Сергей Попов - Все формулы мира

Нередко одна группа авторов может заниматься моделированием какого-то широкого класса объектов на протяжении десятилетий. За это время не только идет развитие науки, но также появляются новые вычислительные средства, компьютерные языки, алгоритмы. Иногда возникает возможность написать новую версию программы с нуля. Тогда можно перейти на более продвинутый язык (скажем С++ или Python вместо Фортрана), использовать современные вычислительные схемы, ну и, разумеется, добавить новую физику, ради чего все и затевалось. Как правило, это происходит, если в команду приходит новый (и, что важно, молодой) человек. А между такими прогрессивными событиями дорабатывается старая версия путем вписывания новых строк кода, добавления подпрограмм, модулей и т. п. И вот здесь происходит эволюция, весьма похожая на биологическую. Если мы вначале ходили на четырех конечностях, а потом перешли на прямохождение, будут проблемы с позвоночником. Если окажется, что нужен большой мозг, будут проблемы с родами.

Обычно анализ популяции источников начинается с очень простых моделей. Например, вначале мы считаем, что все нейтронные звезды рождаются с очень короткими периодами вращения, с внешней средой не взаимодействуют, магнитное поле у них сохраняется и они замедляют свое вращение по так называемой магнито-дипольной формуле [48] Данная формула определяет темп испускания энергии и замедления вращения шара с дипольным магнитным полем, находящегося в вакууме. . Достигнув определенной комбинации магнитного поля и периода, пульсар выключается – перестает производить мощное радиоизлучение. Задавшись такими предположениями, мы пишем программу, моделирующую эволюцию радиопульсаров, а затем, задав темп рождения нейтронных звезд, начинаем создавать эти объекты в разных частях компьютерной Галактики. Результаты моделирования сравниваем с наблюдениями. Получается что-то похожее, но с заметными отличиями. Начинаем модифицировать нашу модель, пока не достигнем желаемого совпадения.

Какие-то изменения внести достаточно просто: к примеру, задать другое распределение по начальным периодам вращения или по магнитным полям, какие-то – уже сложнее, но можно, например, дописать модули, рассчитывающие движение пульсаров в галактическом гравитационном потенциале другого вида. А вот если вы с самого начала построили программу таким образом, что магнитное поле постоянно, то можно столкнуться с проблемами. Для полей, меняющихся по относительно простым законам, когда уравнения легко интегрируются аналитически, ситуацию еще можно выправить. Но, если эволюция поля слишком сложная, придется существенно переделывать программу или же отказаться от идеи использования таких законов. Еще хуже, если вы захотите учесть тот факт, что заметная доля нейтронных звезд рождается в двойных системах. Теперь вам надо моделировать эволюцию звездных пар. А это отдельная большая проблема. Так что вы или начинаете работу над новым полноценным кодом, куда ваш войдет как часть (как клетки когда-то получили митохондрии), или начинаете делать довольно искусственные упрощения поведения двойных, чтобы хоть как-то учесть их вклад.

Сценарии популяционного синтеза обладают практически бесконечным потенциалом совершенствования, ведь пределом является полное воспроизведение в компьютере вселенной от Большого взрыва до настоящего времени. В наши дни сделано уже очень многое, чтобы к этому приблизиться. Программы EAGLE, Illustris и подобные им рассчитывают эволюцию вселенной от первичных флуктуаций плотности до наших дней, доходя в детализации до масштабов в сотни парсек. Это позволяет воспроизводить облик далеких галактик в таких подробностях, которые сейчас показывают крупные телескопы. Вы можете, например, найти в результатах расчетов эволюции большой области вселенной галактики интересующего вас типа и посмотреть, как они возникали, с чем взаимодействовали. Любой может использовать данные EAGLE или Illustris в качестве начальных условий для своей программы популяционного синтеза населения какой-нибудь галактики. Такие расчеты путем сравнения с данными наблюдений позволяют проверить, насколько хорошо мы понимаем происхождение и эволюцию разнообразных астрономических объектов в рамках большой космологической картины.

Мир земных животных демонстрирует большое разнообразие устройства и характеристик органов зрения [49] На тему эволюции органов зрения можно всячески рекомендовать книгу «Революция в зрении» Марка Чангизи (М.: Corpus, 2014). . Это можно воспринимать и как отличие от математики (ведь она едина), и как сходство (внутри математики есть разные области, сильно непохожие друг на друга, взять хотя бы алгебру и геометрию). Интересно, а как обстоит дело со зрением и математикой в других мирах?

Зрение большинства животных на нашей планете адаптировалось к солнечному излучению (подчеркну, что это верно и для ряда ночных животных, поскольку ночной свет тоже во многом солнечный: отраженный свет луны, звезды, рассеянный солнечный свет в сумерках). Кривая чувствительности человеческого глаза очень напоминает спектр Солнца (желтый и зеленый в радуге мы замечаем лучше всего). Нам незачем было вырабатывать способность хорошо видеть чистый фиолетовый цвет. В других обстоятельствах все могло повернуться иначе. Мы можем представить себе обитаемый мир, всегда укрытый плотным слоем облаков, или планету у очень красной звезды. Это вполне реалистичные варианты. Там глаза могут быть устроены по-другому и будут иметь другую спектральную чувствительность. А может ли существовать другая математика?

Возможно, ответ содержится не в пространстве, а во времени. Не исключено, что и наше зрение, и математика в будущем претерпят значительные изменения. И то и другое может быть связано с развитием технологий. Вряд ли кто-то отказался бы от идеального зрения, к тому же не только в видимом диапазоне, но хотя бы еще в ультрафиолете и ИК. Био-электронно-механические системы будущего могут дать нам такую возможность. Если вместо человека (или вместе с человеком) будут существовать искусственные разумные существа, то их зрение может быть принципиально иным, причем оно приобретет свои свойства не в результате эволюции, а в результате конструирования. Может быть, аналогичный процесс приведет и к созданию другой версии математики (см. главу 15). Будущее предсказывать трудно, проще смотреть на историю.

А.У СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ И СОВРЕМЕННОГО ИСКУССТВА МНОГО ОБЩЕГО. ОНИ ЗАМЕТНО (ТАК, ЧТО ЭТО ВИДНО И НЕСПЕЦИАЛИСТУ) ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ СВОИХ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ ВСЕГО ЛИШЬ ВЕКОВОЙ ДАВНОСТИ. А КРОМЕ ТОГО, В ОБОИХ СЛУЧАЯХ САМЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ С ТРУДОМ ВОСПРИНИМАЮТСЯ НЕПОДГОТОВЛЕННОЙ ПУБЛИКОЙ.