Феномен жизни во фрактальной Вселенной

В гипотезу о фрактальности Вселенной включено предположение о ее бесконечности. Фото с сайта www.eso.org

Результаты астрономических наблюдений за последние 10–15 лет делают гипотезу о фрактальности Вселенной более правдоподобной, чем господствующая до сих пор гипотеза о ее (макро)однородности. Это меняет наше понимание устройства Вселенной и феномена жизни в ней. Представления о роли эволюции в возникновении жизни остаются при этом в силе.

Эволюция и жизнь

В научном сообществе до сих пор нет согласия относительно движущей силы эволюции. Здесь конкурируют концепции автогенеза, дарвинизма, креационизма и др. Автор этих строк придерживается автогенетических воззрений. Здесь движущей силой эволюции полагаются взаимодействия (материя), которые сами себя развивают в направлении возрастания сложности и разнообразия форм, интенсификации взаимодействий.

Уже Исаак Ньютон, Иммануил Кант и Пьер Лаплас объясняли возникновение сложных структур во Вселенной действием гравитации. Скажем, Ньютон в письме к Ричарду Бентли (1692) объяснял, что из-за гравитации вещество не может оставаться однородно рассеянным в пространстве. Если бы пространство было конечным, объяснял он, вещество собралось бы в одну сферическую массу. В бесконечном же пространстве вещество соберется в бесчисленное множество сферических масс (звезд).

Сегодня мы знаем, что под давлением гравитации образуются не только звезды, но и всевозможные космические структуры.

Я солидарен, далее, с лауреатом Нобелевской премии по физике за 1977 год Филипом Андерсоном, утверждающим, что «на каждом уровне сложности появляются совершенно новые свойства». При этом на разных уровнях организации материи, возникающих один за другим в ходе ее (материи) самоорганизации, начинают действовать все новые законы – физические, химические, биологические, социальные.

Эволюция под давлением взаимодействий протекает тем успешнее, чем то позволяют обстоятельства. Это касается и феномена жизни. Как писал Роберт Чемберс в своей «Естественной истории мироздания» (1844), жизнь «появлялась всюду и постоянно, когда только возникали благоприятные для того условия». Скажем, из всех планет Солнечной системы жизнь в ее развитых формах возникла только на Земле. На других планетах давление взаимодействий оказалось не столь результативным.

Отбор отбору рознь

Главным конкурентом автогенетической теории эволюции сегодня продолжает оставаться теория естественного отбора. Отбор в ней – только один из трех компонентов естественного отбора, включающего в себя: 1) возникновение множества наследуемых малых случайных (направленных «во все стороны») мутаций; 2) выживание наиболее адаптивных из этих мутаций в результате конкуренции особей и их взаимодействия со средой (собственно отбор); 3) накопление малых мутаций, выживающих на протяжении ряда поколений, в адаптивные признаки.

Второй компонент, который часто некорректно отождествляют со всем естественным отбором, вполне реален, тогда как первый и третий реальности не отражают. Если бы Господь (здесь это метафора) положился только на естественный отбор, то никакой эволюции не происходило бы.

Первый аргумент. Темпы органической эволюции превосходят темпы эволюции неорганической среды, так что сама по себе адаптация к среде не могла бы двигать эволюцию органического мира.

Второй аргумент. Появляющиеся в ходе эволюции все более сложные формы зачастую не превосходят по адаптированности старые, скажем, бактерии или лишайники, проявляющие чудеса выживаемости в самых невероятных условиях.

Третий аргумент. В ходе эволюционных изменений данный органический вид становится другим видом, репродуктивно обособленным от старого, который после того зачастую гибнет. Объяснить это адаптацией к среде старого вида невозможно.

Четвертый аргумент. Позиции теории естественного отбора подрывает и возникшая в последние десятилетия эволюционная биология развития (evo-devo). Получаемые здесь результаты позволяют все увереннее утверждать, что органическая эволюция осуществляется посредством макромутаций, для появления которых оказывается достаточно изменений в нескольких и даже одном-двух генах.

В научной литературе обсуждаются и другие аргументы против теории естественного отбора.

