Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

В абсолютном смысле в наблюдаемой нами части Вселенной нет более мощной силы, чем гравитация. Она «двигает» звёздами, галактиками, скоплениями галактик, обеспечивает стабильное состояние звёздных и планетарных систем, «прижимает» к поверхности Земли всё, что на ней возникает, и если бы не она, всё это разлетелось бы в необъятное космическое пространство.

Особо стоит вопрос о существовании квантов гравитационного поля – так называемых гравитонов. С одной стороны, гравитоны не вписываются в общую теорию относительности и её модель объяснения гравитации, поскольку с точки зрения теории гравитонов гравитация представляет собой давление, оказываемое их направленным движением (подобно тому, как электрический ток представляет собой направленное движение электронов). Аналогичным образом пытаются объяснить магнитное поле, сводя его к направленному движению магнитных монополей. Ни гравитоны, ни монополи не обнаружены экспериментально, несмотря на многочисленные усилия физиков. Вследствие неподтверждённости их существования их относят к гипотетическим частицам.

Однако считается, что гравитоны и связанные с ними гравитационные волны не удаётся обнаружить вследствие их чрезвычайно миниатюрного характера. Гравитационные волны, если они существуют, имеют очень малую амплитуду вследствие относительной слабости гравитационного взаимодействия. Сторонники гравитонной теории считают, что она находит косвенное подтверждение, и что гравитационное поле распространяется со скоростью света в виде гравитационных волн. Они надеются зарегистрировать гравитационные волны, возникающие при взрывах сверхновых звёзд и сжатии коллапсаров и объясняют неудачи в обнаружении гравитационных волн тем, что они так малы, что остаются за пределами чувствительности современных приборов. Однако попытки обнаружения микроскопических агентов гравитационных полей могут быть безуспешными именно вследствие их отсутствия в природе.

Поскольку сущность гравитационных взаимодействий завязана на свойствах пространства-времени, раскрытия этой сущности следует искать в пространственных особенностях микромира.

Четырём фундаментальным взаимодействиям свойственны четыре мировых константы, т. е. постоянные значения количественных параметров взаимодействий, обеспечивающие относительную стабильность космического порядка и постоянство космической среды. Порядок, сложившийся в Метагалактике в результате её эволюции, является результатом достаточно строгой согласованности констант, получившей в научной литературе название «тонкой подстройки» нашей Вселенной и послужившей основой выдвижения антропного принципа. Достаточно незначительное изменение числовых значений этих и других констант привело бы к нарушению их согласованности и, соответственно, к чрезвычайно резкому разрушению структурной упорядоченности наблюдаемой Вселенной.

Так, уменьшение всего на несколько порядков константы сильного взаимодействия привело бы к тому, что в процессе эволюции Метагалактики образовались бы только тяжёлые элементы, нестабильными оказались бы многие атомы и изотопы, а нестабильность дейтерия привела бы к отсутствию постоянных источников энергии. Увеличение же этой константы сделало бы стабильным бипротон и привело бы к полному выгоранию водорода.

Усиление всего на несколько процентов слабого взаимодействия привело бы к уменьшению времени жизни свободных нейтронов, в результате чего не образовался бы гелий и стала бы невозможной реакция слияния альфа-частиц для синтеза углерода. Углерод не образовался бы, а наиболее распространённым элементом был бы водород. Незначительное же ослабление слабого взаимодействия создало бы гелиевую Вселенную и сделало бы невозможными ядерные реакции в звёздах.

Уменьшение константы электромагнитного взаимодействия имело бы своим последствием невозможность действия кулоновских сил, обеспечивающих взаимное отталкивание протонов в ядрах атомов. В итоге нарушалась бы стабильность атомов. Увеличение же силы электромагнитного взаимодействия притянуло бы электроны к ядрам атомов и сделало бы невозможным протекание любых химических реакций и превращений.

Уменьшение на несколько процентов гравитационного взаимодействия исключило бы возможность протекания ядерных реакций в звёздах.

