«Из всех заблуждений человеческого духа самым чудным казалось мне всегда то, как дошел он до сомнения в своем собственном существе, которое он один непосредственно переживает, или как попал он на мысль возвратить себе это существо в виде подарка со стороны той внешней природы, которую мы знаем только из вторых рук, именно посредством нами же отринутого духа» (Рудольф Герман Лотце).
Идея о подобии человека (микрокосма) и вселенной (макрокосма) известна с давних времен. Она отражена во многих философских и мистических учениях как Востока, так и Запада. Свами Вивекананда, индийский философ Веданты и йоги, писал: «Согласно индийской философии, условий проявления всей нашей Вселенной два – имя и форма. В человеческом Макрокосме не может быть ни одной волны умственной материи, не одаренной именем и формой. Если верно, что вся природа построена по одному и тому же плану, то это условие имени и формы должно быть также и в плане устройства всего Космоса». Еще древние мудрецы утверждали, что всё сущее (видимое и невидимое) подчиняется одним и тем же законам. «То, что находится внизу, аналогично тому, что находится вверху. И то, что вверху, аналогично тому, что находится внизу...». Это цитата из текста «Изумрудной скрижали» Гермеса Трисмегиста. У философов, эзотериков, историков этот памятник седой старины занимает достойное место среди предметов изучения. Но представители более точных наук не имеют обыкновения полагаться на такого рода источники и всерьез принимать в расчет высказывания даже самых авторитетных мудрецов далекого прошлого. Физики, как известно, – не лирики, словом их не проймешь. Они обращают внимание на вещи повесомее. Например, на факты, полученные на основе анализа наблюдаемых данных об астрономической Вселенной. По мере совершенствования методов научного исследования, эти факты становятся всё интереснее не только для физиков, но и для историков, эзотериков и философов. Ведь они скорее подтверждают, чем опровергают знания, дошедшие до нас из глубокой древности.
Появление суперкомпьютеров позволило ученым обрабатывать огромные массивы информации. А специальное программное обеспечение, установленное на этих мощных компьютерах, стало эффективным инструментом для динамического трехмерного моделирования галактик, их скоплений и сверхскоплений. К концу 2013 года международная группа ученых создала компьютерную модель, имитирующую развитие физической Вселенной с одиннадцати миллионов лет после начала ее расширения до нашей эпохи. Она получила название Illustris. Это была не первая космологическая симуляция, но наиболее полная из всех осуществленных на тот момент. Заложенная в нее физическая модель позволяла воспроизводить нигде ранее не реализованные астрофизические процессы. На прогон симуляции ушло около девятнадцати миллионов часов процессорного времени. Это примерно две тысячи лет работы обычного персонального компьютера. Результат оказался впечатляющим. В широком спектре количественных показателей виртуальной Вселенной прослеживалась согласованность с наблюдаемыми данными реальной Вселенной. Имитационные изображения сверхглубокого космоса в Illustris практически неотличимы от снимков, сделанных в рамках сверхглубокого обзора «Хаббла» (Hubble Ultra Deep Field). Группа исследователей, разработавшая симуляцию Illustris, продолжила ее развитие в новом проекте IllustrisTNG («Illustris: следующее поколение»). Ученые работают над устранением некоторых неточностей и огрехов оригинального моделирования Illustris, повышением детализации расчетов для центральных областей галактик. Уже сейчас ясно, что проект Illustris и его преемник IllustrisTNG – это большой шаг вперед для астрофизиков и космологии в целом.
Симуляция подтвердила данные астрономических наблюдений по плотности звездных образований, а также по соотношению нейтрального водорода, молекулярных газов и тяжелых элементов в галактиках. Совпало распределение по морфологическим признакам удаленных галактик с современным состоянием наиболее близкого к нам скопления галактик. Также совпадает с данными наблюдений на инфракрасных телескопах описание перехода галактик из неправильных в спиральные, затем в эллиптические. Это позволяет объяснить, почему голубые спиральные составляют большинство среди дальних галактик, а красные эллиптические – среди ближних. И еще один важный момент. Симуляция Illustris правильно и в достаточном количестве воспроизвела галактики-спутники, что лишний раз доказывает достоверность общей физической модели. Галактики-спутники – это свежая тема в астрофизике. В них иначе распределена темная материя, они влияют на скорость звездообразования в центральной галактике, могут с ней сталкиваться, вызывая образование турбулентных потоков газа. Астрономы узнали о существовании этих небольших галактик относительно недавно. Возможно, еще не открыты многие из галактик-спутников нашего Млечного Пути.