Я знаю, что ничего не знаю

Эти слова, обычно приписываемые Сократу, в полной мере могут быть отнесены к нашим представлениям о Вселенной. После открытия космического расширения стало понятно, что наблюдаемый мир ограничен для нас горизонтом видимости радиусом около 13,8 млрд световых лет. Так как никакой сигнал не может распространяться быстрее света, а расширение началось около 13,8 млрд лет назад, то события, происходящие вне этой сферы, в принципе не могут нами наблюдаться.

Весь не ограниченный горизонтом видимости материальный мир называют Вселенной, сферический же ее участок, находящийся в пределах горизонта видимости, то есть наблюдаемый нами мир, – Метагалактикой.

Более строго нашей Метагалактикой было бы называть относительно компактную космическую макроструктуру, включающую в себя наблюдаемый нами мир и отделенную от других метагалактик во Вселенной расстояниями, многократно превышающими ее собственные размеры.

Ниоткуда не следует, что размеры нашей Метагалактики совпадают с размерами наблюдаемого мира. Радиус горизонта видимости определяется не законами формирования компактных космических макроструктур, а временем, прошедшим после начала наблюдаемого Большого взрыва. Размеры нашей Метагалактики могут существенно превышать размеры наблюдаемого мира.

Из сказанного следует, что у космологии, изучающей Вселенную в целом, начисто отсутствует эмпирическая база. Редчайший или даже единственный случай в естественных науках. Все наши утверждения о Вселенной носят гипотетический характер. Несмотря на это, космологи то и дело переносят результаты наблюдений на всю Вселенную, уверенно говоря о расширении Вселенной, Большом взрыве Вселенной и т.д. При этом они деликатно забывают сообщить, что всё это – экстраполяция, базирующаяся на гипотезе о (макро)однородности Вселенной. В такой Вселенной часть (наша Метагалактика) и на самом деле подобна целому (Вселенной).

Однако наблюдения последних лет говорят о фрактальности распределения материи во всем объеме наблюдаемого мира, что делает более правдоподобной гипотезу о фрактальности Вселенной. В такой Вселенной часть может существенно отличаться от целого.

Верю – не верю...

На большом расстоянии от Земли космические структуры имеют дискретную, иерархически упорядоченную структуру, плотность которой быстро падает с ее размерами при переходе от Солнца (1,416 г/см3) к нашей Галактике (10–24 г/см3) и всему наблюдаемому миру (2 х 10–31 г/см3). Это падение описывается эмпирическим законом Эдвина Карпентера (1938): плотность сферического участка космической структуры пропорциональна его радиусу R в степени (D – 3), где D приблизительно равно 1,23. Структуры такого рода сегодня называют фрактальными, а величину D – их фрактальной размерностью. Существенно, что D меньше 3, то есть размерности нашего трехмерного пространства. При D = 3 космические структуры были бы однородными, то есть нефрактальными.

Представления о фрактальности космического мира противоречат гипотезе об однородности Вселенной. Чтобы спасти ее, космологи перешли к гипотезе о макрооднородности Вселенной, полагая, что она (Вселенная) однородна на расстояниях примерно равных или больших 300 млн световых лет.

Более точное определение верхнего порога масштабов расстояний, за которым распределение галактик однородно, потребовало составления трехмерных карт распределения галактик на возможно большую глубину. Эта работа принесла неожиданные результаты: были открыты гигантские космические структуры, размеры которых вполне сравнимы с радиусом горизонта видимости (13,8 млрд св. лет). Мы укажем здесь четыре таких объекта с их размерами:

1. Великая стена Слоуна, около 1,38 млрд св. лет (2003).

2. Громадная группа квазаров (светящихся ядер галактик), имеющая размер около 4 х 2,1 х 1,2 млрд св. лет (2012).

3. Великая стена Геркулес – Северная Корона, более 10 млрд св. лет в одном направлении и около 7,2 млрд св. лет – в другом (2014).

4. Гигантская кольцеобразная структура, около 5 млрд св. лет (2015).

После этих открытий ничто уже не противоречит гипотезе о фрактальности всего наблюдаемого мира. Эта гипотеза на наших глазах приобретает статус подтвержденного эмпирического факта, который ничто уже не мешает экстраполировать на всю Вселенную.

