Наука складности

    – Л. Б. Окунь. Физическая энциклопедия: Под ред. А. М. Прохорова. – : Большая российская энциклопедия, 1994. – Т. 4.

Современная теория указывает также на наличие электрослабого взаимодействия, объединяющего слабое и электромагнитное. К электрослабому эффекту мы вернёмся в одной из следующих глав.

А пока посмотрим на то, как эти четыре взаимодействия формируют реальность.

Большая космическая игра

Небо потребовало почтить его величие отдельным эпиграфом.

Забудь, что тебя волновало вчера,
Забудь, что тревожит теперь.
С неба светит одна небольшая звезда
И другая блестит рядом с ней.

Далеки друг от друга и от тебя
В годах световых измеряют свой путь.
На нитку лучей собирая века
И судьбы людей… ты об этом забудь.

Забудь, и поймёшь, как во мраке ночном
Спокойный холодный блеск
В забвеньи творя, сам не зная о том
Рисует узор небес.

Охватить взглядом одновременно все четыре взаимодействия непросто: слабое взаимодействие имеет масштаб меньше ядер, а гравитационное невозможно обнаружить даже в очень большой лабораторной колбе, поэтому нам необходимо рассматривать космический масштаб.

Благодаря гравитации, свободно движущиеся в космосе частицы начинают притягиваться друг к другу, формируются зоны сгущения и, наоборот, разряжения.

Чем больше растёт масса сгустков, тем интенсивнее и издалека они начинают собирать весь космический мусор, фактически «пылесосят» пространство вытягивая из него всё, что не приколочено.

По мере роста массы, сгустки уплотняются, приводя к тому, что молекулы начинают всё чаще сталкиваться в тепловом движении. Моменты их столкновения – это, по сути, моменты действия кулоновских сил, которые заставляют их либо отталкиваться и разлетаться, либо вступать в химические связи.

Всё более растущая гравитация приводит к тому, что собранное вещество начинает спрессовываться, перегреваться, плавиться, образуя породы (если там есть чему плавиться) и, наконец, «гореть», когда сила притяжения фактически «выжимает» из него лишнюю тепловую энергию в виде излучения. Когда вещество загорается, этот процесс теплового давления некоторое время будет противостоять гравитационному сжатию, пока энергия не закончится.

Когда вся кинетическая энергия «выгорает» из тела, оно коллапсирует внутрь себя под продолжающимся действием силы гравитации.

Преодолевается сила кулоновского отталкивания, начинают ломаться ядра, запускается термоядерная реакция, зажигается звезда в том её виде, как мы привыкли видеть наше Солнце.

Термояд на таких звёздах, как Солнце, в основном, перерабатывает первичный протонный газ (т.е. атомарный водород) в гелий, а когда этот процесс заканчивается, из гелия начинается синтез более тяжёлых элементов до железа, затем, при наличии достаточной массы и в зависимости от того, что там внутри родилось, оно жахнет сверхновой и превратится в нейтронную звезду, чёрную дыру или ещё какой-нибудь объект с эпичными физическими параметрами.

Нейтронные звёзды – это чистые сгустки нейтронов, размером всего несколько десятков километров и массой в несколько раз превосходящей Солнце. Нейтроны в них образуются своеобразной восстановительной процедурой, когда электроны под действием силы гравитационного сжатия вдавливаются обратно в протоны. Нейтронные звёзды считаются мёртвыми, концом эволюции звезды, но иногда (не так уж редко, по космическим меркам) они тоже встречаются друг с другом и тогда взрываются, синтезируя всю таблицу Менделеева, разлетающуюся в космическое пространство.

Вокруг звёзд образуется вращающийся аккреционный диск из всякой разной материи, которая, подвергаясь действию всё той же гравитации, стягивается в планеты. Это, к слову, объясняет причину, по которой чем дальше от Солнца, тем массивнее планета: чем дальше от Солнца, тем большая площадь аккреционного диска участвует в сгущении.

Поверхность планет греется в лучах пылающих звёзд (что делает это пылание вовсе не бессмысленной тратой энергии). А внутри планет, под действием гравитации, тоже происходят всякие интересные процессы. И, хотя процессы эти до конца не изучены и протекают, конечно, не так, как в звёздах, они формируются игрой всё тех же четырёх фундаментальных взаимодействий и либретто этого спектакля мы с вами только что рассмотрели.

