Максим Карпенко

Вселенная Разумная

Вселенной - все это и многое другое укладывается в очень узкие рамки немногочисленных и простых соотношений: природа не роскошествует множеством причин.

Но не только такие, чисто Геометрические черты подобия характеризуют единство Вселенной - имеются признаки, указывающие на наличие динамической связности мироздания.

Одним из параметров динамического подобия, характеризующих периодические, или колебательные процессы, происходящие в природных системах, является так называемый фликкер-шум, в рассказе о котором я буду пользоваться данными, приведенными в статье В. Жвирблиса.

Долгое время считали, что природные периодические процессы, вроде бы не имеющие каких-либо внешних источников модуляции, носят чисто случайный характер и могут быть определены при помощи понятия белого шума, то есть обладают равномерным частотным спектром.

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.