В.Г.Буданов
кандидат физико-математических наук, Институт
философии РАН, лаборатория самоорганизации,
Москва
Структуры в нелинейных развивающихся системах могут возникать (существовать) или, напротив, исчезать (отсутствовать) в областях нелинейных резонансов, известных еще со времен Пуанкаре, а принципы гармонии отражают простейшие правила приоритета, очередности рождения этих структур. Создаются своего рода правила суперотбора и кардинально сокращается время эволюции Вселенной.
Фактически это означает наличие дополнительных факторов направленного нестихийного отбора, самосогласованную эволюцию минимум двух иерархических уровней: квазиконсервативного и диссипативного, последний в процессе структурных переходов создает параметры порядка и новые частоты, пополняя моды первого, которые, резонируя, инициируют эти структурные переходы. При таком механизме реализуются не все возможные резонансные структуры, а лишь энергетически ближайшие.
В столь общей формулировке это скорее руководство к действию, метаидея, требующая всякий раз контекстуального воплощения. В работах [2-3] показана возможность возникновения золотого сечения как волны резонансов.
Если же материя существенно неоднородна, что встречается повсеместно, то пространственные формы нарушают симметрию ЗС, и временная симметрия ЗС становится скрытой.
Таким образом, можно предположить, что золотое сечение встречается много чаще на уровне временных спектров, нежели в пространственных формах (здесь надо оговориться — мы наблюдаем за эволюцией спектра). Быть может, поэтому столь доступен для восприятия язык музыки: консонансы есть отношения первых членов ряда Фибоначчи и их дополнения до октавы.
Может возникнуть вопрос, как столь простой механизм мог остаться незамеченным ранее. Дело в том, что физика овладела идеологией диссипативных структур относительно недавно, около тридцати лет назад (И.Пригожин, Г.Хакен, С.Курдюмов, Ю.Климонтович и т.д.) (химическая кинетика, лазер, турбулентность, плазма и т.д.), в то время как теория консервативных систем развивалась более ста лет в совершенно других предметных областях (небесная механика, теория колебаний, теория поля и т.д.), их первая встреча возникла при построении резонансных моделей происхождения и эволюции Солнечной системы (А.М.Молчанов, А.М.Чечельницкий, К.П.Бутусов); к живым системам такой подход просто не применялся. Кроме того, известно расхожее мнение, что ЗС есть признак лишь живых систем и не встречается в неживой природе, сейчас мы понимаем, что это не так (поверхность Земли, например, образована гигантскими пятиугольниками), просто время эволюции целостных, по-настоящему сложных «неживых» систем слишком велико для нас, впрочем, как и масштабы. Правильнее говорить, что ЗС есть признак эволюционирующих систем, обладающих достаточно богатым структурным иерархическим потенциалом, а также механизмами наследования и коммуникации (внешней и внутренней). Фактически такой подход размывает понятие системы, слишком открыта она обоим, мега- и микроуровням; слишком организмичным становится сам порождающий Универсум, а система — похожей на него. Это свойство эволюционирующих систем обеспечивается в фазах становления за счет креативно-коммуникативного свойства динамического хаоса — непременного условия порождения структуры. Динамический хаос обладает одним замечательным качеством — открывает систему внешнему миру. В этом режиме она «обнажена и беззащитна» по отношению к любым сколь угодно малым внешним воздействиям. Понятие замкнутой изолированной системы становится недостижимой идеализацией. Система вступает в диалог со Вселенной, она причащается Универсуму, ощущает себя его частью и подобием. Именно в хаотических эволюционных фазах возможно восприятие, получение информации из целостного источника, синхронизация и гармонизация системы в согласии с космическими принципами. Подробнее о роли динамического хаоса в эволюционных процессах см. [5].
Со времен пионерских работ А.Л.Чижевского стало ясно, что искать ключ к единству мира следует в установлении законов подобия эволюции различных частей Вселенной и механизмов синхронизации этих частей.
