Тольятти 2008

ФФФЕЕЕДДДЕЕЕРРРАААЛЛЛЬЬЬНННОООЕЕЕ АААГГГЕЕЕНННТТТСССТТТВВВООО ПППООО ОООБББРРРАААЗЗЗОООВВВАААНННИИИЮЮЮ

ФФФИИИЗЗЗИИИКККООО---ТТТЕЕЕХХХНННИИИЧЧЧЕЕЕСССКККИИИЙЙЙ ИИИНННСССТТТИИИТТТУУУТТТ

Кафедра «Общая и теоретическая физика»

Антонов В.В.

КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

2

Содержание Литература ..........................................................................................................................................4 Лекция 1. Наука как особая сфера культуры...................................................................................5

Введение .........................................................................................................................................5 Наука...............................................................................................................................................7

Знание и научное знание ..........................................................................................................8 Естественные и гуманитарные науки .....................................................................................9

Вненаучные знания. Паранаука и мистицизм ............................................................................9 Философия вненаучного знания............................................................................................10 Мистицизм...............................................................................................................................11 Естественнонаучная и гуманитарная культуры...................................................................12

Научный метод ............................................................................................................................14 О роли математики в естествознании ...................................................................................16

Принципы, нормы и критерии научности.................................................................................17 Современные модели научного знания .....................................................................................18 Модели развития науки...............................................................................................................20 Научные революции ....................................................................................................................21 Научная картина мира.................................................................................................................22 Наука как социальный институт ................................................................................................23

Лекция 2. Концепции глобального эволюционизма и самоорганизации материи ....................26 Глобальный эволюционизм как интегративное исследование природных процессов.........26 Открытия, свидетельствующие о глобальной эволюции материи .........................................28 Теория самоорганизации – синергетика....................................................................................30 Закрытые и открытые макросистемы. Эволюционизм «принципа возрастания энтропии»31 Синергетика эволюционизирующих систем.............................................................................32

Точка бифуркации. Случайность и закономерность в неравновесных системах ............33 Классические примеры самоорганизующихся систем........................................................34 Реакция Белоусова-Жаботинского ........................................................................................35

Лекция 3. Уровни организации материи........................................................................................35 Представления о структуре и уровнях строения материи .......................................................35 Макромир. Механическая картина мира...................................................................................36 Электродинамическая картина мира. Концепция о двух видах материи ..............................37 Микромир. Квантово-полевая картина мира ............................................................................38

Атомная физика ......................................................................................................................38 Квантовая механика................................................................................................................39 Корпускулярно-волновой дуализм .......................................................................................42

Лекция 4. Современные космологические концепции .................................................................43 Ньютоновская и эйнштейновская космологические модели Вселенной...............................44 Фридмановские модели Вселенной ...........................................................................................45 Модель горячей Вселенной или Большого Взрыва .................................................................46

Модель горячей Вселенной ...................................................................................................47 Холодная Вселенная ...............................................................................................................47

Модель раздувающейся (инфляционной) Вселенной ..............................................................48

3

Время ............................................................................................................................................49 История взглядов на время ....................................................................................................49

Геометрии пространства .............................................................................................................51 Многомерность пространства ....................................................................................................53

Четырехмерное пространство................................................................................................54 Фрактальное пространство ....................................................................................................54

Современная естественнонаучная картина мира .....................................................................56 Общие контуры эволюции Вселенной и принципы ее построения........................................57 Антропный принцип в космологии ...........................................................................................58

Лекция 5. Химическая и биологическая эволюция материи .......................................................59 Наука о веществах и их взаимодействиях.................................................................................59

Методы и концепции химии ..................................................................................................60 Эволюционная химия .............................................................................................................62

Наука о живой природе...............................................................................................................64 Структурные уровни живого .................................................................................................65 Принципы биологической эволюции....................................................................................67 Происхождение жизни на Земле ...........................................................................................71

Лекция 6. Человек как высший результат эволюции Вселенной ................................................74 Биосфера.......................................................................................................................................74 Биогеохимические принципы В.И. Вернадского .....................................................................75

Ноосфера..................................................................................................................................76 Человек. Происхождение человека............................................................................................77 Человек как существо биологическое и социальное................................................................79

Становление социальных отношений...................................................................................80 Генезис сознания и языка.......................................................................................................82 Генезис языка ..........................................................................................................................84

Концепция коэволюции ..............................................................................................................85 Глобальные экологические проблемы в системе «человек – общество – биосфера» ..........86

4

Литература 1. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М.: Гардарики, 1999, 2003. 2. Концепции современного естествознания / В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников и др. М.:

Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997, 2001. 3. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. Курс лекций. М.: 2003. 4. Тулинов В.Ф. Концепции современного естествознания. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. 5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. – М.: Академический Проект,

2004. 6. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. – М.: ООО «Издательский дом

«ОНИКС 21 век»», 2005. 7. Канке В.А. Концепции современного естествознания. – М.: Логос, 2004. 8. Философия науки / Мел Томпсон. – Пер. с англ. А. Гарькавого. – М.: ФАИР-ПРЕСС,

2003. 9. Власова С.В. Естественнонаучная культура, или Наука для каждого. – М.: Изд. МПСИ,

2004. 10. Лешкевич Т.Г. Философия науки. – М.: ИНФРА-М, 2006. 11. Эбелинг В., Р. Файстель. Хаос и космос: синергетика эволюции. – Москва-Ижевск, 2005. 12. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. – М.: Гуманит. изд. центр

ВЛАДОС, 2003.

5

Лекция 1. Наука как особая сфера культуры

Введение «В наши дни ни один человек не может считаться образованным, если он не проявляет ин-

тереса к естественным наукам. Дело в том, что наука – это одно из наиболее важных духов-ных движений наших дней. Тот, кто не пытается понять это движение, выталкивает себя из этого наиболее знаменательного явления в истории человеческой деятельности ... И не может быть истории идей, которая исключала бы историю научных идей» (К. Поппер. Открытое об-щество и его враги. Т. 2, М., 1991, с.327-328).

