Вселенная разумная - Максим Карпенко

Обычно белый шум, как и любые колебательные процессы, характеризуется так называемым спектром мощности, представляющим собой график распределения амплитуды, пропорциональной мощности колебаний, по частоте. Очевидно, что спектр мощности белого шума выглядит как прямая линия, параллельная оси частот, говорящая о том, что в белом шуме колебания любой частоты имеют одинаковую мощность или равновероятны.

С точки зрения теории информации не имеет никакого значения физический характер колебательного процесса, определяемого как белый шум - к нему предъявляется лишь одно требование - он должен иметь чисто случайный характер.

Простейшим из обычно приводимых примеров такого рода процессов является процедура выбрасывания игральных костей, в которой, при достаточно многократном повторении демонстрируется ряд чисел, имитирующих белый шум в самом идеальном виде - в итоге мы получаем равномерный "спектр мощностей", выраженный в данном случае как равенство чисел всех выброшенных комбинаций очков.

Эпидемии и землетрясения, изменения погоды и концентрации питательных веществ в живой клетке - процессы, кажущиеся нам случайными, должны были бы, как кажется, быть примером распространенности белого шума в природе. Исследования же показали совершенно другую картину.

Странности начались при прецизионных измерениях теплового белого шума в электронных приборах. Известно, что в любой электронной схеме помимо полезного сигнала, имеет место собственный шум, вызываемый тепловым хаотическим движением атомов и молекул в элементах схемы. Поскольку при усилении крайне слабых, сравнимых по уровню с собственными шумами, сигналов становится невозможным выделить на выходе усиленный сигнал, были предприняты значительные усилия по изучению теплового белого шума элементов электронных систем. В ходе таких экспериментов было установлено, что спектр мощности собственных шумов представляет собой не прямую, параллельную оси частот, а гиперболы разного вида, показывающие, что интенсивность шума тем больше, чем меньше его частота.

О некоторых интересных особенностях, обнаруженных при таких исследованиях, рассказывает М. Герценштейн: "Возьмем кусочек полупроводника, либо очень тонкую металлическую проволоку или пленку. Внутри этих образцов что-то происходит, в результате чего их сопротивление медленно меняется то в одну, то в другую сторону - флуктуирует. Что именно происходит, мы не знаем, но эти флуктуации можно обнаружить, если через образец пропустить ток.

Чувствительность измерений тока чрезвычайно велика: они позволяют наблюдать флуктуации сопротивления, происходящие в девятом-десятом знаке после запятой, если среднее сопротивление образца принять за единицу.

Опыт показывает, что мощность фликкер-шума оказывается обратно пропорциональной частоте. Это значит, что медленные изменения свойств образца оказываются более вероятными, чем быстрые, и эта зависимость остается верной для очень низких частот, вплоть до миллионных долей герца, что соответствует периодам длительностью до десятков суток.

И сразу возникает вопрос: почему медленные? Медленный процесс - это большая инерция, хорошая память. Такая инерционность понятна, если речь идет о каком-либо астрофизическом явлении, то есть явлении, происходящем в системах огромных размеров.

Но что происходит в маленьком образце? Откуда у него инерция, память, если все протекающие в нем процессы, связанные с движением носителей заряда, измеряются долями секунды? Аналогия с игральными костями подсказывает нам, что для того, чтобы получить с их помощью картину, сооветствующую фликкер-шуму, мы должны осуществить некоторый отбор получаемых результатов модуляцию. Тем самым мы можем утверждать, что фликкер-шум является отражением процессов, которые нельзя характеризовать как чисто случайные.

Исследования электронных приборов были лишь частью целой лавины открытий проявлении фликкер-шума как общей характеристики самых разнообразных периодических природных процессов. Колебания поверхности Земли и Солнца, вариации магнитного поля и колебания температуры и давления земной атмосферы, различные биофизические и биохимические процессы, вариации электромагнитного излучения Солнца и интенсивности космических лучей - все это примеры периодических процессов, имеющих характер фликкер-шума. Музыка также представляет собой одну из разновидностей фликкер-шума, и здесь крайне важно отметить поразительное сходство спектров природных фликкер-шумов с частотными характеристиками музыкальных произведений.

Несколько лет назад сотрудники одной из американских астрономических обсерваторий провели компьютерную обработку некоторых волновых процессов, имеющих место на Солнце, с целью трансформации их в звуковые частоты. В результате этой работы была записана и выпущена в продажу грампластинка под названием "Музыка Солнца". Я слышал эту запись: звучание Солнца напоминает величественную органную музыку с ее полифоническим богатством, ее могучими басовыми аккордами, ее великолепием и сочностью созвучий.

Совсем недавно подобный эксперимент был проведен Э.Бойерле, который обработал на компьютере целый ряд периодических параметров Цюрихского озера и озера Лугано. Музыка озер, воспроизведенная на звуковом синтезаторе, "звучит,- по описанию Бойерле, - немного таинственно, напоминая то рокот бури, то игру на органе, то звон колоколов..."

Не являются ли великие музыканты гениальными интерпретаторами, аранжировщиками подслушанной и понятой ими музыки Вселенной? Весьма знаменательным представляется тот факт, "что во многих случаях фликкер-шум аномален: на некоторых частотах мощность колебаний дает сильные всплески, причем одни и те же выделенные частоты встречаются в колебаниях весьма разнородных и вроде бы никак не связанных объектов. Так, колебания с очень близкими периодами, лежащими в пределах от нескольких минут до нескольких десятков минут, наблюдаются в длиннопериодных пульсациях поверхности Солнца и Земли, геомагнитного поля и атмосферного давления, ритмах синтеза белков и деления клеток..."

Одна из разновидностей таких длиннопериодных колебаний была обнаружена более десяти лет назад сотрудниками Крымской обсерватории, установившими наличие радиальных пульсации фотосферы Солнца со скоростью волн порядка 0,8 - 1,0 км/с и периодом 160 минут. Поскольку измерения проводились на пределе чувствительности применявшейся аппаратуры, эти результаты не публиковались вплоть до их подтверждения спустя пять лет американскими астрономами.

Само по себе открытие этих пульсации не может, видимо, произвести особого впечатления на любого человека, далекого от проблем астрофизики-известно довольно много периодических процессов, происходящих на звездах. Однако этот факт приобретает совершенно другую окраску в свете некоторых новейших наблюдений, которые вроде бы свидетельствуют о том, что такие же колебания присущи и другим звездным и галактическим объектам. Высочайшая степень необычности этого явления заставила выдвинуть "оккамову" гипотезу о мнимости этих колебаний, которые наблюдаются лишь благодаря вторичным пульсациям земной атмосферы. Для исключения влияния атмосферы были проведены одновременные наблюдения и замеры колебаний двух астрономических объектов, расположенных на расстоянии в тридцать дуговых градусов. Эксперимент показал, что эффект собственных когерентных колебаний, по-видимому, все же имеет место. Если дальнейшие наблюдения подтвердят эти предварительные данные, то окажется, что мы живем в когерентной Вселенной, Определение "когерентный" употребляется здесь в том же смысле, который придал ему И. Пригожин, писавший: "Когерентной здесь называется система, ведущая себя как единое целое. Когерентность может быть объяснена либо как проявление дальнодействующих сил, либо как реакция на некую вселенскую физическую систему времени".