Асимметрии метаболизма в биофизике частиц

Очередной текст для проекта «Здесь, Там и Повсюду». Координаты данного фрагмента на общей карте: Физика от аватаров, Асимметрии, Квантовая биология частиц, Метаболизм дживана (подробнее см. Навигатор ).

2.2. МЕТАБОЛИЗМ ДЖИВАНА

# 0 #
[ вопросы КАК и вопросы ЗАЧЕМ ]

К началу XXI века наука биофизика сделала воистину выдающееся открытие, суть которого по сию пору остается неведома для большинства людей. Причем не только для широкой публики, но и для многих людей из мира ученых. Нельзя сказать, что открытие это кто-то пытается замалчивать или, хуже того, засекречивать. Никто и ничего тут не скрывает.

Но все предыдущие 400 лет история современной науки выстраивалась на основе одной ясной и простой идеи, изначально представлявшейся для ученых заведомо верной. Идеи о том, что есть природа живая и есть природа неживая, две этих части являются существенно разными по своим свойствам и поведению, а потому и трактуются-изучаются, соответственно, наукой по-разному.

Природа неживая – это инертная материя всего мироздания в целом. Природа же биологическая или живая – это та совершенно особая, активная часть материи, что порождает уникальный феномен жизни, а в конечном итоге и человека разумного.

Как вроде бы самоочевидная, идея о разделении материи на живую и неживую закрепилась в науке настолько прочно, что по сию пору отчетливо присутствует в подавляющем большинстве современных учебников и энциклопедий. Но при этом на сегодняшний день наукой уже вполне достоверно установлено, что идея эта неверна. Причем неверна в принципе.

Данный факт, собственно, и является «новейшим выдающимся открытием» биофизики. То есть на самом деле нет и не было в природе никакой четкой границы, по одну сторону от которой находится материя мертвая, а по другую сторону – материя живая. Ибо после тщательного изучения всех доступных для исследований характеристик и признаков материи ученые были вынуждены признать, что в природе нет НИ ОДНОГО свойства, присущего исключительно лишь материи живой и не обнаруживаемого у материи неживой.

Все содержательные определения «жизни» – что это такое с точки зрения науки – так или иначе сводятся к перечислению ключевых свойств и признаков, характерных для живых систем. Одно из развернутых определений, сформулированное подобным образом, выглядит, к примеру, так [GI]:

Жизнь – это единая система, для которой характерны память, способность к направленной подвижности, самовоспроизведению, обмену веществ, регулируемому потоку энергии и к размножению.

Современная наука, необходимо еще раз подчеркнуть, ныне достоверно установила, что каждое из перечисленных свойств – наряду с их разными совокупностями в том или ином составе – определенно присутствует также и в таких системах природы, которые по давней традиции считаются не-живыми.

Приняв данный факт как истину, далее уже легче постичь, что и Вселенная в целом – это «единая биологическая система», обладающая полным набором тех самых свойств, которыми наша наука определяет Жизнь. Более того, опираясь на процитированное выше определение можно показать, что и самый мелкий строительный элемент вселенной – асимметрично раздвоенный «генератор реальности» протон-электрон – в своей биологической проекции под названием дживан полностью соответствует представлениям науки о том, что такое Жизнь.

#

Дабы не распылять факты в потоке общих фраз, здесь имеет смысл сразу перейти к вещам более конкретным. И рассмотреть, в первую очередь, такой важный признак живой материи, как обмен веществ, иначе именуемый термином метаболизм. (Не менее важные прочие свойства вроде памяти, способностей к росту, воспроизводству и так далее целесообразно отложить для аккуратного разбора в следующих главах.)

Под словом «метаболизм», можно уточнить, принято понимать такие обменные процессы, которые в виде разнообразных химических реакций происходят в биологических организмах для поддержания их жизни. Эти процессы обмена веществами и энергией позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Опираясь на позиции данного определения – особенно в части «сохранения структур и реакций на внешние воздействия» – легче заметить ту парадоксальную ситуацию, что уже довольно давно обозначилась вокруг метаболизма на пересечении научных областей физики и биологии.

Изначально биологическая идея метаболизма примерно полвека тому назад была прочно встроена в базовый фундамент всей физической науки – как концепция «обмена частицами» в основе четырех фундаментальных сил природы. Для трех взаимодействий квантового мира (электромагнетизма, сильной и слабой ядерных сил) такого рода метаболизм считается несомненным фактом, для силы тяжести теоретики пытаются это доказать с опорой на гипотезу о гравитоне – частице, переносящей гравитационные взаимодействия.

Мир физики частиц – как мир всей материи вообще – по естественным причинам принято считать «более фундаментальным», а значит и более простым, нежели мир биологии. Парадокс же заключается в том, что хотя мир биологии несоизмеримо сложнее и разнообразнее, чем мир природы квантовых частиц, для процессов метаболизма, однако, намного более внятные ответы на основные вопросы научных поисков имеются сегодня у исследователей-биофизиков, а не у теоретиков физики частиц.

Под «основными» здесь имеются в виду, главным образом, вопросы двух типов. Во-первых, КАК эти процессы метаболизма происходят? Во-вторых, ЗАЧЕМ, собственно, они происходят?

#

Чтобы дать ясное и наглядное представление о том, до какой степени неважно обстоят тут дела у фундаментальной физики, достаточно указать на следующий факт. Вплоть до сегодняшнего дня никому из ученых – будь они теоретики или экспериментаторы – так и не удалось внятно ответить на простой и одновременно принципиально важный вопрос о природе обменных взаимодействий частиц: КАК тут происходит взаимное притягивание?

Чтобы суть и глубина вопроса стала понятна даже неспециалистам, можно прояснить некоторые ключевые моменты проблемы. Стандартная Модель частиц, выступающая ныне в качестве фундамента квантовой теории, совершенно категорично сводит все эффекты электромагнитных и ядерных сил к действиям частиц-переносчиков взаимодействий. Для электромагнетизма, в частности, такой частицей-переносчиком является фотон, для сильных ядерных взаимодействий в качестве переносчика выступает глюон.

Данная картина взаимодействий в основе микромира частиц, следует подчеркнуть, считается абсолютно достоверно установленной и не подлежащей никаким сомнениям. Из неё, в частности, однозначно следует, что механизм испускания-поглощения частиц-переносчиков обеспечивает и взаимное притяжение частиц. То есть важнейший эффект природы, благодаря которому и существуют атомы, молекулы и все-все остальное в мире.

Воистину поразительный нюанс этой стройной научной картины заключается в том, что она абсолютно никак не объясняет, каким же всё-таки образом испускание фотона или глюона одной частицей материи, за которым следует его поглощение частицей другой, заставляет эти частицы взаимно притягиваться друг к другу.

Никто и нигде на данный вопрос не отвечает, потому что это еще один из категории тех наивных «детских» вопросов, для которых у современной науки ответов просто нет. А почему нет – неизвестно. Точнее, слишком уж всё тут оказывается сложно…

Для всех тех, однако, кто в общих чертах уже знаком с волновой физикой осциллонов в основах электромагнитных взаимодействий, отсутствие ясных ответов на простые вопросы о частицах-переносчиках не должно быть удивительным. Придумать внятное и убедительное объяснение для «притягивающей силы» фотонов действительно крайне сложно, если на самом деле вовсе не они обеспечивают тут притяжение.

Но с другой стороны, если в основе эффектов взаимного притяжения (и отталкивания) работают иные, более понятные для науки механизмы физики жидкостей, однако при этом и в постоянных обменных процессах с испусканием-поглощением частиц-переносчиков сомневаться нет оснований, то вместо вопроса «КАК» естественным образом появляется вопрос другой. «ЗАЧЕМ» же тогда эти обменные процессы частиц происходят?

В таком виде, однако, вопросы пока не ставятся. Потому что ученые, занимающиеся фундаментальными основами физической науки, смотрят на данную ситуацию существенно иначе. И предпочитают полагать, что никаких особых загадок или новых вопросов здесь просто нет. Ибо для них ситуация выглядит примерно так.

Стандартная Модель частиц предоставляет вполне хорошее и согласованное объяснения практически для всех явлений и процессов в мире квантовой физики, с высокой точностью давая математические описания того, как это все там происходит [QM]. Иначе говоря, по устоявшемуся мнению ученых, математика уравнений – это и есть ответ физиков на вопрос КАК. Что же касается вопроса ЗАЧЕМ, то на него фундаментальная наука вообще отвечать не должна. Ибо этот вопрос подразумевает наличие какой-то цели в основе изучаемых эффектов и феноменов, однако для точной науки физики в принципе не существует мутных философских проблем типа «цели существования вселенной».

#

Судя по тому глубокому кризису, в котором оказалась ныне фундаментальная физика, подобные аргументы для большинства ученых долгое время представлялись вполне убедительными. Более того, даже сейчас – когда собственно факт кризиса уже бесспорен – далеко не все способны видеть и признавать, что в базовых основах важнейшей науки физики имеются очень серьезные застарелые проблемы, разросшиеся ныне до гигантских масштабов научного не-знания.

Стандартная Модель частиц сформировалась и доминирует в физике уже почти полстолетия, с середины 1970-х годов. Согласно научному консенсусу, СМ частиц – это крупнейший успех теоретической физики за всю вторую половину XX века. Ныне, однако, уже несложно постичь, что модель эта оказалась по сути бесполезна для прогресса науки. Потому что абсолютно ВСЕ предсказания теоретиков, сделанные за последние 40 лет на основе СМ для её дальнейшего развития, после проверки на опытах оказались предсказаниями неверными. Это, фактически, и есть главный результат супер-дорогостоящих экспериментов в ускорителе LHC, т.е. Большом адронном коллайдере под Женевой. [BF]

Сама жизнь, по сути дела, показала всем ясно и наглядно, что Стандартная Модель частиц – это совершенно негодный фундамент для предсказаний чего-то нового. Формулируя то же самое несколько иначе, это математический тупик, одновременно ловушка и барьер, заблокировавшие развитие фундаментальной физики дальше – вглубь и вширь, что называется.