Давайте повторим его главные моменты:

– В космосе существует постоянное изменение, связанное с консолидацией материи, её преобразованием, разбрасыванием и повторной консолидацией.

– Это изменение приводится в движение всего четырьмя фундаментальными физическими взаимодействиями, которые, тем не менее, в зависимости от условий, могут проявлять большое разнообразие форм и сценариев.

– Энтропию нельзя рассматривать как единственный или наиболее значимый результат этой игры сил.

– Эта игра постоянно рождает сложные структуры, которые дают возможность рождаться другим сложным структурам – меньшего размера, но большей сложности. Так галактики дают жизнь звёздам, звёзды – планетам и, по крайней мере одна из них, дала возможность появиться жизни и человеческому сознанию.

Именно эта игра всех четырёх сил, а вовсе не второе начало термодинамики определяет протекание космических процессов.

Второе начало термодинамики было открыто в лабораторной колбе, замкнутом, ограниченном пространстве, в котором никак не могли себя проявить ни гравитационное, ни сильное, ни слабое взаимодействия, а имели место лишь проявления кулоновского, преимущественно, в области химии и термодинамики. Это очень обширная область, физический масштаб явлений которой соответствует масштабу наших тел. И, тем не менее, при применении Второго начала термодинамики необходимо понимать, что оно не может быть обобщено на полную картину Природы.

Впрочем, мы на этом не расстаёмся со Вторым началом и ещё вернёмся к нему в дальнейшем, при подробном рассмотрении характера действующих сил.

Зачем природе напрягаться?

Рассмотрев глобальную физическую картину, мы увидели, что причина, по которой природа находится в постоянном движении – наличие и совместное действие в ней нескольких сил, которые, вследствие их различия по масштабу и характеру, в каждый момент времени, образуют неравновесную систему, попеременно включаясь в игру в разной своей ипостаси.

Эта игра и является неизбывным источником событий, а каждый её персонаж, т.е., каждая сила, играет в ней свою архетипическую роль:

Гравитация всё собирает и накапливает, что становится постоянной причиной достижения системами критических нагрузок.

Слабое взаимодействие всё перепутывает и освобождает, что становится причиной разнообразия.

Сильное взаимодействие удерживает и сохраняет это разнообразие после того, как оно появляется (например, не даёт народившемуся из нейтрона протону покинуть ядро), а также запасает кулоновскую силу (ту, которая высвобождается при ядерном взрыве).

Кулоновское взаимодействие упорядочивает (химические элементы в кристаллические решётки и породы), а также отвечает за коммуникацию (излучение) и стремление к равновесию.

Все эти процессы являются неотъемлемыми свойствами частиц, и не приводят к расходу энергии: масса, заряд, сила удерживания способность к расщеплению не могут закончиться. Поэтому Природа, рождая всё это масштабное движение, не напрягается. Можно сказать, что в масштабе Вселенной

– всё, что может накапливаться и расти – накапливается и растёт,

– всё, что может застрять и спрятаться – застревает и прячется,

– всё, что может перепутаться и проявиться – перепутывается и проявляется,

– а всё, что может остановиться, чтобы передохнуть и поболтать – остановится, чтобы передохнуть поболтать.

Если мы продолжим так рассуждать, то однажды провозгласим закон Мэрфи одним из главных законов мироздания. Но, на самом деле, всему своё место (пространство) и время и не всё, что, казалось, могло бы остановиться, в действительности может это сделать. Чтобы понять причины происходящего, нам необходимо отделить своевременное от несвоевременного, т.е., спуститься ещё глубже, чем физические взаимодействия. Для нас с вами подходящее время пришло, поэтому наденьте акваланг, проверьте кислород. Мы погружаемся в воды Времени.

Воды Времени

Всякому событию место во времени. Время, разворачиваясь, накапливает события и они в нём записываются, по сути своей, выступая в качестве единиц информации. Накопление событий является наиболее естественным, т.е., природоподобным способом накопления информации.

Действительно, в реальной человеческой практике мы так и делаем – пишем летописи, отмечаем факты хозяйственной деятельности, ведём журналы. Журнал наблюдений позволяет воссоздать картину на заданный момент времени, отмотав события назад от текущего состояния.

А как информацию записывает природа?

Вульгарное понимание информации говорит нам, что если мы возьмём и опишем текущую обстановку, то это и будет информация. И чем больше подробностей мы запишем, тем больше соберём информации.