Текст книги "Знание-сила, 2001 № 02"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 14 страниц)

Но даже строжайшая диета не позволит победить старость. Ведь кислород – газ, которым мы дышим всю жизнь, – тоже очень сильно вредит нам. При его участии возникают так называемые свободные радикалы, обладающие неспаренными электронами. Еще полвека назад выяснилось, что соединения, содержащие неспаренные электроны, являются сильными окислителями. Они разрушают живые ткани и прежде всего гены. Для защиты от них организм использует, например, фермент супероксиддисмутазу. Мочевая кислота тоже нейтрализует свободные радикалы, но из-за ее избытка человек болеет подагрой. В борьбе с радикалами помогают также витамины Е и С, но и они могут лишь замедлить старение, а не победить его. Из строя начинают выходить митохондрии – «электростанции», расположенные в каждой клетке. Они особенно страдают от свободных радикалов: «стареют», мутируют, отмирают. И постепенно вместе с ними умираем и мы. Наша гибель не вредит роду людскому. Мы освобождаем место на планете для новых поколений.

С точки зрения эволюции, наши отдельные катастрофы – благо для всего сообщества. Мы – лишь звенья в эволюционной цепи. Чтобы понять, что с нами происходит даже на уровне болезней, надо понять нашу историю, историю вида Homo sapiens. Прошлое неотступно воскресает в нас. Наши недуги – это этапы большого, человеческого пути.

XXI век: Медицина в борьбе за человека.

Генетическая терапия будет обыденным явлением

* Для диагностики наследственных заболеваний начнут широко применяться генетические чипы.

* В борьбе с болезнями, вызванными наличием определенных генов, медики станут подавлять активность этих генов, мешая недугу развиться.

* С помощью генетических манипуляций можно добиться, чтобы организм усиленно вырабатывал красные кровяные тельца. Это улучшит снабжение тканей тела кислородом.

* Генетическая терапия укрепит опорно-двигательный аппарат человека. В нашем организме имеется особый фактор роста – «IGF-I». Эта короткая белковая нить активизируется всякий раз, как только клетки мышечной ткани получают повреждение. По ее сигналу стволовые клетки тотчас превращаются в мышечные клетки, подменяя пострадавших и заглаживая вред. В организме пожилых людей эта программа перестает работать; мышечная ткань больше не наращивается. Отдельные клетки гибнут, их становится все меньше. Никакой замены им нет. Чтобы обратить процесс вспять, надо внедрить ген, отвечающий за производство «IGF-I». Такая инъекция для организма все равно, что молодильная вода. Он тут же начнет вырабатывать фактор роста в большом количестве. Эта терапия поможет также сотням тысяч людей, которые страдают от мышечной атрофии, вызванной наследственными дефектами.

Огромным спросом будут пользоваться всевозможные СТИМУЛЯТОРЫ

* Чтобы избавиться от лишнего веса, не понадобятся строгие диеты: достаточно принимать лекарства, улучшающие обмен веществ.

* Врачи научатся эффективно бороться с облысением. Механизм этого процесса, удручающего многих мужчин, известен. Гибель волос вызывает мужской половой гормон – тестостерон, проникающий к их корням. Особый фермент – «5-альфа-редуктаза» – превращает его в другой, очень активный гормон: дегидротестостерон. Под его влиянием фолликулы перестают питать волосы, и те чахнут. В будущем специальные препараты станут блокировать вредное действие фермента, спасая шевелюры мужчин.

* Кому из нас не доводилось сетовать на свою забывчивость или непонятливость? Подобные проблемы раздражают. Со временем улучшить умственные способности человека можно будет с помощью таблеток. Что в этом невозможного? «Я думаю», и, значит, внутри меня протекают какие-то химические процессы, одни молекулы взаимодействуют с другими, а раз так, то можно вмешаться в эти события и ускорить молекулярные реакции, подобрав пилюли определенного состава. Ведь интеллект – это во многом умение находить нужные решения быстрее других, а для этого надо успевать просчитывать больше вариантов, чем другие.

Многие ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ превратятся в лекарства

* Широкое распространение получат продукты, обогащенные витаминами. Они помогут повысить продолжительность жизни человека.

* Специально разводимые бактерии, содержащиеся в йогуртах, будут восстанавливать флору кишечника. Так лакомство станет снадобьем.

