Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство
Шрифт:
Задача Вольтерра может быть усложнена введением различных дополнительных условий, например зависимостью наличия пищи жертв от их численности, введением третьего вида, питающегося той же пищей, но обладающего другими темпами размножения, и т. п.
При определенных условиях могут возникать волны численности, когда число особей данного вида изменяется не только во времени, но и в пространстве, по территории обитания. Так возникают экологические волны. Их действительно удалось обнаружить в бактериальных препаратах.
Экологические колебания и волны могут возникать как результат хозяйственной, а иногда бесхозяйственной деятельности человека, когда его вмешательство нарушает процессы, сложившиеся в природе. Такие случаи зафиксированы, например, в рыболовстве. Все это — закономерные, впечатляющие связи чистой науки с обычной жизнью.
Жаботинский и Заикин обнаружили
Развитие физико-химии автоволн неожиданно коснулось жизненно важной области. Физики обнаружили, что автоволны могут развиваться в сердечной мышце. Мы знаем, что сокращения здорового сердца управляются нервными импульсами, вырабатываемыми синусовым узлом. Но оказалось, что в сердечной мышце могут возникать ведущие центры, порождающие автоволны, независимые от синусового узла. Так возникают нарушения сердечного ритма.
Модель сердечных сокращений, основанная на уравнениях химической динамики, много ближе к процессам, протекающим в сердце, чем модель ван дер Поля и ван дер Марка. Она позволила перейти от обыкновенных дифференциальных уравнений к уравнениям в частных производных, описывающих протекание процессов не только во времени, но и в пространстве. Она позволила привлечь к моделированию сердца не только представления о нелинейных колебаниях, но и представления об автоволнах и ведущих центрах, о странных аттракторах. Медики вместе с физиками сумели экспериментально изучить спиральные волны возбуждения, появляющиеся в работающем сердце при возникновении аритмий. Математическая модель, основанная на учете автоволн, способна описать даже возникновение фибрилляций. Они могут явиться следствием хаотического возникновения и исчезновения ведущих центров или результатом возникновения в сердечной мышце странного аттрактора.
Новая модель уже нашла применение в поиске и синтезе лекарств, предупреждающих и подавляющих опасные сердечные аритмии. Но это лишь очередной шаг в начале трудного пути познания периодических процессов в живых организмах.
Общая теория колебаний породила новый стиль физического мышления, основанный на учете глубокого единства процессов, внешне весьма различных, относящихся к разнообразным областям науки, но допускающих описание их свойств при помощи однотипных математических уравнений. Ученый, воспринявший этот стиль мышления и обладающий опытом в одной из конкретных областей науки, способен быстро и успешно входить в другие, часто весьма удаленные научные проблемы и более легко получать в них новые результаты.
Области применения Общей теории колебаний, в частности ее младшего ответвления — химической динамики, постоянно расширяются, захватывая все новые направления науки и техники.
ГЛАВА 5
МИРАЖИ ВСЕЛЕННОЙ
Всегда познавайте предмет в противоречиях.
Земля
Мир, в котором мы живем, всегда представал перед человеком в величии и таинственности. Взаимосвязь причин и следствий интересовала наших предков еще во тьме пещер. Искры, высеченные из кремня, почти всегда зажигали сухой мох или тонкие веточки. Огонь мог обжечь, но и улучшал качество пищи. Дальность полета стрелы определялась усилием приложенным для натяжения тетивы лука, и силой ветра…
Древнейшие народы всех континентов оставили нам в наскальных изображениях, а позднее в записях свидетельства особого интереса человека к небесным явлениям. Неизменная последовательность дней и ночей, повторяющаяся картина звездного неба воплотились в представление о вечности, противостоящей мимолетности событий, происходящих на Земле. Старинные летописи донесли до нас сообщения о появлении и движении комет, о вспышках недолговечных ярких звезд. Во всех случаях летописцы ограничивались описанием. Не требовалось большой наблюдательности, чтобы заметить, как изменяется длительность дня и ночи, установить связь этих изменений с переходом от зимы к лету и обратно. Ощущение течения времени, возникшее в незапамятные времена, постепенно отождествлялось с движением Солнца, Луны и звезд.
Тот, кто овладел способностью сопоставлять события, не мог не обратить внимание на движение Луны среди звезд и циклические повторения ее формы от диска к тонкому серпу, раз за разом изменявшему направление своих рогов, перед тем как начать расширяться и округляться.
Звезды тоже отличались одна от другой. Разница не ограничивалась яркостью и цветом. Некоторые описывали по небосводу небольшие круги. У других эти круги были больше. У третьих круги обрывались у горизонта. Те, кто систематически наблюдал движение светил, а это были вожди или жрецы, руководившие жизнью общины, установили, что некоторые звезды выходят из-за горизонта только зимой, а летом они не видны. Они выделили и пять ярких немерцающих звезд, перемещавшихся ночь от ночи среди остальных звезд. Две из них, в том числе самая яркая, были видны только на заре, вечерней или утренней. Другие три перемещались между звездами с различной скоростью, иногда описывая среди них петли. Греки назвали эти пять звезд планетами (слово «планетес» означает по-гречески «блуждающая»).
Нужно обладать способностью сопоставлять и анализировать, чтобы задуматься о причинах небесных явлений. Древнейшие народы ограничивались сопоставлением, не заботясь о выяснении причин. Так, в Древнем Египте первое в году появление из-за горизонта яркой звезды, которую мы теперь называем Сириусом, было сопоставлен с ежегодным разливом Нила.
Великий греческий астроном Птолемей, воспринявший многое от египтян, от жителей Вавилона и от шумеров создал систему, хорошо описывающую все видимые движения небесных тел. Система Птолемея (сейчас мы назвали бы ее моделью) позволяла с большой точностью предсказывать покрытия звезд Луной, сближение планет с яркими звездами и даже затмения Луны и Солнца.
В древности люди думали конкретно. Они считали понятным только то, что можно было, хотя бы мысленно представить в виде каких-либо предметов или устройств. Система Птолемея состояла из многих незримых хрустальных сфер. Они вращались вокруг столь же незримых осей. К внешней сфере были прикреплены звезды. Они вращались вместе с ней, не перемещаясь одна относительно другой. К отдельным внутренним сферам были прикреплены Солнце, Луна и планеты. Их связывала сложная система, обеспечивавшая видимые перемещения Солнца, Луны и планет относительно неподвижных звезд. Кометы, недолговечные новые звезды и множество мимолетных падающих звезд оставались за пределами системы Птолемея.
Система Птолемея помогала осознать, как сложные видимые движения могут вечно повторяться, ибо древние ученые считали мир вечным.
Римский ученый Цицерон, прославившийся своим ораторским искусством, свидетельствует о том, что великий математик и механик Архимед воспроизвел систему Птолемея при помощи модели из металлических сфер с множеством отверстий и демонстрировал с ее помощью небесные явления аналогично тому, как их можно видеть в современных планетариях.
Вселенная вечна и неизменна — это убеждение залог но и в системе Коперника, сменившей систему Птолемея. Коперник, вопреки догмату церкви о сотворении мира, считал, что вращение планет вокруг Солнца, вращение Земли вокруг ее оси и вокруг Солнца и движение Луны не имеют ни начала, ни конца. «Не вечные» кометы, падающие звезды и неподвижные новые звезды все еще оставались за пределами астрономии.