Поскольку даже сам факт кризиса в основах теоретической физики еще не признан как очевидность, в научном сообществе ученых пока не принято сопоставлять и подчеркивать такие, в частности, соответствия. В тот же самый период времени, когда СМ частиц стала доминирующей квантовой теорией физиков, наукой были обнаружены, подтверждены и приняты как данность природы загадочные феномены «темной энергии» и «темной материи» вселенной. Ни то, ни другое, подчеркнем, Стандартной Моделью не предсказывалось абсолютно никак.

Озадачивающие же итоги данных открытий, а именно то, что современная физика не может сказать совершенно ничего содержательного про 95% вселенной – темную энергию и темную материю – это, пожалуй, наиболее отчетливое свидетельство тому, каковы реальные масштабы беды в науке. Причем можно развернуто показать (вкратце это будет сделано и здесь), что во тьму не-знания физика погрузилась именно по той причине, что слишком долго пренебрегала поисками внятных ответов на детские вопросы типа КАК и ЗАЧЕМ. Ошибочно полагая, что работающие формулы уравнений – это и есть лучший ответ науки…

Но всё это, как принято выражаться, была лишь одна из двух новостей – новость плохая… Новость же хорошая заключается в том, что пути для выхода из кризиса не только давно в науке известны, но и весьма обстоятельно – глубоко и широко – освоены специалистами. По неслучайному, конечно же, совпадению эти специалисты занимаются изучением двух таких областей, которые нам уже хорошо знакомы: гидродинамика и биология. Или иначе, физика движущихся жидкостей и физика живых систем.

О том, что на некотором очень глубоком, фундаментальном уровне эти две физики изучают в действительности одно и то же, только с разных сторон, ученые пока не знают. Хотя многие уже начинают догадываться. Но вот о том, что на основе именно этого единства и должен выстраиваться фундамент новой физики, не догадывается в мире большой науки пока что никто, похоже.

Дабы живо и наглядно продемонстрировать, каким образом фундаментально новая физика вырастает на основе биологических концепций и уже имеющейся математики уравнений (бесспорно верной и работающей математики, надо подчеркнуть), здесь будут рассказаны две существенно разные истории. Обе истории посвящены одной и той же, в общем-то, теме – про новый взгляд на физику сильных ядерных взаимодействий, в рамках Стандартной Модели известную под названием квантовая хромодинамика или КХД.

С позиций новой физики от аватаров то же самое естественно называть «основы метаболизма дживана». Опираясь на концепцию дживанов и обменных процессов, обеспечивающих их жизнедеятельность, оказывается возможным даже для самых трудных вопросов физики отыскивать внятные ответы, доступные для детского понимания. Причем на вопросы типа КАК удобно отвечать с позиций природы жидкостей, а на вопросы ЗАЧЕМ – с точки зрения биологии.

Соответственно, первый рассказ – это альтернативная история рождения КХД в терминах гидродинамики. То есть нейтрально изложенная подборка малоизвестных, но абсолютно достоверных фактов науки, позволяющая увидеть хорошо знакомые всем события в существенно ином свете. Что же касается рассказа второго – об истории весьма нетривиальных взаимосвязей между КХД и биологией живых клеток, – то он сконструирован в стиле эдакого сатирического фарса. Но также с твердой опорой только на реальные факты и устоявшиеся теории ученых. Что позволяет максимально подчеркнуть как силу, так и слабости современных аналитических подходов науки…

#

Несмотря на все различия двух этих рассказов, помимо общей темы – метаболизма КХД – имеется у них и еще кое-что «фундаментально единое». А именно, одна и та же четкая структура в основе разных наборов реальных событий. Незримые структурирующие элементы, образующие подобные конструкции, с подачи Карла Густава Юнга принято называть «синхрониями». Аккуратное же выявление общей каркасной структуры, пронизывающей несколько уровней реальности, естественным образом превращает сопоставление «синхро-историй» в нечто вроде детективно-мистического расследования. [SM]

Но поскольку здесь у нас не детектив с участием потусторонних сил, а обзор физики от аватаров, то и выявленную структуру синхроний имеет смысл обрисовать заранее и сразу. Дабы стало особо заметным «единство замысла» в описываемых событиях из жизни науки.

Общая структура выявленной конструкции, если совсем вкратце, здесь примерно такова. Два продвинутых разума, обитающих в слоях нашего гипотетического будущего, решают совместными усилиями поднять уровень науки человечества на одном из важных направлений – до тех высот понимания, что уже освоены ими. Для воплощения задуманного они в один и тот же год рождаются «как аватары» в мир реальности нашей. Некоторое время спустя в компанию к ним решает присоединиться третий сильно продвинутый разум – тоже родившись «на подмогу» в тело человека нашего слоя. Как и было запланировано, все три аватара благополучно становятся учеными в избранной для прогресса научной области, причем к финалу воплощения все они приходят как люди вполне успешные и знаменитые своими научными достижениями.

Структура событий у двух историй единая, повторимся. Вот только итоги воплощений для одного и того же сценария-замысла в разных сферах науки получились существенно различными. Если в области биологии усилия тройки ученых-аватаров действительно привели к воистину замечательному открытию, увенчавшемуся награждением их общей Нобелевской премией, то в области физики реально дела пошли совершенно не так, как задумывалось изначально… Важные результаты и большие успехи – это всё у трех других аватаров по одиночке получилось тоже, спору нет. Только вот самого главного – общего – открытия так и не произошло. К сожалению.

С истории о том, как именно столь грустные вещи в науке случаются, и следует, пожалуй, начать «рассказы о воплощениях» – удачных и не очень. Эти же истории, кроме всего прочего, дают и наглядные поучительные примеры того, сколь существенным и нетривиальным образом свободная воля человека вплетается в сеть детерминированных и случайных событий нашего мира.

Сеть нашего мира, как такого слоя реальности, который играет важную роль пограничной территории между хаосом и порядком – или иначе, между кашей и акашей – в многомерной природе вселенной.

 

# 1 #
[ Васцилляция Хайда и инварианты Арнольда ]

События истории первой удобно и целесообразно рассматривать в наложении на ключевые события и факты из главы предыдущей – про тесные взаимосвязи между квантовым уравнением Дирака и асимметрично раздвоенной физикой осциллонов. Потому что история нынешняя – это на самом деле рассказ о том же самом. Но только здесь, можно сказать, рассматривается другая проекция того же самого в пространстве и времени.

Что касается иной проекции во времени, то нетривиальная и по сию пору неясная в своих глубинах математика УрДир, можно напомнить, была открыта намного – почти на 70 лет – раньше, чем простой, но этого не менее удивительный феномен осциллонов. Другой же интересующий нас феномен гидродинамических колебаний, носящий название «васцилляция Хайда», был открыт в начале 1950-х. То есть хронологически наоборот – примерно на полтора-два десятка лет раньше, чем появилась математика Квантовой ХромоДинамики с её кварками и глюонами. Но в обоих случаях, что существенно, наглядную гидродинамику осциллонов и васцилляции до сих пор абсолютно никак не принято соотносить с загадочной физикой квантовых частиц.

Что же касается иной проекции в пространстве, то здесь картину удобно пояснять сразу с опорой на единую концепцию генератора-дживана. Математика УрДир, наложенная на осциллон – это, можно сказать, «неправильная» физика дживана при взгляде на неё сбоку, то есть никогда не затухающие вертикальные колебания волны-солитона с признаками нарушений законов сохранения импульса и электрического заряда. Ну, а история, рассказываемая тут, про васцилляцию и математику КХД – это та же «неправильная физика» колебаний дживана при взгляде на нее сверху. То есть осцилляции вращения вихревой системы с постоянными переворотами топологического заряда, со взаимными превращениями кварков в глюоны и обратно, и с нарушениями закона сохранения углового момента…

При таком сопоставлении проекций легче увидеть и понять, почему два первых героя-аватара нынешнего рассказа – «отец васцилляции» Раймонд Хайд и «отец кварков» Марри Гелл-Манн – родились почти синхронно в 1929, то есть на следующий год после публикации П.А.М. Дираком его странного и загадочного квантового уравнения для частицы как 4-компонентной волны. И дабы одним махом ввести в рассказ еще двух действующих лиц, отметим, что к концу следующего десятилетия в этот мир пришел третий герой-аватар нашей истории – математик Владимир Арнольд, родившийся в 1937, за год до присвоения Нобелевской премии «отцу ядерной физики» Энрико Ферми.

#

Вплоть до начала 1950-х все действующие здесь лица росли и развивались сами по себе, пока в 1953 году не сформировалось первое очень важное переплетение их судеб. Именно в это время, надо напомнить, Поль Дирак для выведения квантовой теории из очередного кризиса пытался перевести её в русло более естественной гидродинамической модели. Ради чего неоднократно демонстрировал, каким образом следует вернуть в физику концепцию динамического эфира, в виде легкого подвижного флюида заполняющего пространство вселенной.

Конкретным же местом рождения новой – гидродинамической – квантовой теории, вполне мог стать Чикагский университет, где практически был уже почти завязан первый главный узел из нужных людей и идей. С одной стороны, здесь не только постоянно работал итальянский гений Энрико Ферми со своим Институтом ядерных исследований, но и именно сюда – поближе к Ферми – к началу 1953 года перебрался из Принстона совсем тогда молодой, но уже уверенно входивший в науку теоретик Марри Гелл-Манн.