* Овощи и фрукты… позволят провести всеобщую вакцинацию населения в странах третьего мира. Для этого нужно ввести, например, в ДНК банана схему необходимых антигенов. Теперь клетки растения начнут вырабатывать вакцину. Съев такой банан, человек сделает себе прививку от определенной болезни. Плантации генетически измененных растений будут защищать жителей африканских и азиатских деревень от всевозможных недугов; сейчас же многим из них вакцины не по карману. Действенность «съедобного шприца» уже испытали на себе мыши. Американские ученые убедились, что, пообедав картофелем с измененной ДНК, зверьки стали неуязвимы для вирусов гепатита.

ЗАМЕНА органов тела

* Отпадет необходимость в донорских органах тела. Биотехнологи научатся вырашивать их в своих лабораториях.

* Из стволовых (родоначальных) клеток можно будет вырашивать любые из почти двухсот видов клеток, имеющихся в человеческом организме. Пока что наше тело использует стволовые клетки лишь для восстановления регулярно обновляющихся тканей: эпидермиса, покрова пищеварительной системы, мышечных и некоторых других тканей. В случае утраты практически любого своего органа человеческое тело не способно вырастить ему замену. Нам остается лишь завидовать тритонам и саламандрам. Так, тритоны могут восстанавливать утраченные ноги, челюсти, хвост, хрусталик и сетчатку глаза и даже фрагменты удаленного у них сердца. Если ученым удастся перехитрить природу, то повреждения сердечной мышцы можно будет лечить, стимулируя рост ее ткани.

* Со временем клетки взрослой ткани можно будет перепрограммировать и превращать в стволовые клетки. Отпадет необходимость в этически спорных манипуляциях с эмбриональными клетками.

* Улучшится качество искусственных органов тела. Механические имплантаты, с помощью которых сейчас заменяют дефектные клапаны сердца, оставляют желать много лучшего. Ученые надеются создать клапаны из материалов, биологически совместимых с тканями нашего организма, например из полиуретана. После пересадки такого сердца человек будет вести вполне обычную жизнь – практически такую же, как до операции. «Нет ничего невозможного – все можно сделать своими руками» – таков девиз биологов. В различных лабораториях мира ищут новые материалы, из которых можно идеальным образом изготавливать кожу, кровеносные сосуды, пищевод, носовую перегородку, печень, поджелудочную железу.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ жизни

* Появятся способы защитить организм от старения. Особое внимание ученых вызывают митохондрии и теломеры. Митохондрии, «электростанции клетки», вырабатывают энергию путем окисления. При этом возникают агрессивные частицы – свободные радикалы. Они вызывают повреждения у самих митохондрий и разрушают другие клеточные структуры. Дефекты накапливаются. Митохондрии вырабатывают все меньше энергии – человек слабеет.

На концах хромосом располагаются теломеры. Они защищают хромосомы, словно футляр. При каждом делении клетки они укорачиваются. Когда теломера уменьшается до определенной величины, клетка перестает делиться; она старится и умирает. В XXI веке будут созданы лекарства, которые станут замедлять вышеописанные процессы.

* В настоящее время в мире проживают около 135 тысяч человек, достигших столетнего возраста. Всего через полвека, по прогнозу американского World Future Society; их число возрастет в шестнадцать раз и достигнет 2 200 ООО человек. Таким образом, у тех, кому сейчас около пятидесяти, поразительно высоки шансы отметить свой столетний юбилей – за всю историю человечества не было такого! Значительно увеличится число тех, кому за восемьдесят: в 2050 году их будет около 370 миллионов человек, и многие из них продолжат вести активный образ жизни.

УЛУЧШЕННЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ

Ультразвуковые исследования

Фотографии ребенка, развивающегося в материнском чреве, станут намного четче. Они будут трехмерными. Несколько сделанных подряд снимков наглядно покажут процессы, протекающие в организме ребенка. Врач увидит, как бьется сердце будущего малыша, как циркулирует его кровь.

Томюрафия

По отдельным томографическим изображениям компьютер воссоздаст облик внутренних органов человека и расположение сосудов. Мощное магнитное поле ялерно-спинового томографа позволит разглядеть различные виды тканей и особенно отчетливо обрисует метастазы. Уже через несколько лет врачи, используя томограммы, будут совершать виртуальные путешествия по желудочно-кишечному тракту пациента или по его кровеносным сосудам, что позволит безошибочно назначать лечение или проводить операцию.