Некоторые космологи и в этих «нечеловеческих» условиях продолжают отстаивать гипотезу о макрооднородности Вселенной. Их можно понять. Практически во всех своих теоретических выкладках космологи опираются не на уравнения общей теории относительности в общем виде из-за их чрезвычайной сложности, а на получаемые из них в предположении однородности Вселенной достаточно простые уравнения Фридмана. Отказ от этой гипотезы будет означать и отказ от этих уравнений. И с чем тогда останутся космологи?!

Однако правде нужно смотреть в глаза: после открытия гигантских космических структур гипотеза о фрактальности Вселенной стала более правдоподобной, чем гипотеза о ее макрооднородности.

Сделаем терминологическое уточнение. Природные фракталы, расположенные в нашем трехмерном мире, будем называть идеальными, если их плотность равна нулю. Единственным таким фракталом может оказаться Вселенная, если она бесконечна: устремляя в законе Карпентера радиус к бесконечности, получаем нулевую плотность.

Мы включаем в гипотезу о фрактальности Вселенной предположение о ее бесконечности. Делаем это по двум соображениям. Во-первых, это предположение – простейшее из возможных для фрактальной Вселенной. Во-вторых, Альберт Эйнштейн ввел в оборот модель замкнутой Вселенной (1917), чтобы избавиться от ее нестационарности, возникающей в предположении однородности Вселенной. Для фрактальной бесконечной Вселенной с ее нулевой средней плотностью такой проблемы не существует.

Как оно все устроено «на самом деле»

Фрактальная Вселенная устроена не просто, а очень просто. Никаких художественных излишеств вроде дополнительных пространственных измерений, параллельных вселенных, вложенных в элементарные частицы макромиров, «кротовых нор» в пространстве и проч. Имеем одно бесконечное трехмерное глобально плоское пространство, описываемое специальной теорией относительности. В нем рассеяно бесконечное иерархически организованное множество звезд, галактик, метагалактик и т.д. Расстояния между этими объектами многократно превосходят размеры самих космических систем и неограниченно растут с ростом их ранга, что и обеспечивает такой Вселенной нулевую среднюю плотность.

Фрактальная Вселенная стационарна глобально, но не локально. Составляющие ее макросистемы конечных размеров могут расширяться и сжиматься, как им вздумается, однако эти локальные процессы сжатия и расширения не могут возобладать друг над другом. Отсюда следует, что если Вселенная фрактальна, то она не переживала Большого взрыва, а наблюдаемое нами космическое расширение является результатом Большого взрыва только нашей Метагалактики.

Обсуждая прошлое нашей Метагалактики, можно опираться на идею «отскока», высказанную в научной литературе в отношении Вселенной. Судя по всему, Большому взрыву предшествовало сжатие нашей Метагалактики «до упора», остановившего гравитационный коллапс и обратившего его вспять. С будущим нашей Метагалактики сложнее.

Из всех форм физических взаимодействий гравитационное – самое дальнодействующее. Поэтому именно оно глобально доминирует во Вселенной, а также в метагалактиках и других достаточно больших космических системах. Доминирование же гравитационного взаимодействия в достаточно больших космических системах с ненулевой плотностью, как известно, приводит к их неустойчивости. В устойчивых состояниях могут находиться только не очень большие – по сравнению с метагалактиками – космические системы, в которых существенными наряду с гравитационным оказываются и другие физические взаимодействия.

Приходим к выводу, что все рассеянные во Вселенной метагалактики (и еще большие системы) из-за доминирования в них гравитационного взаимодействия нестационарны. Поскольку же метагалактики могут только расширяться и сжиматься, не достигая устойчивого состояния, то они это циклически и делают. Впрочем, расширение и сжатие метагалактик из-за необратимости этих процессов характеризуются, надо полагать, своего рода остаточной деформацией, которая от цикла к циклу накапливается, пока однажды метагалактики не прерывают свою пульсацию, переходя к бесконечному расширению.

