Чтение онлайн

Даже не углубляясь в разночтения эволюционного и религиозного подходов, опять назревают вопросы: что же значит симметрия во Вселенском масштабе и что она объясняет? Зачем, в конце концов, Вселенной нужна симметрия? И, естественно, при чём тут я?

Ты, наверное, уже нашёл односложный ответ на этот вопрос – для баланса, как и во всей природе, и для развития своего я, в частности. Примерно, да, ты прав. Но давай по-порядку.

Если ты вспомнишь физику, то симметрия там играет одну из ключевых ролей, особенно когда речь идёт о преобразованиях объектов физического исследования. Симметрия для физики – это возможность свойств объекта физического исследования (физической системы) при применении каких-либо преобразований оставаться неизменными (инвариантными). Доказанное в своё время немецким математиком Эмми Нётер в теореме правило о том, что каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения (энергии, чётности, импульса, заряда и др.), сделало прорыв в математике и физике и способствовало развитию квантовой механики. Это правило стало отправной точкой для утверждения, что физические явления протекают симметрично, независимо от движений пространства, времени, полей (вращений, переносов, преобразований). Формулировка теоремы Нётер чаще характеризует преобразования действий и именно поэтому позволяет под другим углом взглянуть на конструкцию пространство-время и особенно на физические процессы, которые протекают в этом четырёхмерном измерении. Например, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии (энергия сохраняется с течением времени) является следствием однородности времени, а закон сохранения количества движения – импульса (импульс сохраняется в пространстве) является следствием однородности пространства. Благодаря только этим симметриям стало возможным говорить о независимости законов физики от времени и пространства и приложении этих законов физики к любой рассматриваемой физической системе.

Кстати, ты знал, что выдвинутый сначала Анри Пуанкаре, а затем Альбертом Эйнштейном фундаментальный принцип относительности тоже является результатом принципа симметрии? И этот принцип также основывается на том (упрощённо), что все физические процессы, и законы природы в частности, протекают одинаково, независимо от движения или покоя в системе, где пространство и время однородны, а пространство ещё и изотропно, то есть симметрично, независимо от выбора направления. Как ты, наверное, заметил, для принципа относительности Эйнштейна и для принципа симметрии в контексте теоремы Нётер в целом характерно такое состояние физической системы, как действие, точнее, именно его оно и характеризует.

Так вот, если ты помнишь, то действие – это не только движение или его отсутствие (в физическом смысле), но и то, чем характеризуется само я, о котором мы с тобой говорим, через деятельность личности (сознание; творчество; отношение: к себе, окружающим, окружающих к тебе; головного мозга и т.д.). Действие, как физическое явление, сопровождается ещё одной категорией, называемой Лагранжиан, который (упрощённо) описывает эволюцию физической системы по принципу наименьшего действия. Теорема Нётер также выражает собой Лагранжиан в ситуациях преобразования, тем самым сближая понятия симметрия и действие. Спрашиваешь: при чём тут ещё и Лагранжиан? Просто запомни это понятие, оно потом пригодится нам в нашем с тобой диалоге.

В разговоре о симметрии действие и деятельность нас интересуют в основном как биологический процесс. Поэтому именно благодаря теореме Нётер можно прийти к удивительному выводу о симметрии не только через уравнения и применение преобразований в физике, но и, как следствие, – через симметрию биологическую, как влияние процессов и законов природы на действия и деятельность в окружающем тебя мире. Точнее, там, где речь идёт о симметрии в физике, можно говорить и о биологической симметрии, и о симметрии законов природы, как это следует из теоремы. Это можно обнаружить даже при простом наблюдении твоей Земли с высоты птичьего полёта и наблюдении за механизмами работы твоего организма.

В этом случае ты, наверное, замечал, что некоторые явления крупных масштабов повторяются в масштабах меньших: работы органов или частей тела. Законы физики работают одинаково на всех уровнях – всё подчинено одним правилам и принципам. Всё симметрично переносится с больших масштабов на микроскопические: реки, как вены в организме, несут жизнь и питают органы и клетки; бифуркация рек (разделение рек) порой так затейливо повторяет бифуркацию в биологии (разделение вен, сосудов, трахей); круговорот воды происходит и в природе и в твоём теле; каждый год природа обновляется, как и все клетки твоего организма; органы твоего тела как будто мистически повторяют функции той или иной части экосистемы: лес-лёгкие; болота-почки; вода-кровь; озоновый слой-кожа и т.п. В этом, в том числе, складывается непреложный закон симметрии на всё живое и даже порой неживое. Среди примеров последнего можно назвать зеркальную симметрию, которую ты можешь наблюдать в виде оптического отражения объектов на водной глади или неискажённых отражающих поверхностях: стекле, зеркале и др. Казалось бы, это элементарные вещи, но они так удачно иллюстрируют твой прекрасный мир и его симметрию в масштабах макромира и микромира. Понимаешь теперь, почему симметрия как ось и координата реальности объединяет макромир и микромир? Да, симметрия одинаково переносит работу и законы физики на все уровни твоей реальности от огромных масштабов до крошечных величин. В этом и есть удивительная особенность симметрии, которая проявляет независимость законов физики от времени, пространства, движения и масштаба. Хотя о масштабах симметрии мы с тобой поговорим чуть погодя.

Симметрия выражается не только в зеркальности чего-то, но и в балансе, равномерности и равновесии природы и всей Вселенной. И такой порядок вещей складывается в проекции как на микроскопические масштабы, так и на экстремально большие пространства. Однородность, баланс, изотропность, равновесие, эквивалентность, равенство, равномерность, упорядоченность – всё это является признаком симметрии на разных масштабах Вселенной.