Одним из основных ритмических принципов, пронизывающих реальность, является октавный принцип, согласно которому структуры формируются сериями преимущественно на частотах, кратных либо дробных степеням двойки от некоторой частоты, характеризующей данную серию (М.А.Марутаев называет это качественной симметрией [1]). Еще недавно основным аргументом в его пользу была неизбежность возникновения в нелинейной системе ближайшей второй гармоники, но помимо нее существуют также и высшие гармоники, и комбинационные частоты; кроме того, дисперсия масштабов возникающих структур порождает дисперсию частот, размывающую обычный процесс удвоения. По нашему мнению, выделенный статус процесса удвоения частоты (или периода) в сложных эволюционирующих системах, и принципах гармонии в частности, связан с универсальным масштабно-инвариантным сценарием перехода к хаосу (выхода из хаоса) в нелинейных динамических системах с так называемым каскадом удвоения Фейгенбаума [5].
Однако сам по себе октавный принцип не может ухватить всех тонкостей перестроек эволюционирующих структур, и здесь принципиально необходим учет иерархии ритмов, их взаимной синхронизации. Мы предлагаем реализовать это посредством дерева ритмокаскадов [2, 4].
Структура возникающего временного ряда имеет самоподобный фрактальный характер [4], там же показана эволюционная экстремальность этого закона развития — он реализует наибольшую скорость активизации новых уровней в иерархических сообществах.
Этот подход применяется в [4] для объяснения некоторых закономерностей эмбриогенеза животных и онтогенеза человека. Что касается сложных природных мегасистем — биосфера, Земля, Солнечная система, мы слабо представляем их эволюцию за пределами нашего квазисинхронного среза. Однако и здесь удается обнаружить октавный принцип организации ритмов Солнечной системы, ритмокаскадные корелляции ритмов ближнего космоса и структурных перестроек процессов развития живых систем, активности Солнца, потоков космических лучей на Земле и активности магнитосферы нашей планеты. Хорошо известна связь этих ритмов с биосферными процессами, но теперь природу этой связи можно искать не в дальнем космосе, за счет влияния планет, а в достоверных эффектах воздействия движений Земли, Луны и Солнца, чей физическо-химический механизм воздействия на живые объекты более или менее ясен.
Золотые пропорции (золотое сечение — ЗС) как проявление принципов красоты и гармонии настолько повсеместны в изобразительном искусстве, живой природе, строении человеческого тела, что издревле их распространенность относилась на счет божьего промысла. И современная наука, обнаруживая ЗС во множестве природных и математических структур, по-прежнему в недоумении по поводу истоков системной общности феномена ЗС. Исключение составляют работы Лефевра по ЗС в области психологии да критерий ЗС определения границы ХАОС―ПОРЯДОК в общих системах с динамическим хаосом (Шустер), в начале этой работы мы показали резонансный механизм порождения ЗС в довольно общих эволюционирующих нелинейных системах. Вместе с тем ЗС почти всегда встречается в живых и человекомерных системах, не случайно в неживой природе нет симметрии пятого порядка. Одним из главных признаков живых систем является память — передача информации, что обычно записывается на языке связей поколений (это немарковские процессы), их минимальное число 3: внуки, отцы, деды. Однако основой современного естествознания служит дифференциальная динамика, которая плохо приспособлена для описания таких систем, — приходится использовать язык конечных аппроксимаций. И именно поэтому в рамках дифференциальных систем ЗС не имеет выделенного статуса.
В [2, 3] показано, что это очень широкий функциональный класс систем, то есть ЗС является крайне распространенным феноменом в динамических системах с памятью, что позволяет обосновать распространенность ЗС в развитии социальных, живых и информационных систем, так как переход к логарифмическим координатам дает возможность проводить информационно-энтропийную интерпретацию (так связана энтропия со статвесом); кроме того, многие рецепторы и органы чувств имеют логарифмическую шкалу восприятия.
Допустим теперь, что не только сама природа эволюционирует в согласии с принципами гармонии, но и механизмы восприятия также проводят «гармоническую» обработку информации, и мы несколько «идеализируем» реальность, в чем, возможно, и сокрыта мистическая страсть к ее откровению.