Таким образом, при всей своей глобальной стационарности фрактальная Вселенная локально на всем ее протяжении живет бурной жизнью. Составляющие ее метагалактики переживают квазициклические пульсации. Все они имеют свой срок жизни, по истечении которого тают в бесконечном расширении, а их содержимое либо подбирается другими метагалактиками, либо служит материалом для самоорганизации новых.

Эволюция и охлаждение

В ходе расширения нашей Метагалактики после ее персонального Большого взрыва она эволюционирует в сторону усложнения. На стадии сжатия все структуры, возникшие в ходе расширения, будут разрушены.

Согласно концепции Большого взрыва, в ходе расширения наша Метагалактика вот уже около 13,8 млрд лет охлаждается. Это охлаждение означает глобальное (в масштабах метагалактики) превращение тепла (беспорядочного движения частиц) в другие формы энергии. Но энергия – это мера количества взаимодействий (материи). Так что возникновение нетепловых форм энергии означает возникновение более упорядоченных, чем тепло, форм взаимодействий/материи.

Поскольку этот глобальный процесс длится и длится уже миллиарды лет, то он и стимулирует возникновение все более сложных материальных структур. Один однонаправленный процесс – глобальная эволюция материи в сторону усложнения – стимулируется другим однонаправленным процессом – глобальным превращением тепла в другие формы энергии.

Сказанное может быть отнесено ко всем метагалактикам и еще бoльшим космическим системам: их материальное содержимое эволюционирует в ходе расширения по всем канонам универсальной эволюции, которых мы коснулись в начале статьи. Результаты этих локальных эволюций уничтожаются в ходе сжатия этих космических систем.

Переходим ко Вселенной. Если бы она глобально расширялась, то в ней происходила бы глобальная эволюция в сторону усложнения, а если бы сжималась, то происходило бы уничтожение всех структур. Невозможность для фрактальной Вселенной глобального сжатия и расширения означает, что она глобально не эволюционирует. Да и как она могла бы глобально эволюционировать, если во время циклических сжатий и расширений составляющих ее метагалактик все результаты локальных эволюций обнуляются?

Все опять и опять повторится сначала

Как говорилось выше, жизнь возникает в ходе эволюции везде, где это позволяют условия. В нашей Солнечной системе только восемь планет, и высокоорганизованная жизнь возникла на одной из них. В галактиках намного более разнообразные условия, так что вероятность возникновения жизни в каждой из них много больше. Ну а в метагалактиках вероятность возникновения жизни, надо полагать, и вовсе близка к единице.

Возникая на очередной стадии расширения метагалактики с подходящими параметрами, жизнь каждый раз начинает с чистого листа, ничего не зная о своих предшественниках, и бесследно исчезает при ее (метагалактики) сжатии. В высокотемпературной плазме, в которую превращается содержимое метагалактик при их сжатии, у живой материи нет шансов уцелеть. Так что, вопреки Анри Бергсону и Владимиру Ивановичу Вернадскому, жизнь возникает каждый раз абсолютно заново из неживой материи.

Контакты между очагами жизни в разных метагалактиках исключены из-за гигантских расстояний между ними, многократно превосходящих их собственные грандиозные размеры, составляющие миллиарды световых лет. И если даже какому-то очагу жизни довелось возникнуть в метагалактике на такой стадии ее расширения, которая завершится рассеянием содержимого метагалактики в межметагалактическом пространстве, то рано или поздно оно будет подобрано другими метагалактиками – уже существующими или вновь образовавшимися – и опять окажется ввергнутым в мясорубку расширений и сжатий теперь уже своих новых пристанищ.

Человеческие индивиды тоже обречены на гибель, что не мешает каждому из нас проживать более или менее полноценную жизнь, наполненную радостями и горестями. Однако имеется кардинальное различие. У индивида есть шанс продолжить себя делами в потомках, сделав вклад в эволюцию своего социума, жизни на Земле и жизни в данной метагалактике. У всего очага жизни в метагалактике ничего такого нет: она (жизнь) просто захлопывается, не оставляя после себя следа.

Человечеству, полагаю, придется смириться с эфемерностью жизни, с отсутствием у нее – по космологическим меркам – прошлого и будущего. Или... разработать космологическую гипотезу, более правдоподобную, чем гипотеза о фрактальности Вселенной.