Функциональная ядерно-спиновая томография

Этот вид диагностики позволит проследить за тем, как внутренние органы нашего тела снабжаются кислородом. Взорам ученых откроется деятельность отдельных клеток организма. Наконец, мы посекундно увидим, как работает человеческий мозг. Используя ядерно-спиновой томограф и элекгроэнцефалограф, нейробиологи надеются досконально исследовать принципы работы головного мозга и расшифровать схему нейронального управления всем человеческим телом.

Лазерно-растровая микроскопия

В XXI веке врачи все реже будут в целях диагностики брать образцы тканей или разрезать тело пациента. Эти грубые методы уступят место наблюдению за внутренними органами тела. Главными орудиями врача-диагноста станут томографы и микроскопы. Будет широко применяться лазерно-растровый микроскоп, встроенный в наконечник эндоскопа. Его оптика позволит рассмотреть отдельные клетки тела. Если ввести в организм вещества, вызывающие флуоресценцию раковых опухолей, то любые болезненные образования будут заметны сразу; их можно ликвидировать прямо в зародыше.

Растровая микроскопия

Растровый силовой микроскоп, изобретенный в 1986 году, стал стандартным инструментом генетиков. Всю информацию о структуре исследуемого объекта мы получаем благодаря колебаниям миниатюрного пружинного рычажка, снабженного тонкой иглой диаметром всего 100 нанометров. Эта игла парит над поверхностью объекта, пребывая в силовом поле атомов. Ее острие удерживается на расстоянии в 10 – 100 нанометров от исследуемой поверхности. Специальный вибросниматель преобразует пики и впадины атомарного ландшафта в картинки. С помощью подобного микроскопа мы можем исследовать материалы, не проводящие ток, например, полимеры или органические молекулы. Он позволит увидеть первооснову нашей жизни – отдельные нити ДНК. Используя этот микроскоп, можно удалять отдельные группы генов и заменять их модифицированными фрагментами ДНК. Вырезанный участок ДНК остается на острие «ножа-микроскопа»: его удерживает пусть и незначительная, сила притяжения.

Нанодиагностика

Наноинженеры уменьшат медицинскую аппаратуру до размеров молекул. Крохотные нанороботы помчатся по кровеносным сосудам, проникая в любые уголки тела. Они будут выискивать различные дефекты, например мутировавшие клетки, опасные вирусы или частицы ядовитых веществ, попавшие в кровь, а найдя их, тотчас примутся обезвреживать. Кроме того, нанороботы будут постоянно определять важнейшие показатели самочувствия человека.

Телемедицина

Хронические больные будут все реже приходить на прием к врачу. В XXI веке они станут общаться с ним в основном по Интернету, находясь под постоянным присмотром приборов. Подобная схема уже сейчас применяется для наблюдения за грудными малышами, предрасположенными к внезапной смерти. Чтобы не потерять ребенка, его одевают в специальный жилет, в который вшиты приборы, измеряющие давление, частоту дыхания и пульс. Как только они зафиксируют какие-либо резкие изменения этих показателей, тут же раздается сигнал тревоги. Родители и врачи вовремя замечают опасный приступ у малыша. Примерно под таким же контролем окажутся и хронические больные. Кроме того, ученые опробуют сейчас имплантаты, которые можно вшить прямо под кожу, чтобы они постоянно следили за кровяным давлением пациента, работой его сердечно-сосудистой системы или же содержанием сахара в крови.

Голографическая диагностика

Человеческое тело можно просвечивать рентгеновскими лучами, магнитными полями, микроволнами, инфракрасным светом или ультразвуком, получая его трехмерное изображение в естественных тонах – голограмму. Медики примутся исследовать ее так, словно перед ними расположился сам пациент. Можно изготовить и отдельные голограммы клеточных ядер, мембран или митохондрий, чтобы исследовать любые изменения их структуры.

РОБОТ ЗАГЛЯДЫВАЕТ В КЛИНИКУ

В недалеком будущем хирурги, переступая порог операционного зала, перестанут полагаться на одну лишь ловкость своих пальцев. Им примутся ассистировать роботы, и они– то привнесут в работу людей недостижимую прежде точность.