Действительно, самый яркий консонанс — октава: именно удвоение частоты или периода, полное слияние звуков. Допустим, нелинейная система возбуждена на некоторой частоте и имеет богатый спектр гармоник, в идеале все обертоны (кратные) и унтертоны (долевые). Основная гипотеза заключается в том, что обработка спектра при восприятии также происходит по принципам ритмокаскадов — здесь сжатия (умножения) спектра последовательно по степеням двойки. Это есть серия сжимающих отображений спектра, и, следовательно, должны существовать неподвижные точки, причем с каждым шагом их будет становиться все больше. Можно сопоставить неподвижной точке ее возраст — число итераций, прошедших после ее образования, иначе говоря, как часто она повторяется, «слышится» в процессе восприятия звука. Результат такой обработки на равномерном спектре показывает, что основные консонансы и диссонансы и есть наиболее распространенные старшие неподвижные точки такого отображения. Кроме того, такой механизм может объяснить физиологию восприятия столь большого динамического диапазона частот.
Таким образом, гармонические соотношения частот просто чаще попадаются нам в процессе восприятия и, когда мы встречаем их в чистом виде, вызывают эффект «узнавания», «радуя» или «огорчая» наш слух, именно поэтому слух можно развивать не только много слушая, но скорее прислушиваясь к собственному голосу, что и делает ребенок с первых моментов жизни. Слух можно воспитывать, обращая внимание на все новые «неподвижные точки» восприятия, переводя диссонансы в условные консонансы, узнавая новые сочетания в авангардной музыке, звуках восточных инструментов или в экспериментах с электронным звуком. Отметим также, что одной из наиболее подвижных — плохо приближаемых степенями двойки — является формально диссонирующая (хотя скорее это предельная точка локальных консонансов и диссонансов) точка ЗС, что означает некий запрет на звучание в золотой пропорции в спектре целостного объекта (системы с гладким падающим спектром)! Это и означает, видимо, пограничность, призывность к развитию незавершенной структуры, звучащей на ЗС.
На этом принципе можно предложить новый тип неравномерной темперации, назовем ее каскадной темперацией. Напомним, что пифагорейская гамма основана на отношениях, порожденных квинтой 3n/2m, 2m+1/3n, натуральная — отношениями натуральных чисел п/m, 2m/п, равномерная темперация ― 2n/12 .
Мы предлагаем рассмотреть в пределах октавы отношения натуральных чисел и двойки в фиксированной степени k и дополнительные к ним интервалы, то есть n/2k, 2k+1/n. Тогда эти интервалы можно интерпретировать как сжатие ряда обертонов и унтертонов из к+1 октав выше и к+1 октав ниже выбранной частоты до размера одной октавы. Выбирая полный диапазон октав 2к+2 равным диапазону слухового восприятия — 10 октав, находим к=4! Итак, выбирая интервалы п/16, при n = 1,2,...,16, и 32/n, при n=16,17,...,32, мы получаем каскадный строй с 31 неравными ступенями, который содержит фактически меньшее число ступеней 22-27 (в зависимости от того, с какой точностью их объединять). Затем этот строй «разносится» по всем октавам обычным умножением и делением на 2 нужное число раз, что для современной электронной техники не проблема. Отметим, что каскадный строй практически соединяет достоинства натурального и хорошо темперированного строя, но обладает рядом новых качеств: например, появляются новые терции и сексты 16/13 и 13/8, отвечающие ЗС с точностью <0,5%; обертоновая половина строя замкнута относительно разностных частот; сложение унтертоновых интервалов и обертоновых порождает расширенный натуральный строй и т.д. Есть основания полагать, что восточная и европейская музыкальные традиции могут быть представлены единообразно в рамках именно каскадного строя.
Обратимся теперь к полумистической пифагорейской легенде о музыке сфер, той божественной гармонии движения светил, которую якобы можно услышать. Покажем, что в некотором смысле это действительно так.
Октавный принцип, бесспорно известный пифагорейцам, позволяет трансформировать спектр частот произвольной системы в пределы одной октавы и исследовать его на наличие консонансных и диссонансных интервалов.
В качестве частот могут быть выбраны либо сидерические (гелиосистема), либо синодические (геосистема) частоты. Для «античной семерки» светил (от Луны до Сатурна включительно) они вполне могли быть известны в Египте и Вавилоне и принесены Пифагором в Элладу, но не в качестве астрономических знаний, что абсурдно для младенческого уровня греческой науки, а в качестве музыкальных интервалов — степени гармоничности отношений планет, тем более, что диапазон частот обращения светил изменяется примерно в 1000 раз (от Луны до Урана) — именно слуховой диапазон (Уран почти не «слышен» и не виден). Мы выдвигаем гипотезу, и попытаемся ее оправдать, о сакрализации этих знаний и закреплении их в форме космогонических мифов, возможно еще до греков, возможно в эпоху крито-микенской культуры.