«Концепции современного естествознания» (КСЕ) - современная дисциплина в системе рос-сийского университетского образования, знакомящая с естественнонаучными знаниями спе-циалистов гуманитарных и социально-экономических направлений. Объем необходимой для изучения информации довольно большой, поэтому используется концептуальный подход (принцип), позволяющий изучать дисциплину в рамках основополагающей идеи и систем взглядов.

Предметом изучения одновременно выступают природа, человек и общество, т.е. предметом изучения являются не конкретно научные и не абстрактно-философские знания, а метанаучные (от греч. Meta – после, за) знания.

Метанаука – есть осмысление науки, т.е. анализ ее основных принципов, главных положе-ний, концептуальных оснований.

Данный курс скорее информативно-мировоззренческого характера, способствующий осоз-нанию научных принципов и закономерностей развития природы – от микромира до Вселенной и Человека, формирующий представления о важнейших направлениях развития современного естествознания и о современной естественнонаучной картине мира.

Название курса связано с тем, что всегда результатами научных исследований являются тео-рии, законы, модели, гипотезы, эмпирические обобщения. Термин «концепция» означает опре-деленный способ понимания, основную точку зрения перечисленных понятий, выражающих сущность предметов, явлений, процессов. С другой стороны, концепция – это система ассоциа-ций и понятий, которая формируется в процессе развитии нашего сознания. К современному же естествознанию относятся концепции, возникшие в XX веке.

Современное естествознание как научная мировоззренческая парадигма в большей степени опирается на физические представления. Физика, обладая научным методом и, формулируя представления о природе на количественном уровне в виде фундаментальных законов и прин-ципов, создала базу объяснения реального физического мира. Без такого объединительного на-чала, невозможно, изучая порознь отдельные естественные науки, познать природу как единое целое. Но в то же время, отвергая попытки познать духовную жизнь человека научными мето-дами, физика стала терять свои позиции, сталкиваясь с неопознанными и необъясненными яв-лениями, которые не укладываются в рамки только физических представлений. В этой связи «путеводной звездой» для современных физиков должны быть слова, сказанные, американским физиком Исидор Раби (1898-1988): «физика составляет сердцевину гуманитарного образова-ния нашего времени».

Курс "Концепции современного естествознания" аккумулирует историю науки, теоретиче-ские, общеначальные и философские аспекты прогресса естественных наук, объяснение и оцен-ку их роли в решении современных технических и, в определенной мере, социальных проблем. Социальные перемены и возможности образования социально-ориентированных (справедли-вых) обществ, в значительной степени определяются уровнем современного производства, реа-лизацией возможностей научно-технического прогресса, порожденного, прежде всего, успеха-ми естественных наук.

6

Важно также подчеркнуть, само построение концепции и овладение ею также является раз-витием сознания, а результатом построения концепций современного естествознания является создание научной картины мира или научной парадигмы.

Современное единство науки выражает единство мира, в самом широком и универсальном его понимании. Оно (единство) скрепляется логической обусловленностью и органической взаимосвязью абстрактного и конкретного, материального и духовного, внутреннего и внешне-го, единичного и всеобщего, теоретического и прикладного.

Новый подход в построении современного естествознания выражает эволюционно-синергетическая парадигма современного развития науки (методологическая основа), предпо-лагающая органическое соединение принципов универсального эволюционизма и самооргани-зации (синергетики) при рассмотрении явлений и процессов материального мира.

Университетский курс «КСЕ» расценивается как фактор необходимости формирования у студентов научного миропонимания, основанного на естественнонаучном знании.

Знакомство с астрономической и физической картиной мира, биологической и химической эволюцией материи позволяет представить естественнонаучную картину мира в единстве мик-ро-, макро - и мегамиров и тем самым подчеркнуть принцип универсального эволюционизма во Вселенной.

Логическим завершением изложения курса будет раскрытие современной естественнонауч-ной картины мира и будущее науки.

Курс является не только обширным, но и чрезвычайно сложным, так как в нем изучаются интегрированно космологические, физические, химические, биологические и другие концепции развития на основе эволюционно-синергетического подхода, порожденного современным есте-ствознанием, который становится доминирующим и в духовном мире, проникая в науки о чело-веке и обществе.

В этой связи задача курса «Концепции современного естествознания» – дать целостное ви-дение мира, представляющего синтез мудрости древних цивилизаций, гуманитарных и естест-венных наук, стать образно «маяком», освещающему путь к пониманию природы, человека и общества.

Предполагается, что дальнейший прогресс науки в XXI в. будет определять учение В. И. Вернадского о ноосфере.

Естественнонаучные знания нужны всем – любое перспективное направление деятельности человека прямо или косвенно связано с новой материальной базой и новыми технологиями, и знание их естественнонаучной сущности является залогом успеха.

Если классическое естествознание (XVII в.) знаменовало собой новый подход (уровень) изучения природы – аналитический, т.е. применение экспериментально-математических мето-дов, то естествознание в современный период развития науки представляет собой:

интегрированную отрасль естественных наук, отрасль, рассматривающую основные кон-цепции в области астрономии, физики, химии, биологии и других наук;

философию развития естественных наук в виде целостной системы представлений об общих свойствах и закономерностях природы, возникающей в результате обобщения и синтеза основ-ных естественнонаучных понятий и принципов, наглядно выражаемой и иллюстрируемой есте-ственнонаучной (общенаучной) картиной мира;

систему знаний и деятельности по их достижению, объектом которых предстает природа – часть бытия, существующая по законам, созданным активностью людей.

Естествознание изучает мир, как он есть, в его естественном состоянии, независимо от чело-века.