Вряд ли можно воспринимать как должное, что хирургу приходится вести эндоскоп вручную. Стоит руке чуть задрожать, дернуться, и лпя операции, например, на головном мозге это будет иметь самые плачевные последствия. Своей собственной рукой врач разрушит важнейшие структуры мозга.

Да, возможности руки ограничены. Точность действий исчисляется миллиметрами. Для сложных нейрохирургических операций этого недостаточно. Ведь во время операций на отдельных участках мозга счет идет на доли миллиметра. От них зависит успех, ну а за неудачу платит пациент. Своей собственной жизнью.

По оценкам экспертов, роботы примутся за проведение операций не скоро – около 2015 года. Как ни странно, это событие вызывает у многих опасения. «Когда заходит речь о появлении роботов в операционном зале, перед глазами почти автоматически возникает картина «медицинской фабрики» – с пациентами, что, словно заводские болванки, лежат на ленте огромного конвейера, который безжалостно доставляет их к каким-то странным станкам, автоматически разрезаюшим их», – преобладает именно такое мнение.

Врачам остается лишь взывать к доверию: хирургические операции никоим образом не будут поставлены на поток, никакого «медицинского конвейера» не появится. Автоматы лишь сведут к минимуму возможный риск при проведении операций, а также позволят шире внедрять новые методы лечения. И тогда пациенты, спасенные от опухоли, угнездившейся в мозге, не лишатся попутно какой-либо здоровой его части.

Во всем мире

Виноваты тараканы

Медики из США и Франции в ходе проведенного ими исследований обнаружили истинную причину возникновения синдрома хронической усталости. Оказывается, она имеет вирусное происхождение, а разносят заразу обыкновенные тараканы.

Ученые обнаружили новую разновидность прусаков, обитающих в бетонных постройках. Вирус «усталости»» появился у них в результате мутации. Медики полагают, что микроб способен «высасывать» все жизненные силы из организма, что приводит к своего рода преждевременному старению. Для человека вирус опасен еще и тем, что усиленное питание и витамины не приносят облегчения, он «пожирает» все полезные вещества, содержащиеся в пище, раньше, чем они успевают поступить в кровь.

Человек медленно угасает, не подозревая, что стал жертвой не простого переутомления, а смертельно опасной болезни. Новая разновидность паразитов была впервые обнаружена во Франции. Ученые пока не нашли способ, как справиться с вирусом «тараканьей усталости», но профилактика, заключающаяся в изгнании из квартиры носителей вируса, может пресечь болезнь на корню.

Одеяло запищало

Итальянская фирма «Chicco» начала выпускать так называемые активные, или развивающие одеяла для детей на первом году жизни. Такое одеяло не только укрывает и согревает малыша – оно пищит, шуршит, хрюкает, гремит и блестит в зависимости от того, что именно в него вшито. Изготовленное из разных лоскутков и «игрушек» одеяло привлекает ребенка яркостью красок и разнообразием форм.

Диагноз – по пальцам

Чем длиннее пальцы на кисти мужчины относительно его роста или размера туловища, тем скорее он подвержен меланхолии, а от нее недалеко и до более серьезной болезни – депрессии. Это довольно курьезное и вряд ли доказуемое теоретически свойство установили сотрудники Британского университета в Ливерпуле, проведя тестирование на ста добровольцах. Особенно хорошим индикатором служит безымянный палец, тот самый, на который надевают обручальное кольцо. Женщины, впрочем, могут не беспокоиться, у них этого совпадения не замечено.

Однако экспериментаторы из Ливерпуля подводят под это научную базу. Вероятно, утверждают они, решающее значение здесь имеет известный половой гормон тестостерон. Чем выше его концентрация в эмбрионе, тем длиннее становится безымянный палец, например, по отношению к указательному. И, кроме того, тестостерон оказывает большое влияние на развитие центральной нервной системы мужчины, так сказать, формируя из мальчика мужа. Высокая концентрация этого гормона способствует более активной работе правого полушария мозга ценой снижения активности левого полушария. Играет он, по-видимому, и некоторую роль также при проявлении мигрени, внезапных приступах типа детских переживаний, проходящих сами собой (аутизм), и при заикании.

Владилен Барашенков,

доктор физико-математических наук

Сколько сторон света у нашей Вселенной?

М. Эрнст. «Эвклид», 1945г.

Точнее – какова размерность нашего мира?

– Равна трем– наверное, сразу те ответит читатель.