Приведем интервалы — отношения частот планет к частоте Земли, пересчитанные в одну октаву с тоникой — Земля ― 1 (1); Плутон ― 1.033(-8), 1.992; Меркурий ― 1.038(+3), 1.575; Марс ― 1.063(-1), 1.874; Сатурн ― 1.085(-5), 1.932; Юпитер ― 1.348(-4), 1.833; Уран ― 1.523(-7), 1.976; Нептун ― 1.553(-8), 1.990; Венера ― 1.625(1), 1.25; Луна ― 1.672(4), 1.545; Солнце — 1.671(4), 1.432. Здесь первое число — интервал в гелиосистеме, в скобках указан номер октавы, второе число — интервал в геосистеме. Можно построить две матрицы взаимных отношений любых планет, просто взяв попарные отношения данных интервалов.
В гелиосистеме компактная группа планет (Земля, Плутон, Меркурий, Марс, Сатурн) в пределах двух тонов символически объединяет все мужские планеты, «возглавляемые» Сатурном, с характерными «земными» качествами и интересами ― война, торговля, и т.д. Интервал Земля — Марс дает, с точностью 0,3%, самый сильный диссонанс — малая секунда! Следующей планетой является Юпитер~ кварта, стоящая особняком. И последняя группа консонирующих с Землей женских планет, «возглавляемая» Ураном: Уран~ квинта, Нептун, Венера, Солнце-Луна~ большая секста-мажор. Они также расположены в пределах двух тонов, и по греческой теогонии Уран действительно породил Гелиос, Селену и Аврору. Замечательно, что сидерический период Луны совпадает с периодом обращения Солнца вокруг собственной оси (27,3 сут.), усиливая резонансы гелиовлияния на Землю. Интересно, что все «супружеские» и подчиненные пары планет Земля-Уран, Венера-Марс и т.д. находятся в отношении квинты — призывного, самого сильного консонанса. Интервал же богини красоты Венеры (1,625) лишь на 0,5% отличен от золотого сечения, а интервал границы Солнечной системы (Солнце-Луна) — Плутон дает (ЗС) 1,618 с фантастической точностью 0,005%!
В целом гелиоматрица гармонична, диссонансы дают лишь отношения планет античной семерки, за исключением Земли, с Ураном, а также отношения Сатурна с высокими планетами, причем роль диссонансного начала для Земли играет Марс. Такие отношения гармонии и дисгармонии есть буквальный изоморфизм космогонического мифа о борьбе богов и титанов, оскоплении Урана Сатурном и наказании Геи! Подчеркнем, что все это можно было знать и в древности! Есть и физические признаки космической катастрофы — ось вращения Урана лежит в плоскости эклиптики, что можно объяснить, лишь серьезным космическим катаклизмом.
Итак, гелиоматрица указывает на следующие попарные связи:
консонансные (или близкие к ним) — Луна (Солнце) — Земля, Меркурий — Нептун — Плутон, Юпитер — Венера — Сатурн;
золотого отношения (или сходного) — Меркурий — Луна (Солнце) — Юпитер — Сатурн, Луна (Солнце) — Плутон;
диссонансные (или близкие к таковым) — Луна (Солнце) ― Нептун — Сатурн — Уран — Марс — Земля, Уран — Венера.
Анализ геоматрицы добавляет ряд новых диссонансов для Земли: Солнце-тритон, Юпитер-большая секунда — и перераспределяет отношения гармонии между планетами. Здесь скорее усматривается архетип следующего этапа мифа космогенеза: свержение Юпитером своего отца — Сатурна и устройство пантеона на Олимпе. Возникает и новое свидетельство присутствия золотого отношения (ЗС): Венера-Луна — 1,618 с точностью 0,005%, Венера-Земля — 1,236, что равно величине 2/1,618, также называемой золотой пропорцией.