Рекомендации по изучению курса. Знания не приходят сами по себе. Как сказал в далекие времена известный мыслитель Васи-

лий Великий (ок. 330 – 379): «Надо учиться не стыдясь, а учить не скупясь», и только в этом случае можно надеяться на успех.

7

За новейшей информацией по курсу следует обращаться к научно-популярным журналам. В связи с широкой распространенностью Интернет, можно найти достоверную и проверенную информацию на сайтах государственных университетов, РАН, научно-исследовательских ин-ститутов. Но в этой «мировой паутине» можно найти также статьи авторов, отвергнутых науч-ным сообществом. Электронные рефераты по курсу «Концепции современного естествознания» зачастую содержат грубейшие ошибки, неточности, опечатки, а порой сознательно искаженные данные, т.е. не являются надежной информацией.

В ТГУ наиболее распространенным учебным пособием по читаемому курсу для студентов является учебное пособие «Концепции современного естествознания» (годы издания 1999, 2003), автором которого является Вячеслав Михайлович Найдыш.

Наука Слово "наука" в русском языке имеет очень широкое значение. Наукой является физика, ли-

тературоведение, учение о сварке (недаром есть институты сварки), наукой является и искусст-во плетения лаптей (оборот "он постиг науку плетения", по-русски вполне допустим, а институ-та по последней науке нет только потому, что это сейчас не актуально).

Европейской родиной науки можно считать Древнюю Грецию, именно там в V в. до н.э. возникла наука как доказательный вид знания, отличающийся от мифологического мышления. «Учеными» древнегреческих мыслителей в современном значении этого слова сделал их инте-рес к самому процессу мышления, его логике и содержанию.

Античная наука дала нам доныне непревзойденный образец законченной системы теорети-ческого знания – геометрию Евклида. Кроме математической теории античная наука создала космологические модели (Аристарх Самосский), сформулировала ценные идеи целого ряда бу-дущих наук – физики, биологии и т.д.

Но как полноценное социально-духовное образование – наука стала с XVII века, когда уси-лиями Г. Галилея и, особенно, И. Ньютона была создана первая естественнонаучная теория и возникли первые научные объединения ученых (научные сообщества).

За 2,5 тыс. лет своего существования наука превратилась в сложное образование со своей структурой. Сейчас оно охватывает огромную область знаний с 15-ю тыс. дисциплин. Число ученых по профессии в мире к концу XX века достигло свыше 5 млн. человек.

В общем понимании: Наука – это система сознания и деятельности людей, направленная на достижение объек-

тивно-истинных знаний и систематизацию доступной человеку и обществу информации. Наука – это форма человеческих знаний, проверенная практикой, являющихся общим про-

дуктом развития общества и составной частью духовной культуры общества; это система поня-тий о явлениях и законах действительности;

В частном понимании: Наука – это особая сфера целенаправленной деятельности человека как на получение новых

знаний (главная цель), так и на разработку новых методов их получения; которая включает уче-ных с их знаниями и способностями, научные учреждения и имеет своей задачей исследование (на основе определенных методов познания) объективных законов природы, общества и мыш-ления для предвидения и преобразования действительности в интересах общества. [Бургин М.С. Введение в современную точную методологию науки. Структуры систем знания. М.: 1994].

С другой стороны, наука – это и рассказ о том, что в этом мире есть и, в принципе, может быть, а вот что «должно быть» в мире в социальном плане, она не говорит – предоставляя это на предмет выбора «большинством» человечества.

Научная деятельность включает в себя следующие элементы: субъект (ученые), объект (все состояния бытия природы и человека), цель (цели) – как сложная система ожидаемых результа-тов научной деятельности, средства (методы мышления, научные приборы, лаборатории), ко-нечный продукт (показатель осуществленной научной деятельности - научные знания), соци-

8

альные условия (организация научной деятельности в обществе), активность субъекта – без инициативных действий ученых, научных сообществ научное творчество не может быть реали-зовано.

Сегодня цели науки многообразны – это описание, объяснение, предсказание, истолкование тех процессов и явлений, которые стали ее объектами (предметами), а также систематизация знаний и реализация полученных результатов в управлении, производстве и других сферах об-щественной жизни, в улучшении ее качества.

Но главной определяющей целью научной деятельности является получение знаний о ре-альности, т.е. научных знаний.

Наука в ее современном понимании является принципиально новым фактором в истории че-ловечества, возникшим в недрах новоевропейской цивилизации в XVI – XVII веках. Именно в XVII в. произошло то, что дало основание говорить о научной революции – радикальной смене основных компонентов содержательной структуры науки, выдвижении новых принципов по-знания, категорий и методов.

Социальным стимулом развития науки стало растущее капиталистическое производство, ко-торое требовало новых природных ресурсов и машин. Наука понадобилась в качестве произво-дительной силы общества. Если древнегреческая наука была умозрительным исследованием (в переводе с греческого «теория» означает умозрение), мало связанным с практическими задача-ми, то только в XVII в. наука стала рассматриваться в качестве способа, обеспечивающего гос-подство человека над природой. Рене Декарт писал: «Возможно вместо спекулятивной фило-софии, которая лишь задним числом понятийно расчленяет заранее данную истину, найти та-кую, которая непосредственно приступает к сущему и наступает на него, с тем чтобы мы добыли познания о силе ... Затем ... реализовать и применить эти познания для всех целей, для которых они пригодны, и таким образом эти познания (эти новые способы представления) сделают нас хозяевами и обладателями природы» (Декарт Р. Рассуждения о методе. Избр. про-изв. М., 1950, с.305).

Науку с ее особой рациональностью следует рассматривать как феномен западной культуры XVII в.: наука – это особый рациональный способ познания мира, основанный на эмпирической проверке или математическом доказательстве.