– В нашем мире есть длина, ширина и высота. Три координаты. Вспомнив затем о том; что говорят физики, возможно, добавит:

– Вообще-то… наш мир девятимерный, только шесть дополнительных направлений мы не видим. Они спрятаны глубоко в недрах микромира.

– Это только часть картины. Некоторые ученые доказывают, что было время, когда размерность Вселенной была значительно большей. Более того, изменяясь, она иногда принимала дробные значения.. •

– Как это?! Уж очень трудно представить себе мир, скажем, с шестью или с десятью сторонами света, ну, а какой смысл имеет, например, утверждение о том, что в мире 6,3 или 10,7 сторон света?!

Бессмыслица какая-то… И, тем не менее, как это ни удивительно, мы, не замечая того, часто имеем дело с дробной размерностью. Подобно герою мольеровской пьесы, который был несказанно удивлен, узнав, что всю свою жизнь говорит прозой! Давайте разберемся в этом подробнее.

Возле самого начала

Согласно современным представлениям, Вселенная родилась в сполохе грандиозного взрыва. Что было ему причиной и каким был мир ранее (и был ли он вообще) – на эти вопросы у физиков есть некоторые ответы, но это – тема другого рассказа. Мы будем пока считать, что все было именно так.

Модельные оценки и расчеты, основанные на формулах эйнштейновской теории гравитации, говорят о том, что новорожденная Вселенная имела чудовищную плотность и фантастически малый размер – что-то около 10-33 сантиметра. Чтобы нагляднее представить себе эту величину, заметим, что она во столько раз меньше атома, во сколько раз футбольное поле меньше размера видимой в самые мощные телескопы части окружающего нас космоса. Размерность пространства внутри такой сверхплотной капельки материи, в которой действовала сложная суперпозиция гравитационных и квантовых законов, могла быть сколь угодно большой. Это было нечто такое, к чему наши пространственно-временные представления просто не применимы. Основываясь на экстраполяции формул известной нам квантовой и гравитационной теории, можно лишь утверждать, что испытывавшая огромное внутреннее давление сверхплотная Вселенная стремилась быстро расширяться. При этом, подобно тому как трехмерный ком смятой бумаги при растяжении распрямляется в плоский двумерный лист, ее размерность уменьшалась, пока не достигла современного предельного значения, равного трем.

Почему именно трем? Этого мы пока не знаем. Возможно – случайно. Предельная размерность других вселенных может быть иной, только там не могли бы существовать устойчивые атомы, и вместо привычного нам атомарно-молекулярного вещества там было бы что-то иное, какие-то другие материальные структуры.

Химики часто наблюдают процесс полимеризации, когда простые молекулы объединяются в сложные полимеры. Можно предполагать, что при расширении Вселенной происходил похожий процесс – ультрамалые многомерные кванты пространства объединялись в «полимерные кружева», стремительно расширяясь в стороны. Число этих сторон зависело от структуры, «узора» кружева и уменьшалось по мере «выпрямления» капельки правешества, смятой чудовищными силами первородного взрыва. Если воспользоваться теми же статистическими закономерностями, что в теории полимеризации, то можно вывести уравнение, описывающее процесс расширения Вселенной, где ее размерность оказывается связанной с ее радиусом.

Правда, там есть некоторый неопределенный коэффициент, но если в уравнение подставить современные значения размерности и радиуса Вселенной, то величина коэффициента становится известной, и мы с помощью уравнения можем вернуться в прошлое и оценить размерность нашего мира в то время, когда его радиус был порядка 10 -32 – 10-33 сантиметра. Получается, что размерность тогда была действительно чрезвычайно большой – практически бесконечной. Понятно, что понятие размерность в этом случае просто теряет свой смысл, и топологию Вселенной в первые мгновения ее жизни следует описывать в каких-то совершенно иных понятиях.

Анализ эволюционного уравнения показывает, что целочисленной размерность нашего мира была крайне редка, большую часть времени он пребывал в состояниях с дробным числом сторон света.

Конечно, все эти выводы получены в рамках очень грубых моделей, и они лишь подсказывают нам, что могло быть в реальной Вселенной. Но, как говорится, в каждой сказке есть намек. С идеей многомерных миров современная физика уже освоилась. Этому посвящено множество научно-популярных статей, идея эксплуатируется и в произведениях писателейг-фантастов. Но вот картина мира с изменяющейся во времени, к тому же еще и дробной размерностью мира еще только входит в обиход физиков.

