Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной

У условной стабильности три важнейших «ингредиента»: высокая температура, низкая температура и масштаб промежуточной энергии. Высокая температура — на поверхности Солнца, около 6000°C. Низкая — на поверхности Земли, примерно 20°C. Промежуточная энергия — это количество энергии, необходимое для образования или разрыва типичной химической связи. Оно составляет примерно один электронвольт.

При температурах около 20°C молекулы остаются гибкими, но химические связи разрываются нечасто, поскольку соответствующая тепловая энергия редко достигает электронвольта. С другой стороны, фотоны, приходящие с поверхности Солнца, концентрируют в себе энергию, часто превышающую электронвольт. Они способны разрывать химические связи. Взаимодействие между этим в меру холодным, но не замораживающим фоном и доступной, но не чрезмерной концентрированной энергией позволяет перестраивать молекулярные структуры, хотя и не слишком легко. Такая условная стабильность, доступная нам на Земле, — как раз то, что с точки зрения физики нужно для образования динамической сложности.

Чтобы завершить разговор об огромном потенциале для образования динамической сложности и о том, как она реализуется на Земле, нам нужно понять, основываясь на фундаментальных принципах, как Солнцу удается выполнять свою роль. Но сначала давайте сделаем паузу и откалибруем нашу собственную динамическую сложность.

Основные блоки, из которых состоит человеческий мозг, — нейроны. Их число составляет примерно сто миллиардов, то есть 100 000 000 000, или 10¹¹. Это намного меньше октиллиона, но все еще невообразимо много. Примерно столько в нашей Галактике звезд.

Каждый нейрон представляет собой очень эффективное маленькое устройство, обрабатывающее информацию, и связан с другими. Типичные нейроны могут образовывать сотни и даже тысячи таких связей. Большая часть информации, которую мы получаем, кодируется путем изменения силы этих связей — те, которые соответствуют полезным шаблонам поведения, усиливаются, а бесполезным — ослабляются. Максимальное количество связей возникает в возрасте от двух до трех лет, а максимальная сложность — позже, после селективного отбора связей.

Если мы рассмотрим возможные способы соединения такого количества нейронов, то получим головокружительные цифры, намного превышающие октиллионы. В наших черепах происходят взрывающие мозг комбинаторные взрывы. Так что нас не должно поражать, что это невообразимое количество нейронов, образующих такие причудливые шаблоны, во взаимодействии может создавать удивительные вещи.

В Уолте Уитмене действительно было множество миров[87]. И во мне тоже. И в вас.

ТОПЛИВО ДЛЯ МЕДЛЕННОГО ГОРЕНИЯ

Солнце работает на ядерном топливе. Это гигантский термоядерный реактор. Процесс ядерного горения[88], благодаря которому Солнце существует, состоит в превращении водорода в гелий. Атом водорода содержит один протон и один электрон. Атом гелия содержит два протона, два нейтрона и два электрона. На Солнце цепочка реакций приводит к превращению четырех атомов водорода в один атом гелия плюс два нейтрино, при этом высвобождается энергия.

Если вы вспомните наше обсуждение распада нейтрона в предыдущей главе, то можете подумать, что только что нашли опечатку. Там мы видели, что изолированные нейтроны хотят превратиться в протоны. Этот процесс высвобождает энергию, потому что нейтроны немного тяжелее протонов. В нашем описании реакций горения на Солнце происходит обратное — протоны превращаются в нейтроны. Но это не опечатка. В ядре гелия протоны и нейтроны притягиваются друг к другу из-за сильного взаимодействия. Собирая вместе эти частицы, можно получить много энергии. Таким образом, протоны могут превращаться в связанные нейтроны с выделением энергии.

Превращение протонов в нейтроны и наоборот требует участия слабого взаимодействия. Как мы обсуждали ранее, это делает распад нейтрона медленным процессом по стандартам физики элементарных частиц. При ядерных реакциях на Солнце действие слабого взаимодействия сильно замедляется. В этом процессе перед превращением частиц необходимо сначала их сблизить. Но такие «встречи» редки, поэтому время превращения накапливается медленно — в среднем протоны на Солнце превращаются в связанные нейтроны за миллиарды лет. Именно поэтому, к счастью, топлива на Солнце хватит еще надолго. С другой стороны, количество водорода так велико, что даже при медленном его сжигании Солнце продолжит светить.

ФИНАЛЬНЫЙ ШТРИХ: ИСКУССТВО ЧЕТЫРЕХ СИЛ

Завершим разговор о том, как на Земле возникает динамическая сложность, соотнеся этот процесс с основными физическими принципами. Хорошо понимая общую картину материальной реальности, мы видим, что динамическая сложность лежит в основе биологии и в конечном счете психологии и экономики.