Со стороны же другой, в Чикагском университете имелась сильная метеорологическая кафедра, в значительной мере набравшая свою мощь благодаря многолетней работе здесь шведа Карла-Густава Россби, одного из отцов современной научной метеорологии. По инициативе Россби в этом же университете была создана HydroLab, специальная лаборатория для экспериментального изучения гидродинамических эффектов и феноменов в атмосфере Земли. И при непосредственном участии руководства HydroLab в 1953 году в Чикаго пригласили поработать молодого, практически никому в ту пору неизвестного английского геофизика Раймонда Хайда, буквально только что защитившего диссертацию в Кембридже.

Общий вид аппарата в экспериментах Хайда. На данном фото опыты проводились в условиях, когда внешний цилиндр нагревался, а внутренний охлаждался.

Темой диссертации ученого были несколько новых, открытых самим Хайдом любопытных эффектов в поведении жидкости, подвергаемой вращению и неравномерному подогреву-охлаждению. Собственно опыты были совсем несложными, из разряда настольных экспериментов с вращающейся «кастрюлей», состоящей из двух соосных цилиндров, внутренний из которых охлаждался или, наоборот, подогревался для имитации физики жидкого «земного ядра». Ибо первоначальной целью опытов были попытки прояснить загадочную природу образования магнитного поля у нашей планеты. Итоги же нехитрых экспериментов Хайда на подходах к совсем ещё юной в то время науке магнитогидродинамике неожиданно для самого исследователя получились на редкость богатыми и разнообразными. [KN]

Есть все основания говорить, что здесь Раймонд Хайд открыл феномены детерминированного хаоса и нелинейного поведения открытых диссипативных систем еще до того, как эти термины и понятия начали в науке появляться. У физики устойчивых вихрей и течений, обнаруженных во вращающейся на лабораторном столе «кастрюле», благодаря масштабируемости гидродинамических эффектов оказалась, как выяснится далее, та же самая по сути природа, что и у вихрей-течений в атмосфере и океанах Земли, в поведении газовых планет-гигантов и звезд, и даже в физике космических галактик…

Более того, один из особо любопытных эффектов, открытых в ту пору Хайдом и получивший от исследователя название «vacillation», то есть «качание, васцилляция», предоставил очень глубокую гидродинамическую аналогию и для физики квантовой. В частности, для загадочного поведения кварков и глюонов (как их потом назовут) в недрах атомного ядра. Причем аналогия эта обнаружилась на десятилетие с лишним раньше того, как кварк-глюонные идеи о внутреннем строении протонов и нейтронов начали в квантовой физике закрепляться с подачи Гелл-Манна и его единомышленников. В силу множества разных причин, увы, столь важное соответствие феноменов остается для науки как бы неведомым вплоть до сегодняшнего дня.

Суть феномена васцилляции Хайда в общих чертах такова. При определенном соотношении параметров (таких как скорость вращения жидкости, разность температур у края и в центре вихря) вся система в целом может переходить в устойчивый режим регулярных «качаний» – или иначе васцилляции – между двумя существенно разными состояниями. Одно из состояний имеет вид упорядоченного вращения жидкости, а состояние другое – это совместное вращение нескольких малых «хаотических» вихрей. Важнейшая особенность данного «хаоса» в том, что он появляется вполне детерминированно и лишь на некоторое время – как одна из двух фаз колебаний системы. Которую столь же детерминированно сменяет другая фаза «качания» – симметрично-цельного вращения жидкости без каких-либо турбулентных завихрений…

Васцилляция Хайда

Циклическая смена состояний вращения жидкости в процессе васцилляции Хайда.

В период недолгого пребывания в Чикаго Раймонд Хайд сделал для американских коллег несколько докладов о своих результатах, попутно развивая это же направление исследований на кафедре астрофизики. А физикой звезд, как известно, именно тогда активно занялись многие из тех ведущих квантовых теоретиков, кто после окончания второй мировой войны отошел от суперсекретных работ по созданию атомного и термоядерного оружия. Поэтому остается лишь поражаться, каким образом далее могло случиться так, что в квантовой физике частиц интереснейшие результаты Хайда оказались проигнорированы полностью. Хотя, если смотреть на то же самое чуть иначе, именно рефлексами к засекречиванию важных результатов тут все и может объясняться…

Как бы там ни было, уже в следующем 1954 году удачнейшее сочетание из нужных людей с нужными идеями, собранными в одном месте, стремительно развалилось. У Энрико Ферми обнаружился быстро развивающийся рак, убивший его за несколько месяцев. Марри Гелл-Манн потерял всякий интерес к Чикаго без Ферми и практически сразу после его кончины перебрался на Западное побережье США в Калифорнию, где близко сошелся с Ричардом Фейнманом. А Раймонда Хайда в том же 1954 власти его страны отозвали обратно на родину – для обязательной государственной службы. Так что следующие три года Хайд не по собственной воле работал секретным физиком Великобритании. И что интересно, проходила его служба в AERE, национальном Управлении по исследованиям атомной энергии, отвечавшем за разработку ядерных и термоядерных вооружений страны.

По завершении этой научно-военной службы Хайд на всю остальную жизнь вернулся к гидродинамическим задачам геофизики, метеорологии и астрофизики, подготовив в общей сложности свыше 230 научных работ с весьма широким диапазоном тем. Но что интересно, в этом впечатляющем массиве нет НИ ОДНОЙ (открытой) публикации, касающейся квантовой физики частиц.

Также интересно, но вряд ли удивительно, что среди множества работ второго героя нашей истории, Марри Гелл-Манна, нет ни одной такой, где физика частиц хоть как-то была бы связана с физикой жидкостей и феноменами гидродинамики…

#

Следующий узел этой хронологии упущенных возможностей мог бы завязаться в 1969. То есть в год сорокалетия пары ровесников-аватаров и одновременно – в год важнейшего научного триумфа лично для Марри Гелл-Манна. Когда он стал-таки Нобелевским лауреатом, получив, наконец, «эту шведскую премию», как называл почетную награду сам ученый в ту пору, пока она обходила его стороной.

Если пояснять простым языком суть того, за что именно теоретик получил столь важную для ученых награду, то МГМ навел примечательный математический порядок в том гигантском разнообразии брызг и осколков, что получались у физики высоких энергий при экспериментах с частицами в ускорителях. Если же использовать более официальные формулировки из представлений Гелл-Манна к награждению, то они звучат так: За открытия, связанные с классификацией элементарных частиц и их взаимодействий; За фундаментальный вклад в научные знания о мезонах и барионах, за разработку новых алгебраических методов, которые привели к обширной классификации этих частиц в соответствии со свойствами их симметрии…

Самым интересным в этих формулировках было то, что наиглавнейшее научное достижение лауреата – открытая Гелл-Манном концепция кварков – в документах, сопровождающих премию, не упоминается вообще никак. У МГМ к тому времени имелся в заслугах уже и так внушительный список первоклассных результатов. Однако все, кто был в теме, отлично знали, что именно успехи физиков-экспериментаторов, которые к 1968 году стали получать вполне отчетливые сигналы о трех более «твердых зернах» внутри частиц атомного ядра, предоставили и повод для награждения, и замечательные подтверждения для новой, самой необычной теории Гелл-Манна.

Плотные зерна внутри протонов, отчасти похожие на частицы и от МГМ получившие название «кварки», вели себя, однако, очень странно для частиц всем привычных. Для кварков пришлось постулировать дробный электрический заряд (чего в природе никогда не наблюдалось), а также новые особые характеристики – разные «ароматы» и «цвета», что позволяло на этой основе выстраивать алгебраическую структуру симметрий и успешно предсказывать исходы экспериментов в ускорителях.

На момент получения Нобелевской премии МГМ и сам был далеко не уверен, что представляет собой его новое детище с физической точки зрения. Являются ли кварки просто удобной и хорошо работающей математической абстракцией, не претендующей на картину того, что там происходит в ядре на самом деле, или же это вполне реальные, хотя и престранные частицы? Не только в принципе не наблюдаемые по одиночке, но вдобавок к тому еще и обладающие целой кучей причудливых свойств, совершенно непонятно зачем природе понадобившихся.

Вокруг этих неясностей произошел комичный случай, оставивший потомков без официального доклада великого физика Гелл-Манна, прочитанного им на церемонии вручения Нобелевской премии. Прочитав требующуюся лекцию, но затем так и не сумев подобрать нужную степень двусмысленности для своих формулировок, славящийся своим перфекционизмом МГМ в итоге вообще не предоставил оргкомитету такой вариант выступления, который был бы одобрен им для публикации.

Гелл-Манн уже понимал, очевидно, что кварки – это его главное научное достижение. Но у него не получилось сформулировать фразы своей лекции таким хитрым образом, чтобы в них одновременно звучало бы подтверждение противоположно разным вещам. Чтобы в обозримом будущем, если кварки окажутся реальными, ссылка на речь четко подтверждала бы – «Помните, это я первый об этом сказал». Ну а если же кварки окажутся лишь удобными математическими абстракциями, то и на данный счет требовалось иметь в лекции отчетливое свидетельство – «Как всем известно, я никогда не говорил, что это настоящие частицы»…

На подобные смешные пустяки можно было бы смотреть легко и с юмором. У всех людей, включая и великих ученых, бывают свои человеческие слабости и свои анекдотичные истории. Но особенность именно этой истории в том, что научный мир довольно скоро затем убедил себя в реальности кварков Гелл-Манна. И более того, именно кварки – так и оставаясь в принципе недоступными для наблюдений частицами – стали трактоваться нашей наукой в качестве фундаментальной основы всей материи вселенной.