Что представляет собой дробная размерность, как можно се себе вообразить?

Звонкое слово «фрактал»

Казалось бы, если двигаться вдоль линии, то какой бы извилистой она ни была, всегда можно измерить ее длину и длину любого ее отрезка. Однако тут интуиция нас подводит. Вот простой пример. Предположим, что мы должны измерить длину береговой линии острова. Приступив к решению этой, на первый взгляд простой задачи, мы вскоре убедимся, что она не имеет решения. Длина береговой линии зависит от масштаба карты. Чем он крупнее, тем более зазубренным и протяженным становится контур острова. Берега больших заливов изрезаны множеством более мелких, которые в свою очередь имеют массу небольших бухточек, и так далее. Длина периметра острова всс время возрастает и становится неопределенной. Поразительно, но у береговой линии нет длины!

Такими же свойствами обладает траектория пылинки в жидкости. Испытывая толчки от окружающих ее молекул, пылинка движется по сложной зигзагообразной кривой. Сильные толчки случаются редко, мелкие значительно чаще, поэтому на большие зигзаги накладываются «этажи» все более мелкой «дрожи». Траектория приобретает поперечную структуру.

В вакууме на каждую микрочастицу действуют толчки рождающихся и быстро исчезающих виртуальных частиц, и ее траектория тоже становится бесконечно-зазубренной. Ее уже нельзя описать ньютоновскими уравнениями движения. Перемещение микрочастиц приходится описывать статистически, пользуясь методами теории вероятностей. Было предпринято много попыток описать поведение микрочастиц на языке классической физики, и все они оказались безуспешными. Причина этого в том, что траектория микрочастицы – это принципиально новый геометрический объект, к которому не применимо понятие длины. О ней можно говорить лишь приближенно, пренебрегая вакуумными толчками и микроскопическими зазубринами траекторий.

Бес конечно-изломанные, «махровые» линии теперь называют фракталами – от английского слова fracture (излом). Они напоминают гармошку, каждый кусочек которой, даже очень маленький, если попытаться его распрямить, оказывается бесконечно длинным. Это похоже также на то, как врач-окулист подбирает очки близорукому человеку: без очков пациент видит сплошную толстую линию, в очках начинает различать ее изломы, а надев очки с еще более сильными линзами, видит зазубрины и на изломах.

На больших расстояниях фрактал ничем не отличается от обычной одномерной линии, различия скрыты в глубине ультрамалых масштабов. Там фрактал так плотно заполняет пространство, что его уже нельзя считать одномерным. Но и до сплошных, двумерных он «не дотягивает». Это нечто промежуточное.

Основная характеристика линии, неважно какой – прямой или искривленной, – это ее длина. Главная характеристика плоскости – ее площадь, пропорциональная квадрату длины. Признак фрактала и основное его свойство – степень густоты его зазубрин. Характеризующая ее величина тоже, подобной плошали и объему, пропорциональна некоторой степени длины, только не целой, а дробной.

Эту степень можно вычислить с помощью следующей процедуры. Ограничимся сначала некоторым фиксированным размером зубцов фрактальной линии (так сказать, определенным уровнем зоркости) и окружим фрактал каналом из цепочки прямоугольников. Можно строго доказать (мы не будем этого делать, поверив на слово математикам), что в пределе, по мере перехода ко все более мелким зубчикам, площадь канала, равная произведению его возрастающей длины и уменьшающейся ширины, стремится к нулю. Но вот произведение длины канала на некоторую дробную степень ширины, меньшую единицы, стремится к пределу, отличному от нудя. Вот этот предел, численная величина которого зависит от типа фрактала – от густоты его зубцов, и принимается за размерность фрактала.

Конечно, фракталы могут быть «собраны» не только из линий, но и из кусков поверхностей и из объектов с еще больше размерностью. При этом образуются махровые поверхности и пенообразные пространства. Более того, фрактальная структура может разворачиваться не только вглубь, но и наружу – в область все больших и больших масштабов, образуя этажи бесконечно возрастающих по величине колен-зазубрин. И вот тут мы встречаемся еще с одной космологической загадкой.

А может, первородного взрыва и не было?