Знание и научное знание

Наука отличается от всех других видов деятельности в обыденной жизни, в политике, в эко-номике, в искусстве, инженерном деле тем, что в перечисленных сферах человеческой деятель-ности получение знаний не является главной целью.

Знание – это определенное представление всего, чего угодно, в сознании человека, это спе-цифический продукт человеческой деятельности; знание не существует вне человеческого об-щества.

Человек познает окружающий мир в своих повседневных делах и поступках, приобретая при этом знания, необходимые для жизни. Такие знания называются обыденными (или житейски-ми) или здравым смыслом. Достоверность содержания здравого смысла обычно обосновывает-ся ссылками на авторитеты, на опыт отдельных лиц на общедоступные результаты специализи-рованных видов знания.

Научные знания характеризуются осмыслением фактов в системе понятий данной науки, включаются в состав теории, образующей высший уровень научного знания.

Особенности научного знания (характерные черты): систематизированность, присутствие теорий, доказательность, открытость для рациональ-

ной критики и общедоступность. Формами научного знания выступают: научные факты, гипотезы, проблемы, законы, теории,

концепции, научные картины мира.

9

Основными элементами научного знания признаются: установленные факты, закономерно-сти, теории, научная картина мира. Теории – считаются специфическим элементом, присущим только научному знанию.

Результатами науки являются не только научные знания, отличающиеся объективностью, систематизацией, логической обоснованностью, открытостью, практической применимостью; это также и научный метод рациональности, который вышел за пределы науки и проникает во все сферы бытия людей;

технические и методические новации, которые могут применяться вне науки, прежде всего в производстве;

нравственные ценности – образцы честности, объективности, добросовестности, реализуе-мые в профессиональной деятельности.

Главные критерии научного знания – непротиворечивость, подтверждаемость и эффектив-ность.

Естественные и гуманитарные науки

К настоящему времени сложилась устойчивая традиция разделения всех дисциплин на две большие группы, дающие естественнонаучные и социогуманитарные знания, в связи с чем вы-деляют два типа наук естественные и гуманитарные.

Естественные и гуманитарные науки различаются, прежде всего, объектами исследования. Известное в 60-е гг. XX в. противопоставление "физиков" и "лириков" отражало существо-

вание двух дополнительных равноправных способов освоения фактов реального мира - рацио-налистического, выражающегося в системе наук, и эмоционального, выражающегося в системе искусств. Но главный же корень их противоречия и проблем в том, что все относящееся к есте-ственным наукам – считается «точно», т.е. характеризуется числом, а все относящееся к гума-нитарным наукам – считается «неточно».

Такое отношение к двум типам наук выразилось образно в сравнении: «только физика – соль, остальное же – ноль».

Печатные интенсивные дискуссии того времени между «физиками» и «лириками», показали в итоге как несостоятельность и тех, и других на монопольное обладание истиной, так и необ-ходимость более целостного развития культуры, взаимодействия науки и искусства, развития естественной науки о человеке (антропологии) в его индивидуальном и социальном измерени-ях.

В настоящее время все многочисленные дисциплины объединены в комплексы наук – есте-ственных, общественных, технических, гуманитарных и антропологических.

Естествознание – это система знаний и деятельности, объектом которых является природа – часть бытия существующего по законам, созданным активностью людей.

Общественные – система наук об обществе – части бытия, постоянно воссоздающегося в деятельности людей, объектом научного познания выступает общество, которое имеет свои особые законы, которое должно быть определенным образом упорядочено.

Технические науки - изучают законы и специфику создания и функционирования сложных технических устройств, используемых в различных сферах жизнедеятельности.

Гуманитарные науки – системы знаний, предметом которых выступают ценности общества (общественные идеалы, нормы и правила мышления, общения и поведения).

Антропологические науки – совокупность наук о человеке, о единстве и различии его при-родных и общественных свойств.

Вненаучные знания. Паранаука и мистицизм В настоящее время в обществе наблюдается резкое усиление паранаучных тенденций - это

экстрасенсорика, телепатия и телекинез, полтергейст, непознанные летательные объекты (НЛО) и уфология. Указанная тенденция имела место и в прошлом. Новое заключается в масштабах

10

явления и в степени его распространения. Сегодня осуществляется беспрецедентно широкая пропаганда вненаучных концепций средствами массовой информации (СМИ).

Сознание современного человека находится под непрерывным воздействием псевдонаучных концепций. В нашей стране получают все большее распространение различного рода ненауч-ные виды знания: астрология, магия, эзотерические, мистические и т.п. учения. Постепенно, но достаточно определенно они искажают в общественном сознании естественнонаучную картину мира. Игнорирование научным миропониманием способствует распространению догматическо-го мышления и принижению науки перед религией, мифом, магией и паранаукой.

Можно выделить две крайние оценки влияния вненаучного знания на традиционную науку. С одной стороны, резко негативная реакция представителей естественнонаучного сообщества и, с другой стороны, безоговорочное принятие такого знания определенной частью гуманитарной интеллигенции, которая склонна воспринимать вненаучное знание как фундаментальную науку высшего уровня. Если учесть, что именно представители этого социального слоя обеспечивают содержательную часть работы СМИ, то становится понятной одна из причин наблюдаемого масштаба пропаганды вненаучного знания.

Неумеренно высокая оценка вненаучного знания и его противопоставление традиционной науке во многом связано с кризисом концепции сциентизма и усилением антисциентистских тенденций в мире в целом. К тому же постоянное повышение абстрактности теоретического знания при отсутствии адекватной пропаганды научного знания со стороны научного сообще-ства приводит к повышению барьера, разделяющую гуманитарную и научно-техническую ин-теллигенцию. Это приводит к формированию негативного образа науки в общественном созна-нии, падению престижности научного труда и снижению интереса к естественно-научному и техническому образованию в молодежной среде.