На этом фоне вряд ли удивительно, что для квантовой теории частиц абсолютно незамеченным прошло одно выдающееся физико-математическое открытие, по неслучайному, надо полагать, совпадению, сделанное в тот же самый 1969 год. Открытие сделал видный советский математик Владимир Арнольд, опубликовавший на данный счет совсем небольшую, уместившуюся всего на двух журнальных страницах, статью о новых подходах к известным уравнениям из области классической физики. [VA]

Так это выглядело на первый взгляд, по крайней мере, коль скоро работа демонстрировала одну и ту же структуру гамильтонова формализма у совсем разных, как прежде считалось, уравнений Эйлера для движения твердого тела и движения идеальной жидкости. При более внимательном рассмотрении, однако, и при сопоставлении обнаруженных фактов в расширенном контексте, уже тогда можно было бы увидеть, что математическое открытие Арнольда непосредственно связано как со странной физикой кварков, так и с любопытным феноменом васцилляции Хайда в гидродинамике.

Взаимосвязи с не менее любопытным феноменом трубы Ранка в ту пору увидеть было сложнее, однако сейчас ничто не мешает для целостности картины привлекать и те научные факты, которые были установлены существенно позже, уже в XXI веке.

Итак, что же показал тогда, в 1969 году Владимир Арнольд – если рассматривать его результаты из дня сегодняшнего?

Первым делом там продемонстрировано, что два разных уравнения Эйлера – для движения твердого тела и для вращения идеальной жидкости – это на самом деле одно и то же, если традиционную эйлерову математику XVIII века переформулировать на более современный язык гамильтоновой механики и непрерывных групп Ли. (На базе этого математического аппарата, мощно разработанного во второй половине XIX века, выстроена, если кто не в курсе, и вся квантовая физика века двадцатого.)

Далее же, при рассмотрении математических следствий этого неожиданного результата и конкретного примера его проявлений для физики вращения идеальной жидкости, Арнольдом были обнаружены два неизвестных прежде инварианта – то есть стабильно сохраняющиеся величины – необычной природы. Не углубляясь в излишние здесь подробности об интегральных формах и функционалах в пространстве более высокой размерности, физическую суть этих гидродинамических инвариантов можно изложить так.

Один инвариант характеризует энергию вращения идеальной жидкости как энергию цельного и постоянно вращающегося твердого тела. А вот другой инвариант – внимание! – представляет собой интегральный функционал от трех бесконечно близких равнозавихренных полей

Пересказывая то же самое в терминах физики частиц, есть все основания трактовать инварианты Арнольда следующим образом. Если частицу в составе атомного ядра – протон или нейтрон – рассматривать как вихрь идеальной жидкости, то даже чисто математически, уже из уравнений Эйлера и гамильтоновой динамики следует, что базовая частица материи имеет асимметрично раздвоенную природу. С одной стороны, она выглядит как единое и твердое вращающееся тело, а со стороны другой – как составной вихрь, образованный тремя более плотными вихрями-«зернами».

Если наложить эту абстрактную математику Арнольда на феномен васцилляции в наглядных гидродинамических экспериментах Раймонда Хайда, то можно увидеть КАК конкретно происходит в природе порождение пары взаимно дополняющих асимметричных инвариантов. Когда вращающаяся жидкость имеет градиент температуры – или иначе разность потенциалов энергии – между центром и краем, то в едином изначально вихре сначала образуются регулярные волны, затем волны превращаются в вихри-зерна, а затем в колебательном процессе качания взаимные превращения повторяются снова и снова.

Поскольку в настольных экспериментах гидродинамики жидкость не идеальная, то и количество субвихрей-зерен (в ядерной физике получивших название кварки) не обязательно равно именно трем. Вихрей может быть и четыре, и пять. В терминологии КХД, как известно, и для таких редких ситуаций имеются свои названия – типа тетракварки и пентакварки…

Если же, наконец, наложить эту гидродинамическую картину на примечательную физику трубы Ранка, то становится яснее и природно-математический механизм в основе необходимой для васцилляции разности потенциалов энергии или естественного градиента температуры. Градиента, порождаемого взаимно-перпендикулярными направлениями движения жидкости – вдоль и поперек оси вращения вихря. Суть этой физики, можно напомнить, описывает турбинное уравнение Эйлера, послужившее в свое время основой для общего эйлерова уравнения движения идеальной жидкости. [EE]

Как было установлено, данный механизм появления градиента в вихре является универсальным, то есть отмечается не только в вихревых трубах Ранка-Хильша, но и вообще присущ вихревым феноменам, порождаемым природе. Включая и физику микромира. Если, конечно же, рассматривать частицы материи как микроскопические вихри.

Но именно вот так – с гидродинамических позиций – к исследованиям природы частиц в рамках Стандартной Модели не подходили никогда. Также нельзя не отметить, что и весь внушительный массив математических работ Владимира Арнольда – при очевидной их ориентации на прикладные задачи – практически никак не соприкасается с физикой частиц высоких энергий.

По сути дела, чуть ли не единственной территорией, где интересы Арнольда реально пересекались с обширнейшей областью квантовой теории, оказались топологические задачи физики твердого тела. Или Solid matter Physics по-английски. Или Squalid Physics – то есть «убогая физика», как предпочитал именовать то же самое Марри Гелл-Манн. Со своим специфическим остроумием подчеркивая, что есть наука воистину фундаментальная (типа КХД с его гелл-манновыми кварками), а есть также науки второстепенные, вроде физики твердого тела.

#

Еще один – и финальный в этой хронологии – узел для начала новой физики обозначился в 1998 году, когда Нобелевскую премию получили три ученых-твердотельщика за открытие дробно-квантового эффекта Холла. Очень почетное в науке звание Нобелевского лауреата всегда предоставляет ученым такую трибуну, на которой к их словам, идеям и аргументам общество начинает прислушиваться с повышенным вниманием.

И случилось так, что среди трех лауреатов 1998 года – двух экспериментаторов и одного теоретика – оказался такой замечательный ученый, физик-теоретик Роберт Лафлин, который со всех предоставленных ему высоких трибун неожиданно стал продвигать существенно новый взгляд на физическую науку и на то, что же за вещи следует считать в физике воистину фундаментальными. [RL]

Дробный квантовый эффект Холла, теоретически объясненный Лафлином, оказался очень удобной стартовой площадкой для перемен по той причине, что прежде дробный электрический заряд считался исключительно особенностью кварков в «фундаментальной» теории КХД. Теперь же его обнаружили в веществе, охлажденном до сверхнизких температур. Причем открытие это стало удобным поводом продемонстрировать, что и прочие, а фактически все главные особенности, свойственные физике частиц высоких энергий, экспериментально наблюдаются и теоретически объясняются на совсем другом конце энергетического спектра природы – в физике сверхнизких температур.

Большая разница заключается тут вот в чем. В физике высоких энергий важные для теории вещи вроде перенормировки, калибровочных полей, дробных зарядов и так далее вводятся как фундаментальные свойства природы, открытые наукой с помощью математики и никак не объясняемые в своих механизмах. В физике же конденсированного вещества, при сильном охлаждении демонстрирующего квантовые эффекты, доступные для прямых наблюдений, те же самые по сути феномены согласно давней традиции принято объяснять существенно иначе.

Эта традиция объяснений возникла в физике твердого тела еще до появления на свет Стандартной Модели и подразумевает выстраивание более понятных для понимания механизмов, картин и аналогий, опирающихся, как правило, на концепцию квазичастиц. Ну а самый наглядный реальный образ для идеи квазичастицы – это вихрь в жидкости.

Таким образом, физика квазичастиц как вихрей в идеальной жидкости уже давно и прочно закреплена в основе всей физики конденсированного вещества. Более того, по авторитетному свидетельству Роберта Лафлина, все те ученые, кто осведомлен об одной и той же физике в основе феноменов квазичастиц в сверх-охлажденной материи и феноменов частиц высоких энергий в вакууме, давно уже в курсе, что физическую среду пространства, в котором вращаются вихри-частицы, следует называть не «вакуум», а динамический эфир. Но именно так никто это не называет, потому что на слово эфир в науке физике давно наложено строжайшее табу…

На фоне подобных заявлений вряд ли удивительно, что вскоре Роберту Лафлину не только перестали предоставлять высокие трибуны для выступлений и страницы центральных журналов для интервью, но и само имя выдающегося ученого практически полностью исчезло из новостей науки.

По любопытному историческому совпадению, в тот же самый 1998 год у Владимира Арнольда и его ученика Бориса Хесина вышла из печати монументальная монография «Топологические методы в гидродинамике» [AH], впервые в истории физико-математической науки предоставившая цельный взгляд на множество задач физики жидкостей и магнитогидродинамики, рассматривая подходы к решению разнообразных проблем с единой топологической точки зрения.

Открывали же эту книгу, что примечательно, слова об очень важных для фундаментальной науки вещах, остающихся как следует так и не решенными:

Гидродинамика относится к небольшому числу фундаментальных проблем математики, успехи в которых могут служить мерилом действительного прогресса математики в целом. … Гидродинамика с ее поразительными эмпирическими законами остается вызовом для математиков. Такие явления как турбулентность еще не имеют строгой математической теории, и даже вопросы существования решений основных уравнений гидродинамики трехмерной жидкости остаются открытыми. … Простейшей, но уже очень содержательной математической моделью гидродинамики является динамика идеальной (несжимаемой и невязкой) однородной жидкости.

И буквально в следующем же абзаце введения Арнольд подчеркивает в этой связи важность уравнений Эйлера, математически единых для движения твердого тела в многомерном пространстве и для гидродинамики идеальной жидкости. Причем именно это единство и предоставляет основу для общих топологических подходов к решению множества трудных проблем физики через модель гидродинамики идеальной жидкости.

В монографии Арнольда и Хесина нет практически ничего о взаимосвязях между топологическими задачами идеальной жидкости и проблемами квантовой физики частиц. Нет там, к сожалению, и абсолютно ничего о примечательных феноменах гидродинамики, связываемых с именем Раймонда Хайда. Но при этом именно в 1998 году сложились в высшей степени удачные обстоятельства для сближения двух ученых, Арнольда и Хайда, в одном неординарном научном проекте. И для их личного знакомства, естественно, по причине сильного пересечения профессиональных интересов.