Главный постулат космологии, на котором базируются ее выводы о происхождении и эволюции Вселенной, это гипотеза о том, что распределение вещества в пространстве в среднем однородно, то есть, усредненное по большим масштабам, оно одинаково для всех областей Вселенной. На расстояниях меньше нескольких десятков мегапарсеков[* Напомним, что мегапарсек – это огромное расстояние, равное примерно 3 х 10 19 километра. Чтобы пробежать это расстояние, лучу света нужно более трех миллионов лет.] вещество распределено явно неоднородно. Галактики тут объединяются в скопления, которые в свою очередь объединены в пространственно обособленные группы. Это – результат действия стягивающих гравитационных сил. Неоднородность особенно заметна в масштабах меньше 5-10 мсгапарссков. Но вот в масштабах сотен мегапарсеков и более вещество, казалось бы, распределено уже достаточно однородно. В этом убеждают нас наблюдения небесного свода как в видимых глазом оптических, так и в радио– и даже гамма-лучах.

Тем более неожиданным был опубликованный недавно вывод группы голландских и итальянских ученых о том, что даже на расстояниях в 4000 мегапарсеков распределение галактик и их скоплений оказывается все же неоднородным. И еще более удивительно, что это распределение обладает свойствами фрактала с размерностью, равной двум, или даже дробной – вблизи двойки. Точнее пока сказать нельзя. Получается, что галактики объединены в скопления, те объединяются в сверхскопления, которые в свою очередь группируются в еще более сложные образования, и так далее – уходяшая в бесконечность иерархия материальная структур, состоящая из все более и более крупных по своим размерам элементов.

В структуре с размерностью, равной трем, количество вещества, содержащееся в определенном объеме, пропорционально кубу его размеров, а плотность вещества не зависит от расстояния. Внутри структуры с размерностью два плотность вещества спадает обратно пропорционально расстоянию, то есть Вселенная на больших расстояниях становится все более разреженной. Очень похоже на то, что видит уезжающий из города автомобилист, – в центре много ярких фонарей, а в пригороде они становятся все более редкими.

У неискушенного в математике читателя может вызвать недоумение вопрос: как может быть, что разбросанные по пространству и явно не лежащие в одной плоскости галактики, тем не менее, образуют двумерную структуру? Однако с фракталами возможны еще и не такие чудеса. Например, размерность «махровой линии», размещенной на плоскости, как уже говорилось выше, меньше двух, но вот если такая линия вьется в пространстве, выходя за пределы плоскости, ее размерность может стать равной двум – такой же, как у плоскости! Интуиция, основанная на нашем повседневном опыте, к фракталам не применима.

Правда, пока не все ученые согласны с выводом о неоднородности Вселенной, полагая, что увеличение числа обнаруженных в астрономических наблюдениях галактик и уточнение их координат в составляемых астрономами каталогах может реабилитировать картину однородного мира. Вполне возможно. Однако, если этого не произойдет, то наши представления о происхождении и долгосрочной судьбе Вселенной потребуют радикальных изменений.

Лежащая в фундаменте современной космологии идея о рождении Вселенной в каком-то очень маленьком объеме и последующем расширении («распухании») пространства впервые была высказана российским физиком А.А. Фридманом на основе постулата однородности. Выведенные им формулы верны лишь для однородной Вселенной. Постулат однородности использовал также эмигрировавший в начале тридцатых годов в Америку российский физик-теоретик Г. Гамов в своей теории «горячего взрыва» и последующей конденсации атомарного вещества в постепенно остывающем расширяющемся мире. Так что, если постулат неверен, то все наши представления о пространственно-временных свойствах и происхождении Вселенной – это всего лишь некое весьма грубое приближение к реальному положению вещей.

Есть еще один важный вопрос, связанный с неоднородностью мира: какие силы ответственны за крупномасштабную иерархию материальных структур?

Сегодня известны четыре типа сил, с помощью которых физическая наука объясняет все явления окружающего мира: слабые, сильные ядерные, электромагнитные и гравитационные. Это, по всей видимости, проявления одного и того же поля, подобно тому, как электричество и магнетизм являются разными «сторонами» единого электромагнитного поля. С точки зрения крупномасштабной структуры мира все эти силы, даже проникающая глубоко в космос гравитация, короткодействующие и становятся пренебрежимо малыми (зануляются, как говорят физики) уже на расстояниях больше пары десятков мегапарсеков. Но чем же тогда порождается иерархия крупномасштабных материальных структур?