От ДНК до галактик: почему Вселенная так любит спирали и при чем тут энтропия

Группа физиков-теоретиков разработала математическую модель, способную радикально изменить наши представления о базовых законах Вселенной. На страницах журнала Classical and Quantum Gravity они предложили новый взгляд на знаменитый предел Бекенштейна – правило, определяющее, сколько информации способна вместить заданная область пространства.

Сформулированный в 1970-х годах предел Бекенштейна стал одним из важнейших озарений современной физики. Он показал неразрывную связь между энтропией, информацией и гравитацией. Учёные поняли, что энтропия – которую прежде считали лишь абстрактной мерой беспорядка – на самом деле тесно переплетена со строением пространства и времени. Согласно теории Бекенштейна, максимальный объём данных в физической системе зависит от её энергии и габаритов наименьшей сферы, внутри которой эта система помещается.

Позднее физик Рафаэль Буссо предложил более универсальную трактовку правила. Он связал предел не с энергией системы, а с площадью окружающей её сферы. К такому выводу учёный пришёл, опираясь на условие гравитационной стабильности. Однако, хотя математически эта версия выглядела безупречно и согласовывалась с голографическим принципом, она всё же не передавала в полной мере изначальную идею Бекенштейна. Заменив энергию на площадь, Буссо упустил ключевой момент: именно энергия системы играет определяющую роль в установлении предела.

Авторы свежего исследования пошли другим путём. Они сохранили энергию как ключевой параметр, но выразили её через релятивистскую массу. С помощью знаменитой формулы Эйнштейна E = mc² преобразовали предел, выразив его через массу, а затем соотнесли полученное значение с радиусом Шварцшильда – параметром, который задаёт размер чёрной дыры аналогичной массы.

Результат удивил: вместо сферической геометрии учёные обнаружили торическую структуру пространства-времени. В ней внутренний радиус задаётся радиусом Шварцшильда, а внешний – размером наименьшей окружающей сферы. Такая геометрическая форма не случайна: её подсказали сами фундаментальные структуры, которые мы наблюдаем во Вселенной. Природа не стремится к идеальным сферам – она создаёт спирали, водовороты и кольцевые потоки.

Наша галактика изгибается спиральными рукавами, нити ДНК свиваются в двойную спираль, а потоки материи – будь то вода, воздух или раскалённая плазма в космосе – движутся по кривым траекториям, закручиваясь в вихри. Учёные задались вопросом: разве может энтропия – возможно, главный организующий принцип мироздания – не подчиняться тем же законам?

Особенно интересно, как новая формулировка проявила себя в квантовой механике. Принцип неопределённости Гейзенберга, который традиционно записывали как неравенство и считали неустранимым барьером для точных измерений, в торической модели превратился в строгое равенство. Его можно выразить формулой Δx Δp = (Atorus) / (4π ℓpl²) ħ. То, что казалось полнейшим квантовым хаосом, предстало проявлением глубинной упорядоченности.

Таким образом наука приблизилась к разгадке одной из самых сложных проблем современной космологии – космологической постоянной. При вычислениях с учётом новой концепции исчезает колоссальный разрыв между теоретическими предсказаниями и наблюдаемым уровнем энергии вакуума. Результат указывает на способность пространства с кольцевой геометрией самостоятельно поддерживать равновесие вакуумных сил. Торическая модель энтропии может даже стать ключом к пониманию природы тёмной энергии.

От океанских волн до электромагнитных полей, от взаимодействий субатомных частиц до движения циклонов – везде прослеживается единый фундаментальный узор. Спиральные формы словно вплетены в саму механику развития энергии, материи и пространства. А тор выступает не просто геометрической фигурой, но воплощением самого движения, эволюции и течения времени.

По мнению исследователей, значение их открытия выходит за границы физики. Оно затрагивает сами основы познания мира. Столетиями люди искали истину в незыблемых формах и абсолютных определениях. Но Вселенная не терпит жёстких рамок – она пульсирует, изгибается, закручивается. И наше понимание реальности должно быть столь же гибким, готовым к постоянному обновлению. Мироздание раскрывается не как застывшая конструкция, а как бесконечный танец форм и сил, единый в своей гармонии – от мельчайших частиц до необъятных просторов космоса.