В тот год Владимир Арнольд посещал Рим по приглашению Ватикана, поскольку папа Иоанн Павел II намеревался ввести выдающегося русского математика в члены Папской академии наук. Полностью автономного и весьма небольшого – порядка 70 человек – собрания ведущих ученых планеты, собранных в мощный интеллектуальный коллектив независимо от их вероисповедания (если таковое имеется), от расовой, национальной или половой принадлежности. Представители высшей научной элиты, короче говоря, которых Ватикан ежегодно приглашает на междисциплинарные конференции для обсуждения разного рода актуальных проблем науки и общества.

Двумя годами ранее, в 1996, по представлению Иоанна Павла II членами Папской академии уже стали выдающийся британский геофизик Раймонд Хайд, а также два больших русских математика, Юрий Манин и Сергей Новиков. Теперь же папа пригласил присоединиться в достойнейший коллектив и Арнольда – однако тот вежливо отказался. Аргументировав свой отказ тем, что 400 лет назад здесь же в Риме по настоянию Ватикана и его инквизиции был сожжен Джордано Бруно. Причем убийство ученого за еретические идеи до сих пор официально не признано церковью как трагическая ошибка.

Папа римский, как смог, объяснил Арнольду [IP], почему для пересмотра столь давнего приговора пока что нет оснований (и сколь тесно данная тема связана с инопланетянами). Этих объяснений, однако, оказалось недостаточно для пересмотра позиции Арнольда, так что присоединиться к Папской академии он все равно не захотел. Отчего и не услышал в последующие годы содержательный доклад Раймонда Хайда [RH] о гидродинамической васцилляции и о тех обстоятельствах, что сопровождали открытие примечательного феномена.

Это может показаться воистину странным, однако факты таковы, что на сегодняшний день практически единственным информативным источником свободно-доступных сведений о васцилляции Хайда на английском языке в интернете является веб-сайт Папской академии наук в Ватикане (http://www.pas.va). При всех тех высоких научных премиях и званиях, которых был удостоен ученый, не говоря уже о заметных административных постах в международных союзах геофизиков и астрономов, лишь только независимый от научного мира Ватикан почему-то предоставляет интересующимся отдельную веб-страницу, целиком посвященную академику Раймонду Хайду и его новаторским работам…

Почему ничего и отдаленно похожего нет ни на одном из других научных или энциклопедических сайтов – на этот наивный вопрос вам вряд ли кто-нибудь ответит что-либо внятное. Других открытых и содержательных инфоресурсов о вкладе Хайда в науку просто нет. Итогом же этих странных раскладов стало то, что очень нужный для прогресса науки узел опять так и не завязался. Так что на сегодня гидродинамические открытия Раймонда Хайда и математические достижения Арнольда существуют исключительно сами по себе, и никто не видит между ними никаких взаимосвязей.

И уж тем более, никаких взаимосвязей не отмечается между этими работами и лекциями-книгами нобелевского лауреата Роберта Лафлина, настаивающего на фундаментальном единстве физики частиц высоких энергий, физики материи при сверхнизких температурах и физики идеальной жидкости, также известной как эфир…

Но если успех никак не складывается на одном направлении, ничто не мешает попыткам продвигать то же самое важное дело на территориях других – как прилегающих, так и отдаленных.

Аккурат между 1996 и 1998 – датами приглашений Хайда и Арнольда в Папскую академию – в 1997 году Нобелевскую премию по химии получили три ученых-аватара, избравших для своих исследований совсем другое – биологическое – направление. Вроде бы очевидно, что столь почетной премии они были удостоены за достижения, не имеющие абсолютно никакого отношения ни к физике идеальной жидкости, ни к квантовой хромодинамике частиц. Очевидно на первый взгляд, во всяком случае. Но тут ведь все зависит от того, как посмотреть…

# 2 #
[ машина АТФ-синтазы и её проекция на КХД ]

Эту поучительную историю – о фундаментально единых основах у квантовой физики и биологии – можно было бы рассказать двумя существенно разными способами. Оба подхода в качестве прочной оcновы имеют неоспоримые факты из истории науки и из биографий известных ученых. Дабы не тратить время зря, однако, и не доказывать разными способами дважды одно и то же, можно устроить своего рода трюк совмещения.

Подход первый – подобно предыдущей истории пресновато-формальный – сводится к аккуратному сопоставлению фактов науки и дат хронологии. Повторять еще раз то же самое не очень интересно, поэтому на данном пути ограничимся лишь самыми основными фактами – для подобающе строгого зачина истории необычной, так сказать.

Случилось так, что в 1918 – в год окончания первой мировой войны – в этот мир пришли сразу две пары ученых-аватаров, судьба и научная карьера которых в разных сферах науки будет демонстрировать примечательные параллелизмы.

В области квантовой физики 1918 год подарил миру рождение Ричарда Фейнмана и Джулиана Швингера. Двух выдающихся теоретиков, которые всю жизнь будут работать независимо друг от друга, однако в 1965 году одновременно станут лауреатами Нобелевской премии за одно и то же достижение – «фундаментальный вклад в развитие квантовой электродинамики».

В существенно другой области, именуемой биохимия, тот же год 1918 известен, соответственно, приходом в мир двух других выдающихся ученых, Пола Бойера и Йенса Скоу. В последующем эти два исследователя, родившиеся и работавшие в разных странах, не только получат одновременно Нобелевскую премию по химии в 1997 году, но и покинут этот слой реальности практически синхронно – в 2018, совсем чуть-чуть не дожив до своего столетнего юбилея. [IO]

Хотя никто и нигде об этом не говорит (поскольку для науки это пока ещё как бы неизвестно), но Нобелевская премия биохимиков Бойера и Скоу, присужденная им за открытие молекулярных механизмов в основе метаболизма биологической клетки, имеет самое непосредственное отношение к достижениям многих других нобелевских лауреатов – за достижения в области квантовой физики частиц.

В первую очередь это касается математических трюков с перенормировкой от Фейнмана и Швингера, но самое главное, в еще большей степени здесь важны взаимосвязи между метаболизмом живых клеток и квантовой хромодинамикой частиц от Марри Гелл-Манна. Именно об этом – про механизмы работы кварков-глюонов теории КХД в терминах клеточной биохимии – и пойдет речь в данной истории.

Но только изложен весь этот рассказ, о чём надо предупредить ещё раз, с помощью особого «подхода второго». Вовсе не претендующего на историческую достоверность и более того, порой отражающего реальность в виде сатирического фарса. Иначе говоря, это «вымышленная история одного большого открытия, в основах своих имеющая вполне достоверные факты науки». Придумана же эта история ради того, чтобы особо отчетливо показать, что и в фундаментальной физике очень полезно задаваться вопросами типа «а ЗАЧЕМ, собственно, это всё здесь происходит»…

#

Итак, давным-давно, в середине прошлого столетия ученые-биологи нашли в клетке важный химический фермент, без которого невозможна сама её жизнь. Из-за специфики молекулярных функций этого фермента биологи-химики назвали его АТФ-синтазой, а разобраться с нетривиальными подробностями в устройстве и работе столь важного компонента позвали на помощь коллег – ученых-физиков, сведущих и опытных в исследованиях природы микромира. Ибо физики в ту пору уже умели с высочайшей точностью фокусировать свои ускорители и мишени, с огромной силой сталкивать микроскопические частицы друг с другом, а затем – по разлету осколков – вычислять «скрытые свойства» их компонентов.

Когда такие же методы были привлечены для помощи биологам, то специфические технические особенности оборудования, которое использовали в своих экспериментах физики, позволяли наиболее эффективно отслеживать поведение атомов фосфора, определенно участвующих на всех этапах работы АТФ-синтазы. А также поведение еще одного непременного компонента – положительных ионов водорода, у физиков обычно именуемых просто протонами.

Довольно быстро озадаченные физики обнаружили, что атомы фосфора при участии в работе АТФ-синтазы демонстрируют на удивление большое разнообразие скрытых особенностей. Причем наложение этих особенностей на поведение ионов водорода привело ученых к выводу, что и протоны, оказывается, могут иметь множество своих скрытых свойств, о которых прежде наука даже не подозревала… (Позднее, правда, выяснится, что все эти «скрытые свойства» ученым просто померещились из-за чрезмерной привязанности к математическим симметриям. Прозрение, однако, произойдет далеко не сразу.)

Итак, что же удалось выяснить физикам про скрытые свойства химического элемента фосфор, название которого в переводе с древнегреческого означает «несущий свет»… В самую первую очередь обнаружилось, что в каждой фазе работы фермента непременно участвует ровно три атома фосфора. Однако ведут они себя существенно по-разному – в зависимости, как назвали это физики, от своего «аромата» (ароматы получили у них названия U и D) и от образа действия (прямого и обратного, для которого физики в своем стиле придумали специальное название «анти-фосфор»).

Но это, однако, было далеко ещё не все…

Далее эксперименты физиков с АТФ-синтазой показали, что атомы фосфора помимо уже перечисленных скрытых свойств обладают еще и разными «цветовыми зарядами». Так что в каждой тройке атомов все элементы непременно окрашены в три разных цвета, условно названных «красным, синим и зеленым».

Поскольку все попарные взаимодействия и превращения разноцветных атомов фосфора при работе АТФ-синтазы непременно происходят также с участием протонов (ионов водорода), причем разные сочетания цветов дают заметно разные результаты опытов, ученым пришлось постулировать, что и протоны-переносчики обладают здесь множеством скрытых разноцветных свойств. В силу строгих и красивых математических закономерностей, увязывающих цвета фосфора и анти-цвета анти-фосфора, разнообразных цветовых зарядов у ионов водорода оказалось свыше полудюжины (красный-антисиний, синий-антизеленый, зеленый-антикрасный и так далее).