В современной науке предлагаются всё новые мысленные эксперименты, показывающие зависимость миропорядка нашей Вселенной от числовых значений мировых констант и согласованности между ними.

Анализ добытых наукой сведений об эволюции Метагалактики позволяет предположить, что она развивается по определённой «программе», выработанной, по-видимому, в процессе досингулярного этапа развития и обусловленной закономерностями «космической инженерии». Можно также предположить, что этим развитием и осуществлением этой «программы» управляет некая мобилизационная структура, развёрнутая в период Большого Взрыва и содержащая в себе в свёрнутом виде итоги предшествовавшего сингулярному состоянию этапа эволюции метагалактической материи. Теологические спекуляции, которые могут порождаться этой точкой зрения, совершенно несостоятельны, как несостоятельны и теологические спекуляции, порождаемые так называемой «тонкой подстройкой» нашей Вселенной и антропным принципом её упорядоченности.

Единственным «демиургом» любой космической системы является эволюция в широком смысле и формируемые в эволюционных процессах различные типы мобилизационных структур. Всеобщность эволюции не оставляет места для формирования Божественной Личности, которая управляла бы Вселенной извне, подобно тому, как личность человека управляет его действиями и поведением. «Космическая инженерия» не является функцией какого-то наделённого человекоподобным сознанием Космического Инженера, она складывается на базе структурно-материальных эволюционных процессов, которые охватывают всё мироздание, от самого малого атома и до огромного мегамира и всего множества разнообразных миров.

«Космическая инженерия» Метагалактики складывается на основе четырёх типов фундаментальных взаимодействий, которые обусловливают основные параметры порядка, характерного для данной эволюционирующей и относительно самодостаточной материальной системы. Тип взаимодействия определяет константы, постоянные значения, обусловливающие характер движения и задающие ограничения порядка движения, свойственные Метагалактике как определённой и, скорее всего, не единственной материальной системе Космоса.

В настоящее время в физических экспериментах идентифицировано уже более 400 видов элементарных частиц, и число их всё возрастает. Весьма затруднительна при этом классификация этих частиц, поскольку они по одним признакам попадают в одни разряды, а по другим – в совершенно другие.

Согласно одной из классификаций, все элементарные частицы подразделяются на адроны, т. е. участники сильных взаимодействий, и лептоны – слабо взаимодействующие частицы. Тогда к адронам можно отнести мезоны и барионы (от греч. «барис» – тяжёлый), а также частицы, составляющие ядра атомов – нейтроны и протоны (нуклоны, от греч. «нуклеус» – ядро). Сюда же относятся с этой точки зрения и гипероны (от греч. «гипер» – сверх), поскольку они тяжелее протонов, выше их по массе. Вся эта классификационная пирамида имеет в своём основании кварки – частицы, накрепко спаянные глюонами и потому, как полагают, не встречающиеся в свободном состоянии, что обеспечивает сильное взаимодействие. К лептонам же относят электроны, мюоны и нейтрино.

Однако такая классификация для обеспечения своей стройности вынуждена игнорировать фотоны – кванты электромагнитного поля, не имеющие массы покоя и не участвующие ни в сильном, ни в слабом взаимодействиях, но являющиеся основой электромагнитных взаимодействий и обеспечивающие нас главным источником информации – светом. Лептоны (от греч. «лептос» – легкий) участвуют в слабых взаимодействиях, но те из них, которые имеют электрический заряд, тоже вступают в электромагнитные взаимодействия. Классическим примером являются электроны – чрезвычайно легкие отрицательно заряженные частицы, не имеющие ни четкой локализации в пространстве, ни макроскопически определимой траектории движения. Но не забудем, что направленное движение электронов создаёт электрический ток. Эта субстанция, текущая по проводам, обладает такой мощью, что движет всеми электрическими устройствами и может убить любое живое существо, попавшее под высокое напряжение. С этой мощью течения, сконцентрированной на узком пространстве не может сравниться даже горная река, воды которой движимы гравитацией. Между тем турбины электростанций, движимые падением воды, производят электрический ток как макроскопическое явление, обусловленное совместным движением огромных масс электронов. Причиной этой мощи является электромагнитная природа электронов, их электрический заряд. Они же как лептоны, участники слабых взаимодействий, входя в состав атомов, являются их слабым звеном, внешней оболочкой ядра, переходят с орбиты на орбиту скачками под воздействием определённых порций приложенной извне энергии.