Обратим внимание на особый статус Земли. Это не рядовая планета Солнечной системы с позиции принципов гармонии. Фактически только Земля и ее спутник Луна связаны с другими планетами и Солнцем сверхточными золотыми пропорциями как в гео-, так и в гелиоматрице. Можно предложить гипотезу о необходимости гармонических пропорций косморитмов для возникновения жизни, и это дополнительное требование к антропному принципу. Тогда феномен жизни будет еще более редок в планетных системах, хотя можно допускать идею творения в слабой форме: искусственная природа орбит Луны и Земли. Вероятно, золотая пропорция ритмов в биосфере является необходимым катализатором процессов эволюции; так, в [7] показано, что это характеристическое свойство границы порядка и динамического хаоса, на которой и рождаются структуры.
Таким образом, гелио- и геосистемы гармонии вполне могли порождать космогонические мифы о небесном и земном проявлении божественных начал, являясь музыкальным культургенным кодом передачи законов ближнего космоса. Сейчас проводится более тщательный анализ возможных изоморфизмов символических структур мифа и космомузыкального языка предложенного здесь.
Отметим, что многие интервалы планет с точностью до четвертого знака попадают на интервалы каскадно темперированного строя, что также доказывает уместность последнего. Тогда, поднимая частоту Земли на 33 октавы, попадаем между «до» и «до-диез» первой октавы, что легко позволяет восстановить весь строй. При этом частота Солнца равна точно «ля» — 440 Гц и совпадает не только с современным эталоном настройки в оркестре, но есть октавный образ частот «дыхания» Солнца 160 мин, периода его, уже не вращения, но пульсации!
Попробуем теперь перенести с помощью октавного принципа наши гелиоинтервалы в область частот видимого спектра, которая занимает ровно октаву 380 нм — 760 нм, что и позволяет раскрасить гамму в цвета радуги. При этом частота Земли (до) будет отвечать длине волны 501 нм (сине-зеленый цвет), что есть частота максимума спектральной чувствительности красного пурпура — вещества, отвечающего за цветовое зрение у всех позвоночных животных на Земле. Цвет Солнца и Луны (ля) оказался тоже золотистый, а вот соединение краев спектра (красного и фиолетового) происходит на частоте Юпитера (фа) и дает пурпур — цвет власти. Таким образом, впервые удается получить не психофизиологическую, субъективную окраску звуков, но связать высоту звука и цвет сквозным каскадным синхронизмом. Среди композиторов к нашему видению палитры музыкальной гаммы ближе всех Асафьев и Римский-Корсаков.
Очевиден специфический статус Венеры. Как мы видели, в обеих (гелио- и гео-) системах отсчета период обращения Венеры оказывается напрямую связанным с золотой пропорцией: для геосистемы интервал по отношению с Землей равен 2/Ф = 1,236, и это фиксируется в области лилового цвета; для гелиосистемы эта величина близка к самому золотому сечению Ф = 1,618, что соответствует шафрановому цвету. Оба цвета особо отмечены в традиционных одеждах представителей древнейших «краевых» (Восток-Запад) мировых религий — христианства и буддизма. Светло-зеленый цвет ислама также выделен: в геосистеме он отвечает цвету Юпитера и Марса, стоящих рядом.
И последнее, молодой современный композитор Олег Никанкин предложил способ создания фрактальной музыки, музыки с многоголосым полиметрическим рисунком. Его произведения ярко демонстрируют, что консонирующие отношении ритмов порождают гармоническое восприятие, а при отношении ритмов типа тритона возникают депрессивные состояния.
Приведенные октавные изоморфизмы между характерными цветами, принятыми в религиозных традициях и в чувственном восприятии, с одной стороны, и косморитмическими интервалами — с другой, свидетельствуют о ранее неизвестных, глобально-резонансных, пронизывающих десятки порядков свойствах октавной гармонии, обнажающей природу рождения символического в процессе антропогенеза.
С позиций классической нелинейной науки в распространенности консонансных интервалов и доминанты второй гармоники ничего удивительного нет, так как обычно для нелинейной системы наиболее выражены низшие гармоники основной частоты, отношения которых и дают наиболее благозвучные интервалы и октавы. Это свойство можно было бы назвать принципом локальной гармоничности эволюционирующих квазизамкнутых систем, по типу Солнечной системы. Здесь гармония проявлена на уровне безразмерных отношений частот-интервалов, она инвариантна к тональности мелодии, значению самих частот.