Теоретиков беспокоило, конечно, что абсолютно ничего похожего на реальную демонстрацию этих удивительных идей про множество скрытых свойств фосфора и протона в экспериментах никому и никогда увидеть не удавалось. Ибо всё это было придумано сугубо абстрактно, для математического «объяснения» тех различий, что наблюдались у разлетающихся фрагментов убитых клеток. В реальности, однако же, на входе и выходе работающей АТФ-синтазы в живой клетке, как атомы фосфора, так и протоны всегда оказывались одинаковыми и лишенными каких-либо скрытых свойств вроде «ароматов», «цветовых зарядов» и их «анти-цветов»…

С другой стороны, по мнению физиков их теория выглядела просто замечательно, ибо давала верные предсказания для статистики разлета фрагментов в исходах опытов, а самое главное – демонстрировала чудесные математические симметрии. Что же касается объяснения того, почему реальные атомы фосфора и протоны никаких придуманных для них скрытых свойств не демонстрируют, то специально ради этого была изобретена еще одна – довольно замысловатая – теория «запирания свойств» внутри наблюдаемого объекта.

Короче, исследовательский проект получился у физиков на редкость успешным. Вот только для ученых-биологов единственным итогом всех этих достижений у коллег-физиков стало сплошное разочарование. Ведь ничего про то, что же такого жизненно важного происходит при работе АТФ-синтазы, что обеспечивает само существование клетки и многоклеточных организмов, никто на самом деле так здесь и не понял…

#

Когда в 1960-е годы Ричард Фейнман отказывался участвовать в разработке теории сильных ядерных взаимодействий, видя в результатах опытов с ускорителями лишь беспорядочную мешанину из кучи противоречивых данных, он характеризовал ситуацию примерно такими словами [GJ]:

Извлекать здесь смысл из экспериментов на ускорителе – это все равно что изучать устройство двух точнейших карманных часов, изо всех сил разбивая их друг об друга, а затем тщательно исследуя разлетевшиеся осколки.

И хотя проницательный Фейнман в ту пору уже был весьма знаменитым и авторитетным ученым, эти его слова не нашли в научном сообществе никакой поддержки. Ибо ускорители-коллайдеры как были тогда, так и по сию пору остаются главным инструментом в изучении природы на предельно малых масштабах.

К великому счастью для биологии, примерно в середине 1970-х годов в этой науке сформировалась существенно новая, собственная школа биофизиков. Представители новой школы сумели в корне отойти от сугубо статистических – традиционных для физики и химии – подходов к анализу биологических процессов. Вместо этого биофизики научились смотреть на жизнь клетки и её компонентов как на работу сложнейшего комплекса из микроскопически крошечных, но очень надежных молекулярных машин и механизмов [BM]:

Если бы для описания клетки нам пришлось выбирать между двумя крайними моделями – часовым механизмом и гомогенной химической реакцией в газовой фазе, – выбор был бы однозначен: клетка несравненно ближе к часовому механизму, чем к чисто статистической системе. [LB]

Благодаря этому новому взгляду, в частности, постепенно стали принципиально иными представления биологов о том, что следует понимать под словом «ферменты». В прежних, традиционных представлениях химии, ферменты – как катализаторы важных биохимических процессов – это просто некие особенные вещества, которые способствуют нужной реакции, однако сами в ней не расходуются. Когда же новая биофизика позволила увидеть КАК именно это в клетке происходит, то стало ясно, что ферменты – это на самом деле жидкокристаллические макромолекулярные машины. Именно поэтому, собственно, они и «не расходуются» в каталитических реакциях, получая одни вещества на входе и выдавая другие на своем выходе. (В терминах математической физики, кстати, такого рода вещи, сохраняющиеся неизменными в преобразованиях, естественно называть «инвариантами».)

Каждый из ферментов, работающих в клетке, оказался по-своему интересной и замысловатой машиной. Однако именно АТФ-синтаза среди них всех оказалась самой красивой, самой важной и удивительной живой машиной, бесперебойно работающей как самый маленький в природе электромотор. Причем это такой мотор-генератор, который имеет в своем устройстве сразу два вращающихся ротора, расположенных на одной оси и асимметрично встроенных в клеточную мембрану.

Именно за постижение устройства машины АТФ-синтазы и одного из её особо хитрых механизмов – под названием АТФаза – и были удостоены Нобелевской премии наши «синхронные аватары» Бойер и Скоу в одной компании с третьим, более молодым коллегой Джоном Уокером. Причем глубокое понимание весьма нетривиальных механизмов в устройстве АТФ-синтазы – это не только собственный путь биофизиков к ответу на вопросы о том, КАК и ЗАЧЕМ работают важнейшие механизмы в основе клеточного метаболизма.

Помимо этого, биология также предоставляет здесь принципиально новый взгляд и помощь тем физикам-теоретикам, которые бьются над ключевыми и по сию пору нерешенными проблемами Квантовой ХромоДинамики. Но для того, чтобы суметь эту помощь реально получить, прежде физикам понадобится в корне изменить свое восприятие природы. Которая в действительности нигде и никогда – кроме фантазий ученых – не имела разделения на «живую и не-живую».

При едином взгляде на живую природу существенно легче увидеть и понять, сколь огромное число прямых аналогий имеется между устройством клеточной АТФ-синтазы и устройством протона согласно теории КХД.

#

Как конструкция, так и работа машины АТФ-синтазы – всё здесь закручено вокруг операций синтеза и разложения молекул АТФ, аденозитрифосфорной кислоты или покороче АденозинТриФосфата. Важнейшие особенности этой органической молекулы заключаются в том, что она (а) имеет в своей структуре три атома фосфора и (б) играет в жизни клеток роль своего рода «разменной монеты» или «основной валюты метаболизма». То есть АТФ – это универсальная молекула для обеспечения всевозможных процессов жизнедеятельности, идущих с выделением и поглощением энергии.

Уже здесь, собственно, получен ответ на первый из вопросов: почему в преобразованиях машины всегда фигурируют ровно три атома фосфора?

Следующий естественный вопрос: откуда у фосфора появляются два «аромата», обозначенные физиками U и D?

Здесь ответ начинается с того, что природа молекулы АТФ непосредственно связана с двумя другими молекулами. Одна из которых – это органический АденозинДиФосфат, или АДФ, имеющий в своем составе два атома фосфора. А молекула другая – неорганический фосфат (Ф), имеющий один атом фосфора. Особенности взаимосвязей между молекулами таковы, что как в синтезе АТФ, так и в разложении-гидролизе этой молекулы, всегда участвуют три атома фосфора из пары разных структур – два из АДФ (аромат U) и один из Ф (аромат D). Поэтому итоговую конструкцию при синтезе АТФ в терминах фосфорных «ароматов» можно записывать как UUD.

Еще один вопрос из того же ряда «физических загадок»: что там за эффекты с «анти-фосфором»?

Важной особенностью машины АТФ-синтазы является то, что она способна работать в двух противоположных направлениях. То есть как в прямом – для синтеза АТФ из АДФ и Ф, так и в обратном направлении – расщепляя АТФ на те же самые АДФ и Ф с выделением энергии. С точки зрения физики этот обратный процесс гидролиза при участии тех же самых компонентов можно принять за процесс внутренней аннигиляции компонентов – частиц и их анти-частиц – с разлетом новых результатов распада в разные стороны.

Далее требуются ответы на вопросы следующего, более сложного ряда: как понимать три разных «цветовых заряда» у фосфора?

Слева – три каталитических центра в машине АТФ-синтазы, справа – три разных «конформации» или перемены в конфигурации каждого из карманов центра.

На самом деле различаются тут не идентичные атомы фосфора, а разные рабочие состояния идентичных фрагментов машины. Как выяснилось, машина АТФ-синтазы имеет три одинаковых каталитических центра, расположенных подобно равным сегментам по кругу циферблата. Каждый из этих центров своим устройством похож на «карман» для захвата комплекта молекул, участвующих в цикле синтеза или расщепления АТФ. И карман этот может иметь три разных состояния – открытое, закрытое и промежуточное-полузакрытое. На языке физиков три таких состояния у каталитических центров получили названия «цветов» – красный, синий, зеленый.

Циклически повторяющиеся переходы каждого кармана от одного состояния к другому и третьему полностью задаются «стрелкой часов» – асимметрично искривленной осью ротора. Которая за цикл работы машины обходит сегменты циферблата по кругу, задавая режимы приема-обработки-выпуска молекул из карманов каталитических центров. Поскольку траектория разлета осколков, выбиваемых из разбитой машины при экспериментах физиков, существенно зависела от того, в каком состоянии находился карман (открытом, полузакрытом или закрытом), наблюдатели сделали вывод о трех разных «цветовых зарядах» у внутренних компонентов.

Следующий вопрос, требующий ответа: А как же объяснить признаки множества разных цветовых зарядов у тех протонов, что также всегда участвуют в работе АТФ-синтазы?

Ответ на этот вопрос, как и на все прочие, отыскивается в особенностях устройства Машины. Восемь разных «цветов» у ионов водорода физики насчитали на основе различий в поведении атомов фосфора и антифосфора – в зависимости от цветов и математических симметрий для всевозможных сочетаний их характеристик при попарных взаимодействиях.

На самом деле, однако, всё тут устроено сильно иначе. Реально в машине АТФ-синтазы протоны и фосфор хотя и ведут себя в точном согласии друг с другом, но делают это сугубо отдельно друг от друга, причем даже в разных местах. Ибо конструктивно машина состоит из двух сопряженных комплексов, F0 и F1, каждый из которых имеет по собственному ротору, которые вращаются на общей оси. Так что протоны в своем движении вращают ротор турбины в комплексе F0, а фосфор обеспечивает синтез-расщепление АТФ в комплексе F1.

Общая схема устройства машины F0F1-АТФ-синтазы. Имеет смысл обратить внимание на асимметричное расположение компонентов F0 и F1 относительно мембраны.