Знание следует называть вненаучным тогда, когда, либо оно само, либо способ его получе-ния не соответствует нормам, общепринятым в науке на данном историческом этапе – это так называемое «анормальное знание».

Следует отметить, что анормальное знание неизбежный спутник познавательного процесса, и речь должна идти не об искоренении его, а лишь о формировании в общественном сознании правильного понимания их роли и места в культуре.

История свидетельствует, когда власть «поощряет» тех, кто активно ставит статус научного миропонимания в современном обществе не выше, чем любого мифа, то власть «выступает», по существу, за беспредельный мировоззренческий плюрализм.

Ушедший в историю земной цивилизации XX в. был в политическом отношении веком кон-фронтации двух идеологий, веком борьбы капитализма и социализма. Но именно этот период в истории развития цивилизации отмечен грандиозными успехами естествознания и практиче-ских его воплощений: создание атомных реакторов (раньше, атомных бомб), телевидения, ком-пьютеров, выход человека в космос, расшифровка генетического кода – эти и другие достиже-ния зримо изменили стиль и образ жизни человека и в то же время породили негативную реак-цию общественного сознания на угрозу массового уничтожения, глобальный экологический кризис, непомерную стоимость научных проектов (например, космические программы).

Философия вненаучного знания.

Вненаучное знание делится с известной долей условности, на заблуждения, связанные с ис-следованиями людей, убежденных, что они создают подлинную науку, и паранауку (антинауку, псевдонауку, «альтернативную науку»), куда входят такие «науки», как астрология, оккультные «науки», магия, колдовство и т.д.

Причем с исторической точки зрения «заблуждающейся разум» является необходимым в силу самого характера процесса познания, и он свойствен любой науке.

Представители и приверженцы концепции «постмодернизма» призывают использовать лю-бые учения, вплоть до мистики, суеверий, магии, астрологии и т.д., лишь бы они оказывали те-рапевтическое воздействие на современное больное общество и индивидов. Они полагают, что статус научного миропонимания в современном обществе не выше, чем любого функциональ-

11

ного мифа, и выступают, по существу, за беспредельный мировоззренческий плюрализм. Одна-ко подобная позиция при абсолютной нейтральности научного мировоззрения к псевдонауке ведет к интеллектуальному анархизму. Более того, при таком подходе научного сообщества к псевдонауке, который ширится в современном мире, мы можем уже достаточно скоро оказаться свидетелями победы суеверия над научным мировоззрением.

Всегда наиболее велико влияние паранауки именно в критические моменты развития обще-ства и индивида. Это потому, что паранаука действительно выполняет некоторую психо- и ин-теллектуально-терапевтическую функцию, служит определенным средством адаптации к жизни в период социальной и индивидуальной нестабильности. Ведь в трудную минуту всегда легче обратиться к Богу, астрологу, колдуну и т.д., чем к разуму и научному мировоззрению, ибо упование на трансцендентные силы связано лишь с верой и ожиданием свыше какого-то блага. А это освобождает индивида от необходимости делать свой собственный, порой трудный, вы-бор и от ответственности за положение дел и сравнительно легко обеспечивают душевный комфорт. Между тем строгие научные выводы, обращенные к разуму и совести личности, мало кому приносят счастье и душевное спокойствие, ибо возлагают ответственность за поступки на самого человека.

Что же касается рационалистического, научного познания, то ее статус, общекультурное значение и просветительская функция, несовместимы с теми псевдонаучными бессмыслицами, которые непрерывно обрушиваются на голову современного человека. Это требует от научного сообщества более активного распространения научного миропонимания. Ибо игнорирование научного миропонимания может повлечь за собой опасные социальные последствия. Эта опас-ность возрастает во много раз, когда наблюдается союз политической власти и паранауки. При-мерами тут могут служить и инквизиция, и религиозный фанатизм, и фундаментализм, и фа-шизм, и лысенковщина, а также гонения на кибернетику, генетику и т.д. Современное научное и интеллектуальное сообщество не должно смотреть на засилье псевдонауки со снисходитель-ной усмешкой, ибо оно в таком случае улыбается своей собственной нравственной ущербности.

Мистицизм

Развитие науки на рубеже XX – XXI вв., как ни странно, соседствует с широким распро-странением мистики, иррационализма, оккультного, эзотерического (тайного) знания. Мисти-ческий опыт определяется как «тип интенсивного религиозного опыта», при котором субъект чувствует себя сливающимся с «космической тотальностью». Мистическое сознание включает веру в непосредственную связь человека со сверхъестественным, веру в чудо. Самое древнее историческое проявление мистики просматривается в первобытных шаманско-оргиастических культурах. «Шаманизм – это установленная обществом и выраженная в определенной форме экстатическая связь людей с потусторонним миром, служащая интересам всего общества». Это достижение разными способами (например, монотонно повторяющимися звуками) «путешест-вий в иные миры» - проникновение в глубины сознания, заполненного первобытными инстинк-тами, воспоминаниями детства человеческого рода и элементами коллективного бессознатель-ного.

Истоки мистицизма – это бессилие отдельного человека перед природными и общественны-ми силами, противоречия общественной жизни, чувство страха, потребность человека в вере (не обязательно в Бога), комплекс чувств и настроений, связанных с поиском смысла жизни. Инди-видуальный тип личности – фантазер, наиболее близок к мистику, ищущему смысл жизни вне реальной жизни. Но именно страх следует считать одним из истоков мистицизма (американ-ский исследователь феномена страха Р. Мэй).

Истоком мистицизма в XX в. стало и само научное познание. Некоторые ученые увлечены внешним аналогом между современной физической картиной мира и мистическими образами Древнего Востока (восточным мистицизмом) и во многом склонны к выводу, что «физика ста-новится ветвью психологии». Но такая «параллель» скорее отражает законы психической дея-тельности человека, а не объективные физические законы материи.