Мобилизационными структурами атомов являются ядра, они, скрепленные сильными взаимодействиями, оправдывают в какой-то мере название атомов как неделимых, исходных элементов макроскопического мира, они определяют характер движения в атомах. Электроны, составляющие оболочки атомов, связанные с ядром электромагнитным притяжением протонов и слабыми взаимодействиями друг с другом, могут отрываться и становиться свободными, переходя в хаотическое состояние движения и взаимодействия. Ядра атомов являются одним из важнейших элементов структурного упорядочения материи.

Особые группы в нейтронных рядах элементарных частиц составляют бозоны, поведение которых исчисляется статистикой Бозе, и фермионы, рассчитываемые статистикой Ферми. К бозонам относятся пи-мезоны (пионы), к-мезоны (каоны) и фотоны. К фермионам – электроны, протоны, нейтроны, мюоны и гипероны.

С точки зрения наличия массы покоя элементарные частицы подразделяются на лёгкие – лептоны (электрон, позитрон и особенно фотон, вообще не имеющий массы покоя, а также и нейтрино, у которых недавно обнаружена очень малая масса покоя), средние – мезоны (мю-мезоны, пи-мезоны), тяжелые – барионы (протоны и нейтроны) и сверхтяжелые – гипероны.

Различные частицы могут существовать как внутри связей атомов, подпадая под управление энергий ядерных связей, а также и в свободном состоянии.

Оставаясь вне «власти» атомов, без мобилизационной организации со стороны атомных ядер, элементарные частицы оказываются в состоянии немакроскопического хаоса, который является, очевидно, проявлением какого-то иного, негеоцентрического порядка, образуемого онтологически иными мобилизационными структурами на негеоцентрическом уровне «космической инженерии».

Свободные, абстрагированные от постоянных взаимодействий элементарные частицы представляют собой не более чем математические абстракции, построенные по образу и подобию изолированных макроскопических тел. Оперирование этими абстракциями как элементами квантово-механического искусственного способа восприятия при анализе данных экспериментов показывает, что эти частицы не просто испытывают превращения, а постоянно находятся в процессе превращений, лишающих их самостоятельного, чётко определённого, дискретного существования.

Большинство частиц возникает («рождается») при столкновении с другими частицами на очень высоких скоростях. Одни частицы в этих условиях превращаются в другие. Так, протон превращается в нейтрон (теряет заряд) с испусканием пи-мезона. Другие частицы «распадаются»: нейтрон – на электрон, протон и антинейтрино, нейтральный пи-мезон – на два фотона.

Частицы постоянно взаимодействуют с вакуумом, поглощают или испускают виртуальные частицы, образуют вокруг себя «облако» виртуальных частиц. Поскольку элементарные частицы образуют постоянно изменяющуюся «размазку» массы, электрического заряда и магнитного момента, которая становится более плотной к центру частицы, можно говорить о наличии в них относительно плотного центрального ядра, именуемого керном, и рыхлой периферии. Однако в отличие от атомов в частицах не существует структурно выделенных компонентов, занимающих определённое положение в пространстве: «размазка» постоянно меняется в микроскопические доли секунды, не образуя даже относительно стабильных пространственных форм. Перекачка «размазки» идёт постоянно вследствие постоянного воздействия вакуумных полей, виртуальных частиц и других микрообъектов. Керны элементарных частиц неспособны стать мобилизационными структурами, упорядочивающими движение, организующими относительное постоянство структур и их взаимодействий. У них для этого не хватает массы, заряда и особенно способности к сильным взаимодействиям. Поэтому свободное от воздействия ядер атомов состояние оборачивается для них потерей порядка и разъятостью макроскопических свойств.