С другой стороны, именно протоны через ротор вращают стрелку тех часов, что задает режимы работы карманов в трех центрах катализа F1. А потому и в фазах работы протонов без труда выделяются те же самые характеристические сочетания из ДВУХ разных режимов для прохода турбины (прямого для синтеза АТФ и обратного «анти-режима» для расщепления-гидролиза) и ТРЕХ разных сегментов в круговом движении стрелки, которую протоны вращают. Сегменты, напомним, соответствуют трем каталитическим центрам, карманы которых всегда находятся во взаимно-различных состояниях: один открыт, другой полузакрыт, третий закрыт полностью. Или иначе, в каждый момент времени сегменты имеют три разных цвета – красный, зеленый и синий, – которые в своей совокупности всегда имеют «нейтрально-бесцветный заряд».

Для того, чтобы через устройство Машины стал понятнее особенно тонкий момент с математическими симметриями, создающими иллюзию конкретных разнообразных «цветов» (красный-антисиний, синий-антизеленый, зеленый-антикрасный и так далее) у тех ионов водорода, что обеспечивают взаимодействия и перемены состояний у атомов фосфора в карманах каталитических центров, требуется уточнить еще одну немаловажную конструктивную особенность комплекса F1, иначе именуемого АТФазой.

Схема расположения на циферблате «секторов бета» и их «анти-секторов альфа» (конкретные цвета секторов на приводимой здесь картине, надо подчеркнуть, к «цветам» красный-синий-зеленый в тексте никакого отношения не имеют).

 

При более подробном рассмотрении циферблат каталитических центров состоит не из трех сегментов, а из шести. Три активных центра (именуемые «субъединицы бета») отделены друг от друга тремя другими сегментами (именуемыми «субъединицы альфа»), такими же по размеру и составу, но только никак не участвующими в реакциях синтеза и расщепления АТФ. Биофизики пока еще не разобрались полностью, зачем субъединицы альфа в этой машине нужны, однако геометрия циферблата такова, что каждый из альфа-сегментов расположен на циферблате точно напротив сегмента бета – как своего рода антипод. А потому имеются основания называть альфа-сегменты анти-красным, анти-синим и анти-зеленым.

Данные цветовые названия для всех сегментов циферблата удобны вот по какой причине. При таких обозначениях мы вполне можем говорить, что если стрелка из красного сегмента переходит в соседний антисиний, то это направление соответствует процессу синтеза АТФ, а если стрелка идет в обратном направлении – из красного в антизеленый, то это направление расщепления-гидролиза АТФ.

Два направления работы протонной турбины: для синтеза АТФ (слева) и для разложения-гидролиза (справа).

Но на то же самое можно смотреть и несколько иначе – в терминах протонов, вращающих турбину. Протоны движутся по каналам F0 в одну сторону, благодаря им стрелка ротора переходит из красного сектора в антисиний, – откуда наблюдатели могут сделать вывод, что у этих протонов был «красно-антисиний» заряд. Когда такие же протоны движутся через турбину в другую сторону, а стрелка переходит из красного сегмента в антизеленый, та же логика приводит наблюдателей к заключению, что теперь у протонов был «красно-антизеленый» заряд.

Полезно также подчеркнуть, что само устройство такого циферблата делает ясным и наглядным, отчего у протонов в машине АТФ-синтазы никогда не может быть обнаружено цветовых зарядов типа «красно-антикрасный», «сине-антисиний» и «зелено-антизеленый». Такие сочетания цветов обозначают диаметрально противоположные секторы циферблата, так что для стрелки ротора физически невозможно переходить из сегмента любого цвета сразу в сектор того же анти-цвета.

Столь же ясной даже для не-математиков должна быть и еще одна особенность машины. Если стрелка обходит сегменты в одном порядке, красный-синий-зеленый, то результат взаимодействий один — синтез АТФ. Если же порядок обхода иной, красный-зеленый-синий, то и результат, соответственно другой – расщепление АТФ. Математики называют это некоммутативность или иначе неабелевость преобразований. В делах классической физики зависимость исхода от перемены в последовательности операций считается вещью довольно редкой (для суммарной массы груза в эшелоне, скажем, без разницы, в каком порядке прицепляют вагоны к локомотиву – сначала цистерны потом платформы, или же наоборот). Здесь же некоммутативность преобразований – это основа и суть устройства машины…

 

# 3 #
[ живой прообраз для всего что есть ]

Сатирическая притча об устройстве АТФ-синтазы в терминах кварк-глюонной КХД – это просто художественный прием, позволяющий как можно четче обозначить параллели-аналогии между основами устройства частиц материи и основами устройства биологических организмов. [RT]

Мир биологии, конечно же, устроен намного сложнее, однако более доступная для наблюдений природа «живого образа» дает богатые возможности для действительно глубокого постижения «исходного прообраза» и проникновения в его тончайшие нюансы. Иначе говоря, изучая устройство клетки, ученые-биофизики имеют возможность осваивать трудно или вообще никак не доступные для наблюдений механизмы в основах устройства дживана как живого генератора реальности.

В частности, биология клетки и её «ферменты-инварианты» предоставляют очень полезную платформу для освоения конкретных гидродинамических механизмов в основе тех совершенно абстрактных математических симметрий алгебры, с помощью которых сегодня принято как бы «объяснять» природу сильных ядерных взаимодействий.

Физически имеющий природу вращающегося вихря, дживан точно так же встроен в мембрану пространства, как и его «биологическая проекция» – машина протонной F0F1-АТФ-синтазы встроена в мембрану клетки. И в продолжение аналогии, дживан тоже имеет две своих четко различимых фактор-половины, F0 и F1. Но только с той разницей, что у дживана эти асимметричные половины разнесены не в пространстве, а во времени – как две существенно отличающиеся и сменяющие друг друга фазы в циклах васцилляции вихря.

Каталитический комплекс синтазы F1 с его тремя центрами, всегда пребывающими в трех разных конфигурациях – это дживан в фазе трех субвихрей-кварков с их тремя разными «цветами». Второй комплекс АТФ-синтазы, именуемый F0 и обеспечивающий протонный электромотор машины, – это, соответственно, дживан в фазе единого глюонного вихря, обеспечивающего «мотор» данного гидродинамического механизма.

В таких проекциях общей картины уже несложно, наверное, ухватить, что два математических инварианта, обнаруженные Арнольдом в уравнениях вращения идеальной жидкости, – это наиболее обобщенное и абстрактное отражение сути внутренних процессов как для кварк-глюонной физики частиц, так и для важнейшего фермента в составе биологической клетки. А наиболее близким физическим воплощением для этой абстрактной математики оказывается васцилляция Хайда в вихревой природе дживана.

Если же говорить о внешних проявлениях тех же самых процессов, то и здесь имеются свои очень содержательные аналогии-соответствия. Как установлено в молекулярной биологии, миллиарды комплексов АТФ-синтазы, постоянно работающие в клетках живого организма, генерируют молекулы АТФ с поразительной продуктивностью. В частности, в человеческом организме за сутки вырабатывается по общей массе примерно столько же АТФ, сколько весит сам этот человек. И весь этот материал постоянно перерабатывается в энергию жизни – коль скоро АТФ является основной «энергетической валютой» в процессах клеточного метаболизма.

В мире фундаментальной физики чрезвычайно важной – и по сию пору как следует не освоенной – аналогией для этого же процесса является концепция «виртуальных частиц». То есть особых частиц-переносчиков, которыми частицы материи постоянно обмениваются друг с другом в своих разнообразных взаимодействиях. Причем обмены эти, что интересно, происходят с очевидным нарушением закона сохранения энергии. Для обхода этой неувязки давно изобретены, конечно, подобающие логические уловки. Однако все знают, что противоречие осталось, а потому ученые-теоретики до сих пор так и не сумели прийти к консенсусу относительно того, что же это такое, виртуальные частицы – реальные вещи или удобные математические абстракции.

Концепция дживана и тут предоставляет существенно новый взгляд на давнюю проблему.

#

Дживан, с одной стороны, как первичный прообраз АТФ-синтазы устроен попроще. Со стороны другой, однако, простота тут скорее кажущаяся. Потому что одновременно дживан служит первичным прообразом также и для других молекулярных машин в биологической клетке, и для живой клетки в целом, и для любых многоклеточных организмов какой угодно сложности. А значит, и для всей вселенной в её полной совокупности.

Дабы на конкретном примере наглядно продемонстрировать эту идею – о самоподобии структур, пронизывающих природу на всех её масштабах – имеет смысл еще раз вспомнить синхронию и параллелизмы в биографиях наших ученых-аватаров, физиков и биохимиков.

Родившиеся в один год Ричард Фейнман и Джулиан Швингер получили Нобелевскую премию по физике по сути за одно и то же достижение. За математическую технику перенормировки, позволившую избавить уравнения квантовой электродинамики от расходимостей, а плюс- и минус-бесконечности в расчетах аккуратно уравновешивать, взаимно сокращая их таким образом, чтобы получать осмысленные и – самое главное – очень точные предсказания для исходов экспериментов. Технически методы Фейнмана и Швингера существенно различались, однако их более молодой коллега Фримен Дайсон сумел показать, что математически эти приемы эквивалентны.

Родившиеся в тот же самый год Пол Бойер и Йенс Скоу также получили одновременно Нобелевскую премию по химии фактически за одно и то же достижение, хотя на первый взгляд их открытия в устройстве клетки относятся к совсем разным вещам. Если Бойер открыл уже знакомый нам ферментативный механизм синтеза АТФ, то Скоу открыл нечто существенно иное – механизм натрий-калиевого насоса в клеточной мембране, то есть особого фермента, обеспечивающего необходимый и точный баланс между ионами калия внутри и ионами натрия снаружи клетки.