К началу 2018 года lllustrisTNG стал самым масштабным проектом магнитогидродинамического моделирования космических структур. В модель формирования галактик вошло более тридцати миллиардов элементов. Для симуляции формирования миллионов галактик использовался суперкомпьютер Hazel Hen, который находится в Центре высокопроизводительных вычислений (г. Штутгарт, Германия). Только на выполнение одной симуляции потребовалось более двух месяцев непрерывной работы 24 000 процессоров. Было получено свыше 500 терабайт выходных данных, на анализ которых уйдет не один год.
Illustris, IllustrisTNG и другие проекты, имитирующие эволюцию астрономической Вселенной (например, Millennium Simulation – одно из первых и наиболее популяризированных моделирований), со всей очевидностью продемонстрировали, что распределение материи в космосе имеет упорядоченный, структурированный характер не только на уровне планетных, звёздных и галактических систем, что уже давно известно, но и на уровне скоплений и сверхскоплений галактик. Выяснилось, что скопления галактик образуют собой галактические нити, или так называемые «стены», толщина которых составляет в среднем около десяти миллионов световых лет, а длина – от ста шестидесяти до двухсот шестидесяти миллионов световых лет. Сверхскопления галактик – это не отдельные структуры, а утолщение галактических нитей в местах их пересечения. Пересекающиеся нити формируют ячейки, или войды (англ. void), свободные от звёздных скоплений. Ячеистая структура распределения галактик наблюдается на расстоянии в миллиард и более световых лет в любом направлении, а это дает основание полагать, что в масштабе нескольких сотен миллионов световых лет любой фрагмент Вселенной имеет примерно одинаковое количество вещества. Таким образом, космологические симуляции крупномасштабной структуры Вселенной наглядно показали, что материя в ней организована в виде трехмерной сети.
Исследователь и популяризатор индийской философии Сатисчандра Чаттерджи считал, что «...изучение человека открывает путь к изучению космоса. Когда мы узнаем природу человека в его различных видах и различных фазах существования, – писал он в тридцатые годы прошлого века, – мы узнаем также сферы вселенной, которым соответствуют все эти виды человеческой природы». Примерно так всё и происходит: чем шире поле наших исследований и богаче арсенал средств, чем глубже мы постигаем принципы и закономерности разнообразных жизненных процессов, присущих человеческому организму, тем больше растут наши возможности в понимании устройства Вселенной, тем масштабнее и грандиознее представляется нам общая картина бытия.
Исследованием физической и психической природы человека наука занимается уже много столетий. И в целом неплохо в этом преуспела. Наиболее сложным и трудным объектом исследования в науке был и остается человеческий мозг. Знания о нём накапливались медленно. Редкие и непродолжительные периоды достижений сменялись долгими десятилетиями бесплодного топтания на месте. Этот унылый ход развития науки о мозге продолжался почти до конца восьмидесятых годов прошлого столетия, когда технический прогресс добрался наконец до лабораторий нейробиологов и нейрофизиологов. Ученые стали получать в свое распоряжение и успешно применять в повседневном научном труде свежие плоды инженерного гения – сложнейшее специализированное оборудование, позволяющее им «заглядывать» внутрь живого человеческого мозга, и компьютеры, способные быстро обрабатывать огромные объемы данных. За последние несколько десятков лет наука узнала о мозге больше, чем за все предыдущие столетия своего существования. И всё же по-прежнему знает о нем не так уж и много.
На данном этапе проекты по компьютерным симуляциям астрономической Вселенной представляются более реализуемой задачей, чем моделирования головного мозга человека. Причина проста: мы не знаем истинных размеров Вселенной, но считаем ее однородной. А значит, моделируя какие-то ее фрагменты, мы можем экстраполировать полученные результаты на всю Вселенную, не зацикливаясь на масштабах, которые нам и представить трудно, не говоря уже о пресловутой бесконечности, удобно прикрывающей ограниченность наших когнитивных возможностей, но ничего не меняющей в нашем интуитивном понимании мироздания.
А в моделировании работы мозга прибегнуть к уловке с экстраполяцией не удастся. Знание его размера, как это ни странно, отнюдь не облегчает задачу ученых. Все мозговые процессы происходят на микроуровне, а явления микромира гораздо менее доступны для исследования, чем явления макромира. Однако нет повода сомневаться, что наука о мозге, лишь относительно недавно вошедшая в фазу активного развития, в ближайшие годы и десятилетия сумеет-таки пролить свет хотя бы на некоторые из загадок природы человека. И начало этому уже положено.
Комментариев нет:
Отправить комментарий