Особое хаотичное состояние частиц возникает в пустоте, которая характеризуется отсутствием вещества и образованием так называемых виртуальных частиц. Физический вакуум характеризуется не абсолютным отсутствием материи, а её особым состоянием, наинизшим состоянием поля, в котором отсутствуют реальные частицы. Движущиеся в пустом космическом пространстве тела, например, космические ракеты или планеты, вращающиеся по тысячелетиями неизменным орбитам, практически не испытывают трения или оно пренебрежимо мало, что означает отсутствие в вакууме обычных видов материи. Космический вакуум настолько пуст, что свет, идущий от отдалённых галактик на протяжении миллионов или миллиардов лет, не заслоняется и не искажается разделяющей нас материей. При этом такое полное отсутствие вещества не сопровождается отсутствием пространства, которое необходимо для прохождения света и перемещения космических тел. Ведь пространство также может рассматриваться как некая материальная ткань, настолько однородная, что по ней может двигаться всё, что угодно, не встречая при отсутствии заполненности веществом никакого сопротивления. Если пространство-время как некий синтез взаиморасположения и последовательности действительно способно искривляться гравитирующими массами, значит, оно есть некий «лист», имеющий материальный носитель, выражением которого и является поле тяготения. Но тогда за пределами этого четырёхмерного пространственно-временного «листа» должен существовать более многомерный мир и т. д. В таком случае пространственная форма упорядочения материи имеет свой материальный носитель, изменяющийся со временем, а виртуальные процессы в физическом вакууме являются не чем иным, как случайными колебаниями, флуктуациями этого носителя.

Вакуумные флуктуации образуют кванты релятивистских волновых полей, которые и называются виртуальными частицами. Виртуальные процессы наблюдаются, например, в смещении спектральных линий в атомах из-за непрерывных колебаний движущихся по их орбитам электронов под действием «нулевых» колебаний вакуумной среды. Хаос в движении электронных оболочек, находящихся под действием атомных ядер, обусловлен действием на них хаотических колебаний пространственного упорядочения вакуумной среды, т. е. возможно, того «материала», из которого «изготовлено» трёхмерное пространство.

Возможно также, что этот «материал» сформировался в процессе «космической инженерии» под действием Большого взрыва и непрерывного расширения во всех направлениях материи Метагалактики. И не исключено, что «космическая инженерия» протекала по «программе» и в последовательности, сложившейся на предметагалактической стадии эволюции.

Колебания происходят в самых различных материалах, происходят они и в материале, из которого «сделана» Вселенная. Пространственно-временная ткань бытия очень прочна, и поэтому незаметна для тех, чья материя тела тоже распложена на этой ткани, т. е. для нас, людей. Она проявляет себя лишь в виртуальных процессах в вакууме. По крайней мере таково наше предположение, приносимое в подарок физикам со стороны философии. Когда-нибудь эта предполагаемая нами субстратная модель пространства-времени подтвердится либо будет опровергнута. Но она представляется нам вполне правомерной с точки зрения сегодняшних научных знаний и к тому же открывает определённые возможности для объяснения полевых процессов и дальнодействия физических тел.

Виртуальные частицы отличаются от реальных тем, что при их появлении нарушается релятивистское соотношение энергии и импульса, временно как бы приостанавливается действие закона сохранения энергии, поскольку энергия возникает из пустоты, из кажущегося ничто. На самом же деле не закон сохранения энергии нарушается, а энергия лишь как бы берётся взаймы в результате соотношения неопределённостей между энергией и временем, что может происходить лишь в очень короткие промежутки времени, микроскопические доли секунды, после чего энергия возвращается в вакуум и поглощается им. Виртуальные частицы возникают в краткие мгновения взаимоперехода и взаимодействия. Так, при взаимодействии электронов один их них испускает виртуальный фотон, а другой поглощает его. Взаимодействие нуклонов – протонов и нейтронов – осуществляется посредством испускания и поглощения виртуальных мезонов. Каждый нуклон окутан облаком виртуальных пионов, на основе которых формируется поле ядерных взаимодействий. В современной физической теории очень многие структурные особенности элементарных частиц объясняются и описываются при помощи представлений о возникновении, поглощении или распаде виртуальных частиц.