Впоследствии, однако, выяснилось, что между работами Бойера и Скоу очень много общего. Установил это их более молодой коллега, британский биохимик и «третий аватар» Джон Уокер. Который на базе концепции молекулярных машин сумел проанализировать жидкокристаллическую структуру и открыть механические подробности устройства F1-АТФазы, то есть каталитического комплекса АТФ-синтазы с его тремя центрами, изменяющими свои конфигурации под управлением вращающейся «стрелки часов». [JW]

Итогом этой критично важной работы стала не только общая Нобелевская премия для Бойера, Скоу и Уокера, но и понимание общих принципов работы у двух ферментов-насосов – протонной помпы F0F1-АТФ-синтазы и натрий-калиевой помпы-АТФазы.

Более того, если успехи биохимиков, реально постигших механику молекулярных насосов, встроенных в клеточные мембраны, аккуратно сравнить с успехами квантовых теоретиков, придумавших эффектный математический фокус перенормировки для борьбы с расходимостями в уравнениях, то можно увидеть еще одну интересную аналогию или «биологическую метафору».

Теперь это наглядная метафора для того, как асимметричное устройство натрий-калиевой помпы, встроенной в липидный бислой клеточной мембраны (или иными словами в двухслойную мембрану из молекул липидов), воспроизводит уже знакомую нам по предыдущей главе схему устройства дживана. Как живого моста, имеющего асимметричную коническую форму и соединяющего два слоя мембраны вселенной в единое раздвоенное целое.

Слева устройство Na-K-помпы в мембране клетки, справа устройство дживана в мембране пространства.

И если натрий-калиевая помпа может считаться самым маленьким в природе электрическим насосом, обеспечивающим взаимное уравновешивание ионов снаружи и внутри клетки, то прообраз-дживан в этом же контексте оказывается самой маленькой в природе гидротурбиной, обеспечивающей уравновешивание энергий с двух сторон мембраны пространства. То есть фундаментальный природный механизм для «взаимного сокращения» плюс- и минус-бесконечностей во всех теориях перенормировки квантовой физики…

#

Имеет смысл еще раз подчеркнуть, что дживан как «генератор реальности» в некотором очень глубоком смысле является прообразом для «всего что есть» в природе. Поэтому имеются возможности аккуратно и наглядно продемонстрировать, что в дживане реализованы и постоянно работают все базовые функции живой клетки, связанные с производством четырех важнейших типов биологических молекул.

Четыре этих разновидности, можно напомнить, включают в себя такие типы. (1) Липиды как «внутренний источник энергии» клеток и одновременно материал для формирования мембранных перегородок и оболочек. (2) Аминокислоты и белки, как основной материал для конструирования биологических структур. (3) Нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, обеспечивающие хранение и реализацию генетической информации, то есть память и размножение клетки. (4) углеводы и сахара, выполняющие функции транспортировки и сохранения «внешней энергии», а также материал для формирования биологических структур.

Каждая из перечисленных разновидностей биомолекул, играющих важные роли в процессах метаболизма клетки, имеет свой упрощенный прообраз в процессах метаболизма дживана. По мере постепенного углубления в структуру природных соответствий между фундаментальными основами физики и миром биологии, все эти аналогии будут становиться всё более ясными.

Начать же внимательное сопоставление «образов с их прообразами» имеет смысл с углеводов – как наиболее часто встречающихся в природе биологических молекул.

Подобно тому, как углеводы – это наиболее распространённый продукт, вырабатываемый клеткой, для метаболизма дживана самым очевидным и массовым «продуктом производства» являются планковские кванты энергии, более известные под названием фотоны.

Также широко известно, что мир биологических клеток и мир физики фотонов самым тесным и непосредственным образом соприкасаются в области процессов, обобщенно именуемых «фотосинтез». То есть таких процессов живой природы, которые не только обеспечивают особую разновидность дыхания растений, позволяющую им под действием света преобразовывать углекислый газ в кислород. Но попутно те же процессы обеспечивают еще и самый главный на планете феномен симбиоза – когда мир растений и мир животных оказываются неразрывно связаны в единое живое целое, постоянно снабжая друг друга жизненно важными веществами в обменных круговоротах.

На фундаментальном уровне физики живой мир дживанов тоже имеет, естественно, свои прообразы и для симбиоза, и для фотосинтеза. Выглядят они во многом существенно иначе, конечно. Но точно так же имеют в своей основе асимметричное раздвоение единого целого.

О чем и будет следующий рассказ.

(Продолжение следует)

# # #

Ссылки и комментарии ПипРу (популярно и по-русски)

[GI] Г.Р. Иваницкий, «XXI век: что такое жизнь с точки зрения физики», Успехи Физических Наук, 180 (4), 337-369, 2010 г.

[QM] Один из стыдных секретов Стандартной Модели, известный всем настоящим физикам, заключается в том, что эта «успешная теория» вообще никак не способна объяснить феномен магнетизма. Чтобы в этом убедиться, достаточно заглянуть в любой базовый учебник по квантовой теории магнетизма, где ключевой идеи СМ о фотонах как переносчиках магнитных взаимодействий просто нет как таковой.

[BF] «What No New Particles Means for Physics,» by Natalie Wolchover, Quanta Magazine, August 9, 2016. Популярно и по-русски о том же самом см. материал книги новостей «Sci-Myst : Вихри и знаки перемен«, раздел «Раздвоение как Единство«.

[SM] Множество взаимосвязанных текстов в жанре научно-мистического детектива можно найти на сайте «книги новостей», в разделе Навигатор : Sci-Myst .

[KN] Подробности этого открытия см. в книге новостей , глава [kn:46] Похоже на атмосферу.

[VA]. Арнольд В.И., «Гамильтоновость уравнений Эйлера динамики твердого тела и идеальной жидкости». Успехи математических наук, 1969, 24(3), 225-226. Об этой важной работе уже шла речь в предыдущем слое Асимметрий: «1.2 Назад к Эйлеру как вперед к Арнольду».

[EE] Про важные и не решенные поныне проблемы физики в связи с таким вращением жидкости, где её движение происходит во взаимно-перпендикулярных направлениях, см. материалы «Обратный разбрызгиватель Фейнмана» , «Как это связано» , «Вопрос, конечно, интересный» .

[RL] Рассказ с подробностями об идеях и книгах Роберта Лафлина см. в текстах «Другая вселенная»  и «Наш человек в Стэнфорде».

[AH] Vladimir I. Arnold, Boris A. Khesin. «Topological Methods in Hydrodynamics». Springer-Verlag New York, 1998. Русский перевод: Арнольд В. И., Хесин Б. А. «Топологические методы в гидродинамике». – М.: МЦНМО, 2007.

[IP] Фрагмент из текста «В. И. Арнольд. Наука математика и искусство математиков. Лекция в МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва, 24 июня 2008»: Наши беседы с Иоанном Павлом II были длительными и откровенными. Я прожил тогда в Ватикане несколько недель во время конференции Ватиканской академии наук, куда меня пригласили войти. Я, однако, отказался, сославшись на сожжение Ватиканом Джордано Бруно. Папа в ответ на мой отказ рассказал много интересного, в совершенно неформальных беседах. Прежде всего он предложил вести эти беседы не по-французски, а «просто по-русски». Затем он объяснил, что Джордано Бруно, в отличие от Галилея, был осуждён за действительный проступок: он заявил, будто «наукой доказана множественность обитаемых миров». Бруно считал, что некоторые из них достигли более высокого уровня развития своей цивилизации, чем мы, и уже посылают нам сигналы, «к которым нужно только прислушаться». «Откройте мне хоть одну внеземную цивилизацию — и я сразу реабилитирую Джордано Бруно!» — сказал мне папа.

[RH] Raymond Hide, “Geomagnetism, vacillation, atmospheric predictability and deterministic chaos”. In «Paths of Discovery», Pontifical Academy of Sciences, Acta 18, Vatican 2006.

[IO] Популярно и по-русски об этой удивительной синхронии в «детерминированно-хаотичных» биографиях двух больших ученых, всю жизнь работавших абсолютно независимо друг от друга, см. материал «Время прихода, время ухода» .

[GJ] George Johnson, «Strange Beauty: Murray Gell-Mann, and the Revolution in 20th-Century Physics», New York: Random House, 1999. Цитируется, как можно видеть, по единственной на сегодня биографии Марри Гелл-Манна, автор которой Дж. Джонсон очень обстоятелен в цитатах и ссылках на источники. Примечательно, что в куда более многочисленных биографических книгах о Фейнмане именно эту интересную цитату упоминать не принято.

[BM] По любопытному совпадению именно тогда же, в середине 1970-х годов, практически полностью завершилось формирование Стандартной Модели частиц в физике. И в этот же период, когда в биологии начала формироваться фундаментальная концепция Молекулярных Машин и Механизмов (кратко МММ), в математике стало приходить понимание, что топология является универсальным мостом или языком, объединяющим в единое целое такие разные разделы этой науки, как алгебра, геометрия и анализ (исчисление бесконечно малых величин). Отсюда должно быть понятно, что ни топология, ни тем более концепция МММ никак не присутствуют в Стандартной Модели частиц.

[LB] Л.А. Блюменфельд, «Проблемы биологической физики», Москва: Наука, 1974. Английский перевод: Blumenfeld LA, Problems of Biological Physics. Berlin: Springer-Verlag, 1981.

[RT] Серьезную научную работу с обстоятельным и доступно изложенным обзором той же темы можно найти, к примеру, здесь: Романовский Ю М, Тихонов А Н, «Молекулярные преобразователи энергии живой клетки. Протонная АТФ-синтаза — вращающийся молекулярный мотор», Успехи Физических Наук, 180 (9), 931–956, 2010 г.

[JW] На сайте Кембриджского университета выложены анимационные фильмы группы Джона Уокера, иллюстрирующие конформационные изменения АТФ-синтазы и её компонентов.

# # #