Возвращаясь к биохимии с её микроскопическими величинами, стоит для примера вспомнить такой кофермент, как Никотинамидадениндинуклеотид NAD+ (окисленный) и NADH (восстановленный), который играет основную роль в метаболизме твоего тела, помнишь? Этот кофермент одновременно отдаёт и забирает электроны у молекулы, в зависимости от реакции. Таким образом, этот кофермент (коэнзим) так же, как и другие ферменты, участвует в постоянной выработке энергии: отдаёт-забирает; отдаёт-забирает и так в течение дня бесконечное количество раз. Ещё одним ярким примером круговорота энергии является цикл Кребса – центральная часть катаболизма, происходящая в клетках, подобно круговороту энергии, молекул и жизни на Земле, становится ярким примером симметричности и баланса процессов на микроскопическом уровне и, в конечном счёте, жизни организмов.

Симметрия в крупных масштабах прекрасно иллюстрируется законом Хаббла – Лемэтра, который гласит о том, что Вселенная расширяется равномерно, а скорость удаления наблюдаемой галактики или какого-либо другого астрономического объекта от тебя, находящегося на Земле, прямо пропорциональна расстоянию до такого объекта. Это означает, что с какой бы точки в галактике или во Вселенной ты ни стал наблюдать за её движением, она в каждой точке будет расширяться пропорционально и с одинаковой скоростью. То есть где бы ты ни находился, скорость удаления и расширения Вселенной всегда будет равна примерно 75 километрам в секунду на один мегапарсек (3,2 млн световых лет).

Бесподобным примером равновесия служат все законы (начала) термодинамики. В частности, именно первый и второй законы термодинамики (сохранения энергии и энтропии) дают возможность сформулировать критерии равновесия в термодинамических системах.

Ты удивишься, что, несмотря на такое обилие симметрии, баланса и равновесия, на разных уровнях жизни и в различных системах и фазах: термодинамическое, механическое, гидростатическое, химическое равновесие – есть примеры его сознательного нарушения. И таким примером являешься ты.

Дело в том, что всё во Вселенной стремится к равновесию и симметрии, однако где-то это равновесие уходит в хаос, а где-то находится в постоянной борьбе за жизнь и становится равновесием жизни. Живые организмы, и в особенности человек, постоянно пытаются преодолеть или подавить равновесие. Это связано не только с биохимическими процессами, происходящими в организме, ярким примером которых является ферментативная кинетика, ускоряющая реакции в организме, но и в целом движение в плазменном потоке жизни. Жизнь, как равновесие, отражается в результате эволюции как борьба организма в заданной системе за выживание. В то же время живой организм стремится к другому равновесию и симметрии – хаосу или смерти. Это происходит в том случае, когда живой организм перестаёт бороться и движется в некой предопределённой системе, где результат заранее просчитан. Чтобы организму выжить и жить, надо всегда преодолевать одно равновесие и симметрию – хаос, и стремиться к другому – гармонии, при этом сохраняя баланс, равновесие и симметрию в себе. Этот парадокс симметрии движет тобой и отражает глубинную суть твоего окружающего мира. В этот парадокс вовлечено и твоё я, которое, находясь в тебе как в симметричном, равновесном и сбалансированном существе, стремится появиться и развиваться, вопреки твоему внутреннему желанию уйти в равновесие смерти и симметрию хаоса (но об этом чуть позже).

Предлагаю ещё немного потерпеть этот монолог о симметрии в физике, и, чтобы он был симметричным, вернуться в начало нашего разговора о гравитации. Сама теория относительности, как ты уже понял, вытекает из симметрии: относительности соответствует закон сохранения движения центра масс по теореме Нётер. Из этого Альберт Эйнштейн в своё время вывел вполне логичный принцип симметрии (эквивалентности, равенства) сил гравитации и инерции (покоя). Этот принцип (упрощая) позволяет говорить о единой массе, и в случае взаимодействия с ней гравитации, и в случае отсутствия взаимодействия с ней гравитации (инерционная система отсчёта, или ноль-гравитация). Вся суть этого принципа в итоге была направлена на то, чтобы связать какие-либо движения и в конце концов действия какого-либо тела не со свойствами такого тела, а со свойствами самого пространства-времени, в котором находится такое тело, тем самым описывая не тело как таковое, а пространство-время, в котором находится такое тело и совершает в нём движение. Принцип симметрии (эквивалентности, равенства) сил гравитации и инерции (покоя) делает в конечном счёте законы физики зависимыми от времени и пространства, а движение в искривлённом гравитацией пространстве-времени делает неотличимым от движения с ускорением наблюдателя в плоском пространстве-времени. Это очень важно для дальнейшего разговора о гравитации и твоём я.

Не вдаваясь в долгие рассуждения, из самого названия принципа можно сделать вывод, что гравитация или ноль-гравитация становится основополагающим элементом взаимодействия пространства-времени и движения.

Гравитация как одно из фундаментальных взаимодействий элементарных частиц во Вселенной натолкнула на создание новых теорий в физике, одной из которых стала Теория струн. Её суть такова, что все элементарные частицы и их фундаментальные взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное) появляются в результате колебаний и контакта между собой квантовых струн (мембран или бран), которые настолько микроскопичны, что их невозможно обнаружить доступными методами. Субатомные частицы (протоны, электроны) в Теории струн – это своего рода ноты, которые, сливаясь в аккорды и музыку, вибрируют и звучат на струнах (мембранах). Для Теории струн Вселенная – это симфония, которая проявляется в виде музыки, исходящей от всех физических и химических процессов, что протекают во Вселенной.