Сама квантованность элементарных и виртуальных частиц проистекает, по-видимому, из разорванности пространственно-временного континуума, разрывов или «шероховатостей» той непрерывной «стены», которой «космическая инженерия» эволюционного процесса отделила Метагалактику от других космических систем. Мы не замечаем этой «стены», поскольку наш способ восприятия приспособлен к отражению лишь тех объектов, которые обладают соответствующими земным условиям качествами и свойствами. Неуниверсальность этого способа восприятия прослежена нами на самых различных примерах, но особенно ярко она проявляется в так называемой «скрытой» материи, существование которой никак не обнаруживается в изображениях, доносимых от космических объектов нашему зрению, а выявляется лишь по «неправильному» поведению космических объектов, свидетельствующему о появлении из пустоты колоссальных по мощности гравитационных полей.

Как элементарные, так и виртуальные частицы обладают способностью рождаться и уничтожаться, испускаться и поглощаться в процессах взаимодействия с другими частицами. Это кажущееся возникновение из ничего и исчезновение в ничто обусловлено неконтролируемостью взаимопереходов, нечёткостью границ и размытостью определённостей на микроуровне.

По «времени жизни» частицы подразделяются на стабильные и нестабильные. Стабильных элементарных частиц всего пять К ним относятся электрон, фотон, протон и два вида нейтрино. Остальные более 400 видов частиц нестабильны, они существуют ничтожные доли секунды, изредка минуты, как нейтрон в свободном состоянии, затем они распадаются.

Макроскопическую определённость и упорядоченность создают мобилизационные структуры атомных ядер. Они возникают из хаоса свободных элементарных частиц в процессах элементарной самоорганизации на определённом этапе эволюции «космической инженерии» Метагалактики.

Хаос преобразований в микромире, отсутствие чётко выраженной дискретности телесных форм при наличии квантовой дискретности, разорванности полевых формаций, которые в макроскопическом мире, накладываясь друг на друга, образуют непрерывное (континуальное) единство, приводит к широко известному феномену наличия у микрочастиц свойств частицы и волны.

Очень верно по этому поводу высказался известный американский физик и философ Герман Вейль. «Согласно представлениям о строении вещества и теории поля, – отмечает он, – материальная частица, скажем, электрон, – представляет собой не что иное, как небольшой участок электрического поля, в пределах которого напряжённость достигает фантастических величин, что свидетельствует о концентрации большого количества энергии в малом объёме пространства. Такой сгусток энергии, не имеющий чётких границ на фоне всего остального поля, подобно волне на поверхности водоёма, перемещается в пустом пространстве; поэтому мы не можем утверждать, что электрон состоит из одной и той же определённой субстанции – такой просто не существует» (Weyl H. Philosofi of Mathematics and Natural Science. Princeton: Princeton University Press, 1949, р. 171). Нет мобилизационной структуры – нет и постоянной субстанции, есть фрагмент поля, распределяющийся с определённой вероятностью по окружающей среде, захватывая или покидая её субстанцию, её материальное содержание.

При этом необходимо иметь в виду, что если в макромире мы имеем дело со сформированной на атомно-молекулярном уровне материей, то в микромире нам предстаёт материя, которая не имеет локализуемой в пространстве формы, поскольку не существует границ, отделяющих одно образование от другого. Микрообъекты – это сплошной переход из одного состояния в другое. Микромир как нельзя лучше характеризуется образом реки, использованным древнегреческими философами для демонстрации всеобщей изменчивости первоначала всего существующего в мире. Это «река», в которую нельзя войти дважды, поскольку в ней уже будет другая вода, но невозможно войти и один раз, поскольку за время вхождения она изменится полностью. При отсутствии относительно устойчивых форм материя становится полностью зависимой от движения, она не просто течёт и изменяется, она не существует вне течения и изменения.