12

Человеку разумному и сейчас надо постоянно различать объективное содержание научных знаний (фактов, законов, принципов, теорий) и их мировоззренческую (философскую, религи-озную, нравственно-эстетическую и т.п.) трактовку. Сознание само выбирает (научную, анти-научную, мистическую или промежуточную между ними) картину мира, и обязательно включа-ет в нее свое собственное «я», но опять же, сознание обязано различать субъективное и объек-тивное в создаваемых картинах мира.

Квантовая физика, теория относительности открыли много странного, непривычного с точки зрения здравого смысла, обычной земной практики. Это наводит на мышление и размышления даже ученых, что их связь с восточной мистикой и еще более древней мифологией «Тантра мо-жет рассматриваться как древняя ветвь квантовой физики» (М. Талбот). Талбот интерпретирует квантовую физику таким образом, что мир не что иное, как суперголограмма, которую сознание творит для себя и которую оно может познавать и даже изменять.

В пользу такого представления свидетельствуют обряды – ходить босиком по раскаленным углям, не испытывая болезненных ощущений и не обжигаясь; для нашего времени характерна «космическая религия» - обожествление внеземных цивилизаций, древних ритуальных методов лечения, наукообразие старых мистических представлений.

Если традиционный мистицизм обладает таинственностью, сложностью достижения мисти-ческого достижения единения человека с божеством, исключительностью посвященных – и озарением очень немногих, то современный же неомистицизм отличается направленностью на получение телесных удовольствий, использованием упрощенной практики йоги (со временем – наркотиков), отличается синкретизмом, т.е. смешением разнородных учений Запада и Востока, растущей массовостью на обладание мистическими знаниями и способностями.

Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Понятием «культура» обозначаются различные явления: от сортов растений до системы по-ложительно значимых ценностей в жизнедеятельности людей.

Любой объект есть достояние культурной реальности, если он обработан или переделан людьми для удовлетворения их потребностей. В этом контексте все созданное человечеством есть культура. Однако с точки зрения широкого толкования выражение «все» и «ничего» могут быть поняты как тождественные.

Различают три содержательных типа культур – материальная, социальная и духовная. Основные виды духовной культуры: мораль, право, мировоззрение, идеология, искусство,

религия, наука. В области науки выделяются системы знаний о природе – естествознание (естественные

науки) и системы знаний о позитивно значимых ценностях бытия человека, социальных слоев, государства, человечества – гуманитарные науки. Таким образом, система научных знаний представляет две разновидности культуры: естественнонаучную и гуманитарную.

Специфика естественнонаучной культуры состоит в том, что знание о природе постоянно совершенствуется, отличается высокой степенью объективности, представляет собой наиболее достоверный (истинный) массив человеческого знания, кроме того, это глубоко специализиро-ванное знание.

Специфика гуманитарной культуры состоит в том, что знание о системе ценностных зави-симостей в обществе активизируется исходя из принадлежности индивида к определенной со-циальной группе. В основе актуализации чаще всего лежат общечеловеческие ценности (гума-низм, демократия, права человека, нормы морали и т.д.). Все это имеет решающее значение в социальной адаптации индивида.

В такой трактовке культура представляет систему средств человеческой деятельности, бла-годаря которой программируется, реализуется стимулируется активность индивида, групп, че-ловечества в их взаимодействии с природой и между собой (инструменталистская культура).

Эти средства создаются людьми, постоянно совершенствуются и состоят из трех содержа-тельных типов культур – материальной, социальной и духовной.

13

Материальная культура – совокупность вещественно-энергетических средств бытия чело-века и общества, включающая: орудия труда, активную и пассивную технику, физическую («телесную») культуру индивида и населения, благосостояние человека и общества и т.д.

Социальная культура – включает систему привил поведения людей в различных видах об-щения и специализированных сферах общественной деятельности, а также этикет, профессио-нальную, правовую, религиозную, светскую, нравственную, экономическую и другие разно-видности нормативной деятельности.

Духовная культура – является составной частью культурных достижений человечества, представляет собой многообразную систему знаний, состояний эмоционально-волевой сферы психики и мышления индивидов, и непосредственных форм их выражений – знаков. Универ-сальным знаком является язык – естественный и искусственный, звуковой (речь) и письменный.

В широком смысле, культура – это все то, что создано человеком в ходе его исторического развития; совокупность созданных человеком материальных и духовных ценностей; способ-ность человека производить и использовать ценности.

Современный человек живет и всегда жил только при соблюдении определенных условий бытия, прежде всего, удовлетворяя свои потребности в пище, одежде, жилище, тепле, т.е. мате-риальные (биологические) потребности. С развитием цивилизации материальные потребности растут и совершенствуются: люди создали высокотехнологическое производство, возвели горо-да с системами коммуникаций и транспортных сетей, обеспечили себя теплом и электроснаб-жением, создали широкую сферу услуг, включая медицину и образование.

Но только материальные потребности людей не исчерпывают всех их потребностей. У чело-века всегда востребована духовность – потребность в развитии знаний, чувств и ощущений, развития воли, характера и т.д. Для удовлетворения духовных потребностей им создана наука, искусство, философия, литература, мораль, религия и т.д. Материальными носителями духов-ного являются – язык, книги, художественно-изобразительные средства. За историю своего су-ществования человеческая цивилизация создала огромные духовные ценности: научную карти-ну мира, художественно–образные произведения; идеи и идеологии; философские системы; ре-лигии; правовые и социальные институты; эстетические нормы и т.д.

Развитие и совершенствование духовного мира является, в конечном счете, одним из важ-нейших элементов смысла существования человека на Земле.

Можно образно сказать, что именно духовная культура «делает человека Человеком». На рубеже XX – XXI вв. первостепенное значение для культуры стала приобретать ее антропная основа.

