изменению размеров в десять раз. Вид получившейся схемы сам по себе наводит на мысль о любопытной симметрии относительно некоего центра. Это размеры между 10^-2 и 10^-3 см, которые отведены природой живой клетке и в частности половой клетке человека. Таким образом, человек оказывается как бы в центре мироздания, причем благодаря усилиям многих поколений ученых, вроде бы направленным в обратную от этой цели сторону.

Если всмотреться в схему размерностей природы, то можно заметить, что ядра атомов, клеток, звезд, галактик и сама Метагалактика отстают друг от друга в среднем каждый на десять порядков. Выявляется и другая последовательность — электроны, атомы, человек, звезды и галактики — которая подчиняется тому же коэффициенту масштабности: 10¹⁰. Сопоставление взаиморасположения и взаимосвязей этих двух последовательностей наводит на мысль о некоторой периодичности — невольно появляется образ волны с гребнями и впадинами. И оказывается, что количество этих волн почти точно укладывается в границы нашего мира целое число раз!

Более тонкая классификация позволяет выяснить удивительные нюансы, дающие возможность выявить связи проблемы больших чисел со структурой устойчивых уровней организации материи, в том числе биологической. Если каждый класс упомянутой своеобразной «периодической» системы дополнить подклассом ядер объектов, то шаг делится пополам, что позволяет представить периодичность моделью в духе синергетики¹⁸⁹ — на холмистой поверхности в потенциальном поле устойчивости объекты могут находиться в трех основных состояниях: устойчивого равновесия в нижних точках синусоиды (ядра), неустойчивого равновесия в верхних точках и неустойчивости на склонах.

В этом случае весь интервал доступного науке мира от максимонов (10^-33 см) до Метагалактики (10²⁸ см), занимающий приблизительно 60 порядков, делится на шесть классов по 10 порядков каждый или на 12 подклассов по пять порядков. Границы каждого класса анализировались на основании имеющихся в соответствующих разделах науки данных; как всегда при классифицировании их определение с абсолютной точностью невозможно¹⁹⁰. Для приведенной классификации погрешность оценивается в 10—20 % длины масштабного интервала, причем она не накапливается при переходе от класса к классу, а взаимокомпенсируется. Это позволяет использовать обнаруженный здесь коэффициент 10⁵ для обратной коррекции границ классов и расчета характерных размеров малоизученных объектов.

Смысл в выделении этих масштабных классов отечественный исследователь С.И. Сухонос усматривает в следующем¹⁹¹. Во-первых, выявлена неизвестная ранее периодическая закономерность, которая позволяет уточнять наиболее характерные размеры в случае неполной эмпирической информации. Во-вторых, выяснилось что типичные объекты-представители расположены в центрах занимаемых ими масштабных классов, что позволяет выделить эти характерные размеры в качестве зон особой устойчивости. И хотя внутри каждого класса распределение многих объектов по уровням устойчивости имеет фрактальный характер (выделяются вторичные, третичные и т. д. экстремумы), при переходе через главные экстремумы классов происходят пороговые (иногда инверсионные) изменения многих физических и системных свойств объектов. В первую очередь это структурная повторяемость с периодом 10²⁰. Если атом имеет моноцентрическую структуру—центральное ядро и концентрические оболочки, то более крупные системы в подавляющем большинстве случаев полицентричны, пока мы не подходим через 20 порядков к звездам с аналогичными ядрами и оболочками. При этом структурное подобие настолько бросается в глаза, что специалисты часто пишут о гигантских ядрах—нейтронных звездах, состоящих из «голых» нуклонов, которые практически точно в 10²⁰ раз больше атомных ядер.

Таким образом, границы перехода от моноцентризма к полицентризму расположены на оси через 20 порядков. Анализ показывает, что объяснение этому кроется в том, что метагалактический интервал почти точно делится на три зоны (по 20 порядков) преобладания в формировании структур одного из трех видов взаимодействия (см. рис. 1). Так, вплоть до 10^-13 см основным видом, ответственным за процессы в микромире, является слабое взаимодействие, а на больших расстояниях начинают доминировать электромагнитные силы, которые уступают гравитационным лишь на рубеже 10⁷ см, где они сминают вещество и образуют ядерно-оболочечные структуры. Еще дальше на космических масштабах доминируют гравитационные поля, отвечающие за основные структурные особенности всех планет, звезд, галактик и их скоплений. Системный анализ¹⁹² показал, что предлагаемая схема содержит и ряд других закономерностей. Так, доминирующий тип эволюционного процесса (синтез или деление) периодически сменяется через интервал 10⁵. Поскольку полной повторяемости все же нет, а есть лишь подобие, то с учетом астрономически большого коэффициента такого подобия нами введено понятие масштабной симметрии.

Нетрудно заметить, что в предлагаемой классификации имеет смысл ряд коэффициентов подобия: 10⁵, 10¹⁰, 10²⁰ и 10⁶⁰. В этот ряд логично вписывается и упомянутое ранее соотношение 10⁴⁰. Следовательно, можно предположить, что проблема больших чисел является частью проблемы масштабной симметрии. Так, например, соотношение между радиусом Вселенной и классическим радиусом электрона равно двойному преобразованию с коэффициентом 10²⁰. Можно предположить, что силы, массы и времена во Вселенной подчинены аналогичным закономерностям и их соотношения дают на выходе все «большие числа». Если это так, то тогда каркас размерных масштабов Метагалактики служит основой для других масштабных закономерностей. Конечно, характерные массы, времена жизни, силы и т. п. могут иметь и свои коэффициенты масштабной симметрии, но примечательно, что для философской пары пространство—время можно выстроить аналогичную геометрическую прогрессию со знаменателем 10⁵: 10^-43с (фундаментальное время), 10^-38 с (?), 10^-33 с , 10^-23 с (?),10^-23 с («хронон»), 10^-8 с (время прохождения электромагнитным сигналом поперечника атома), 10^-13 с (средний период колебания атомов во всех конденсированных телах), 10^-8 с (среднее время нахождения атома в возбужденном состоянии), — 10^-3 с (оптимальная частота сигнальных импульсов, идущих по нервным путям от биорецепторов), 5,5 мин (?), — 1 год (!), 10⁵ лет (пора в геологическом времени), — 10¹⁰ лет (возраст Вселенной)¹⁹³. «Поэтому можно сделать вывод, что Вселенная имеет иерархию периодически устойчивых масштабных уровней, которые «заселены» наиболее «устойчивыми» объектами…, что размерная структура устойчивых уровней организации является каркасом как для физических, так и для биологических взаимосвязей»¹⁹⁴. Вполне понятно, что данная теоретическая классификация требует своего дальнейшей разработки и эмпирической проверки.