Однако уже на микроуровне закладываются предпосылки макроскопической устойчивости, упорядоченности и самоорганизации. Они проявляются в направленном движении больших масс частиц, в закономерностях их поведения, доступных для вероятностного описания, в проявлении свойств частицы либо волны.

«Космическая технология» микромира функционирует при свободном состоянии микрочастиц в отрыве от «космической инженерии», которая проявляется лишь под мобилизующим действием атомных ядер.

Наиболее фундаментальной, и в то же время наиболее гипотетичной и парадоксальной из всех элементарных частиц, изучаемых физикой, является кварк. Эта таинственная, обладающая наиболее немакроскопичным поведением частица считается и наиболее элементарной, мельчайшей, не содержащей с точки зрения современного уровня знаний более мелких, входящих в её состав частиц.

Существование кварков предположил американский физик М. Гелл-Манн, который вводил это понятие скорее как удобную теоретическую конструкцию, позволяющую хотя бы в какой-то степени упорядочить физическое описание той пёстрой хаотической смеси из более чем двухсот элементарных частиц, которые были идентифицированы физикой уже в начале 60-х годов. Кварки считались теоретической функцией, результатом игры уравнениями, пока в 1968 г. в лаборатории Стэнфордского университета в США «обстрел» электронами протоновой «мишени» не дал результаты, отличные от прежних представлений о протонах как частицах ядра, не состоящих из более мелких образований. В данной же серии опытов разброс электронов показал, что внутри протонов «что-то есть». Так теоретическая конструкция Гелл-Манна нашла экспериментальное подтверждение, а сам её автор был удостоен нобелевской премии уже в 1969 г. В последующие годы были идентифицированы шесть типов кварков, получивших экзотические названия, в духе воспринимаемого нами мира явлений. К ним относятся «верхний», «нижний», «странный», «очарованный», «красивый» и «истинный» кварки. Последний, «истинный» кварк был идентифицирован в 1994–1995 годах в Национальной лаборатории имени Э.Ферми в Чикаго (США) в ходе экспериментов на «Теватроне» – в тот момент самом мощном ускорителе в мире с длиной разгона 6,3 км.

После этого физики вздохнули с облегчением. Комбинируя взаимодействия кварков при помощи формул, отныне можно было описать и даже объяснить поведение всех частиц, участвующих в сильных взаимодействиях. Загадкой остаются лишь сами кварки. Сила их взаимного притяжения возрастает не обратно, а прямо пропорционально расстоянию между ними, причём возрастает в очень высокой пропорции. Поэтому получение отдельных кварков путём разрыва межкварковых связей остаётся непосильной задачей. Предполагается, что в новорожденной Метагалактике в условиях колоссальных плотностей и температур кварки существовали в индивидуальном состоянии, но по мере остывания и разрежения вещества слиплись в единое нерасторжимое целое.

При этом «слипание» трёх кварков порождает протоны и нейтроны, атомных ядер, а двух – пионы и к-мезоны (каоны). В 2003 г. была идентифицирована частица, состоящая из пяти кварков, названная пентакварком. Она крайне нестабильна, и в нашем мире существует лишь ничтоные доли секунды.

Кварки наделяются исследователями «цветом» и «ароматом» – свойствами, заимствованными из мира воспринимаемых явлений, но характеризующими степень и характер участия в сильных взаимодействиях. «Цветовой» заряд кварков определяет их участие в сильных взаимодействиях, подобно тому, как электрический заряд определяется участием во взаимодействиях электромагнитных. При этом заряд у кварков не целостный, а дробный. Для объяснения монолитной слипаемости кварков были введены в научный оборот специальные частицы – глюоны (от англ. «клей»). Их гипотетическая природа состоит именно в том, чтобы «приклеивать», прижимать кварки друг к другу, не давать им обрести индивидуальное, отделённое существование.