Важнейшей частью духовной культуры является наука, как самое молодое достижение ци-вилизации, после религии, искусства, правосознания.

Научной культурой называют совокупность систем ценностей, идеалов, стилей мышления, методологических установок, присущих отдельным дисциплинам и их комплексам. Из-за раз-личия естественнонаучного и гуманитарного познания возникло и получило распространение представление о «двух культурах» в науке – естественнонаучной и гуманитарной.

В XX в. произошел заметный и все более увеличивающийся разрыв между двумя научными культурами благодаря грандиозным успехам естествознания и последовавшей за этим научно-технической революции (НТР): овладение атомной энергией, создание всемирных телевизион-ных систем, выход человека в космос, расшифровка генетического кода и т.д., – в итоге изме-нился стиль и образ жизни человека.

Гуманитарная же культура предъявить что-либо равноценное не смогла. Английский писа-тель Ч. Сноу «вынужден» был сформулировать альтернативу «двух культур» - научно-технический и художественно-гуманитарной, - по его мнению, разделенных настолько в совре-менном мире, что представители каждой из них не понимают друг друга. Но естественнонауч-ная и гуманитарная культуры – это грани единого целого, и в актуальности они не уступают друг другу.

14

Развитие естествознания в XX в. связано с глобальной математизацией науки, приведшей к успешному применению математического моделирования для описания явлений и природных процессов и на этой основе получены выдающиеся открытия. В этой связи естественные науки приобрели статус «точных наук», соответственно гуманитарные науки в массовом сознании пе-решли в разряд «неточных наук», или вообще «не наук».

Сейчас предпринимаются попытки исследования моделей искусства в рамках кибернетики ("кибернетические теории искусства"), но их общим дефектом является стремление к дурно по-нятой "математизации". На самом же деле и здесь общие принципы должны не привноситься извне, а возникать на базе анализа конкретного материала той или иной области человеческой деятельности.

Дискуссию вызывает вопрос, как в эту концепцию входит понятие числа. Это действительно трудный вопрос, потому что возникновение понятия числа столь древнее явление, что едва ли остались следы, как люди пришли к этому понятию, т.е. в результате абстрагирования каких моделей оно возникло... Но оказывается, что это не совсем так - следы остались!

Например, они обнаруживаются в японском языке. В этом языке существуют специальные группы числительных, скажем, для круглых предметов, совсем другие числительные для длин-ных предметов, совсем другие числительные для живых предметов и так далее. С точки зрения, европейской грамматики это оформляется, сейчас, правда, не как различные числительные, а как одни и те же числительные, к которым прибавляются различные суффиксы. Но это вопрос лишь описания этого языкового явления. Можно сделать вывод, что система японских числи-тельных представляет собой некоторый рудимент хода мыслей, в котором люди пришли к абст-рактному понятию числа и, где-то на самом первоначальном уровне еще питекантропов, для арбузов была одна система числительных, для дынь - другая, для палок - третья, для людей - четвертая.

Конечно, это система далеко не уходила - раз, два, три и все, но, во всяком случае, для каж-дого набора предметов были собственные слова для их счета. Потом постепенно было замече-но, что, можно использовать одни и те же слова для всех предметов круглой формы, но для предметов продолговатой формы остались другие слова. Только на очень высокой ступени раз-вития пришли к той мысли, что вообще конкретная суть предметов роли не играет и счет можно производить в совершенно абстрактной форме.

Таким образом, моделями здесь были процедуры счета конкретных вещей, причем для каж-дого конкретного вида предметов использовались свои слова. А потом было замечено, что эти процедуры очень схожи, и было выработано понятие числа, как схемы любого конкретного сче-та.

Но что сложнее, человек, созданный Вселенной или сама Вселенная? В этой связи актуально задуматься над ситуацией: что может означать для современного че-

ловека быть богатым? Это не просто обладание желтым пластичным металлом или защищен-ными банкнотами – это предмет вожделений, страстей, символ власти, престижа среди подоб-ных и зависти, граничащей с ненавистью. И этот смысл управляет поведением человека не меньше природных факторов, а то и больше, раз «люди гибнут за металл». Это реальность, в которой методы исследования, применяемые в естествознании, не эффективны и в которую им «нет доступа», но зато есть возможность гуманитариям компетентно заняться «очеловечивани-ем», прояснением смысла бытия человека, общества, Вселенной.

Сейчас становится очевидным, что ведущей тенденцией развития цивилизации в ближай-шем будущем станут интеграционные процессы. Уже сегодня реализуются научные программы «Великого единения» самых разнообразных научных и философских идей. Новому, более вы-сокому уровню цивилизации должна соответствовать более высокая ступень развития человека и человеческого общества в целом в их взаимодействии с природой.

Научный метод В одной старой китайской притче некий щедрый рыболов делится своим уловом с голод-

ным крестьянином. Но когда тот приходит за рыбой и во второй, и в третий раз, становится

15

ясно, что много проще решить проблему, научив крестьянина самого ловить рыбу, чем каж-дый раз заниматься филантропией. Научить, как ловить рыбу, - значит, дать метод, т.е. систему правил, приемов практической деятельности.

Основоположником научного метода, провозгласившего, что всякое знание должно базиро-ваться на фактах и эксперименте, стал Френсис Бэкон (1561-1626). Бэкон утверждал, что при сборе данных нужно не только отыскивать то, что подтверждает наши мысли, но учитывать противоречащие им факты. Этим он предвосхитил труды философа XX в. Карла Поппера, сде-лавшего фальсификацию, а не верификацию подлинной проверкой гипотезы. «Решающая про-верка теории происходит, когда вы отыскиваете факты, противоречащие ей». Бэкон усматривал в природе механическую причинность, то есть суть вещей заключается непосредственно в про-шлом, а не определяется целями, отнесенными к будущему. Бэкон и другие (включая Ньютона) склонялись к признанию двух божественных книг: одной была Библия – истина, поведанная людям, другая – природа. Но именно механическая причинность привела к устранению влияния религии и личности на научный метод. Это означало, что только наука могла исследовать мир методично, рационально и беспристрастно, но при этом демонстрируя постоянно практическую выгоду своих открытий. [8, с.30].