Мы предлагаем ввести еще один принцип глобальной гармоничности — наличие цепи октавных синхронизмов, которые М.А.Марутаев называет качественной симметрией и предлагает как фундаментальный закон гармонии мироздания [1]. Выше было показано, что этот принцип может быть обоснован исходя из синергетических механизмов в диссипативных процессах перехода хаос-порядок, порядок-хаос (универсальный каскад удвоения Фейгенбаума). Именно благодаря сценарию Фейгенбаума возможна связь частотных спектров мега- и микромасштабов, наличие гомологических октавных рядов в структурных спектрах Вселенной, в том случае, если глобальный процесс эволюции понимать именно как процесс погружения и выхода из динамического хаоса (подробнее в [5]).
Неслучайные случайности предыдущего раздела и многочисленные примеры, найденные в [1, 5], свидетельствую о том, что октавный принцип, ЗС, ритмокаскады не только соединяют воедино локальные доступные нашему наблюдению области, но и пронизывают реальность на значительно больших пространственно-временных масштабах. Когда промежуточные эволюционные звенья уже не существуют, они наследуют коммуникационные коды и обеспечивают «узнавание» реальности и конструктивный диалог с ней. Именно глобальный гармонический принцип «вписывает» нас в Универсум, наделяя способностью к коэволюции с ним, допуская к безднам информации прошлого, соединяя ритмокаскадными нитями с ныне живущим, отличая искусственное от природного. Возможно, таков нерефлексируемый механизм интуиции, информационный канал, работающий по методу гомологических рядов, аналогии, символов; такова гомеопатическая эмпирика, возвращающаяся сегодня во врачебную практику? Быть может, гармония и есть основной проводник антропного принципа? Сегодня это новая исследовательская программа, которую можно было бы назвать гармонической антропологией.
И последнее замечание относительно квантовой механики, здесь, так же как и для классической струны, мы встречаем в колебательных спектрах у положения равновесия системы те же пропорции частот. В общем случае высокие уровни дают линейчатые спектры переходов, а частичную аналогию частот переходов в водородоподобных атомах и пифагоровой гамме подметил еще Зоммерфельд. Поэтому язык гармонии, видимо, должен быть характерен и для микромира, в котором действительно правит Число квантовое, но всему свое время.
Елена Ивановна Рерих говорила, что ключи к пониманию ритма утрачены в глубине времен. Похоже, что синергетика сможет вернуть их людям.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шевелев И.Ш., Марутаев М.А., Шмелев И.П. Золотое сечение. Три взгляда на природу гармонии. М.: Стройиздат, 1990. С.342.
2. Буданов В.Г. Принципы гармонии как эволюционные синхронизмы — начала демистификации // Труды международной конференции «Математика и искусство». Суздаль, 23-27 сентября 1996. М., 1997. С.116-122. Синергетика ритмокаскадов в эволюционирующих системах // Труды юбилейной сессии РАЕН «Леонардо Да Винчи XX века. К 100-летию А.Л.Чижевского». 27-28 февраля 1997. М., 1997. Буданов В.Г. Синергия гармонии — ключ к эволюции формы и ритма // Мир Огненный, 3/97, № 14. С.22-31.
3. Буданов В.Г. Ритм форм — музыка сфер. (Синергетическая апология). Дельфис. №1(13). 1998. С.56-62. Принципы гармонии как холистические правила эволюционного суперотбора. Современная картина мира. Формирование новой парадигмы. М.: Ин-т микроэкономики, 1997. С.43-57.
4. Буданов В.Г. Метод ритмокаскадов. О фрактальной природе времени эволюционирующих систем. Синергетика. Труды семинара. Т. 2. М.: Изд-во МГУ, 1999. С.33-53 (в печати) // Временная фрактальность в задачах с приоритетами. Ритмокаскады иерархических систем. Проблемы теоретической биофизики. Международная школа МГУ. 1998.
5. Аршинов В.И., Буданов В.Г. Синергетика — эволюционный аспект // Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления. ИФ РАН, Арго, 1994. Шустер Э. Детерминированный хаос. М.: Мир, 1987.