Не случайно, являясь современником Р. Декарта, Фрэнсис Бэкон выдвинул знаменитый афоризм: «Знание – сила». Ф. Бэкон пропагандировал эксперимент как главный метод научного исследования. Считал, что только с научной инквизицией (пыткой природы) раскрываются тайны природы (сравнение - русское слово «естествоиспытатель»).

Сопоставляя естественные науки (физику, биологию, химию) с гуманитарными областями человеческой деятельности (философией, искусством, религией, литературой, музыкой), можно отметить, что истоки их во многом различны.

Объекты гуманитарных дисциплин созданы человеком, его вдохновением и талантом и воз-действуют на наши эмоции и разум, мы собираем эти сочинения и передаем их из поколения в поколение. Но как творят свои произведения артисты, писатели, композиторы, художники оста-ется тайной.

Научные открытия основываются на проведенных наблюдениях и логических выводах из них. Наука ничего не принимает на веру и ее ключевое правило – проверять, и в науке методы получения нового знания объединены в определенную систему так называемую методологию проведения научных исследований.

Научный метод представляет собой совокупность приемов или операций применяемых в ис-следовательской деятельности от наблюдений объекта и события до построения теории и ее проверке.

Всякий научный метод – это свод регулятивных правил по выработке нового знания (эмпи-рического или теоретического). [8, c.19].

Анализ и оценка различных методов осуществляется особым учением – методологией науч-ного познания. Методология – это учение о принципах построения, формах и способах научно-го познания. [4, с.11].

Методология выделяет общие методы исследования, используемые большинством наук и тесно смыкается с формальной логикой, выясняющей структуру научного знания и описываю-щая его на языке символов и формул.

Знание того, как добывается знание, - означает возможность, во-первых, воспроизводить и проверять достоверность уже имеющегося знания, а во-вторых, получать новое знание.

Таким образом, сущность научного метода можно представить такой процедурой получения научного знания, которая позволяет его воспроизвести, проверить и передать другим, а наука – тем и выделяется, что в ней методы получения нового знания стали предметом анализа и от-крытого обсуждения.

А. Пуанкаре справедливо подчеркивал, что ученый должен уметь делать выбор фактов. «Метод – это, собственно, и есть выбор фактов; и прежде всего, следовательно, нужно оза-ботиться изобретением метода» (А. Пуанкаре. Цит. Соч., с. 291).

16

Европейской родиной науки можно считать Древнюю Грецию только потому, что именно древнегреческими мыслителями был определен метод наведения порядка в хаотичном прежде мире разнообразных опытных данных. И только спустя более 20-ти веков в XVI - XVII вв., бы-ла осознана важность экспериментально-математического метода (Г. Галилей и Р. Декарт), на основе которого выросло классическое естествознание.

Научный метод – это инструмент в руках человека. Он может подсказать, как добиться того или иного результата. Наука может существенно поднять степень комфортности нашего суще-ствования, она знает или будет знать, как это сделать. Но во имя чего все это надо делать, что в конечном итоге хочет человек утвердить на Земле – эти вопросы находятся вне компетенции науки.

В этой связи государство, общество смотрит на науку «куда более трезво», т.е. начинают осознавать, что у научного метода есть свои издержки, область действия и границы примени-мости. Ожидания цивилизованного мира (60-70-е гг. прошлого века) от перспектив развития науки явно стали не восторженными: по крайней мере, с обеспечением всеобщего благополучия наука явно не справилась, это и не входит в функцию науки как социального института.

На пути к всемогуществу науки стоят фундаментальные барьеры-границы: это исходная по-сылка эмпиризма, что конечным источником человеческого знания является опыт (во всех воз-можных формах), который всегда неизбежно ограничен; это и исходная посылка рационализма как вечного «противника» эмпиризма, основанная на дедуктивной модели развертывания зна-ния; это и сама природа человека – как существа макромира с макропредставлениями, никак неподходящими к микро- и мегамиру. Сформировать макрообраз, полностью адекватный мик-ромиру и мегамиру невозможно. Наш «познавательный аппарат» при переходе к областям ре-альности, далеким от повседневного опыта, теряет свою надежность.

Бесспорно, открывая человеку большие возможности, наука одновременно высвечивает и области невозможного. Все это свидетельствует об одном, что реальный мир гораздо богаче и сложнее, чем его образ, создаваемый наукой.

О роли математики в естествознании

В классическом естествознании научность (достоверность, истинность) знания стала опре-деляться степенью его математизации. Преимуществом математического языка является его краткость и компактность. В современном естествознании роль математики (другими словами, формализации) очень велика.

Выразим некоторые специфические черты математики высказываниями ученых. «Книга природы написана на языке математики» – утверждал Г. Галилей, поэтому «Те, кто

хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставят перед собой неразре-шимую задачу. Следует измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что таковым не яв-ляется».

«В каждом знании столько истины, сколько есть математики», - вторил ему Э. Кант. По изречению Пифагора: « Все вещи суть числа». Но как заметил академик А.А. Марков (1903-1973): «…математика, в сущности, наука гума-

нитарная, потому что она изучает то, что человек напридумывал». Джон фон Нейман (1903-1957) – американский математик и кибернетик сказал: «Если люди

не верят, что математика проста, то только потому, что не осознают, как сложна жизнь». Один из основателей квантовой механики Вернер Гейзенберг, получивший, кстати, началь-

ное классическое гуманитарное образование, сказал: «Среди конкурирующих научных гипотез истинной следует признать ту, из которой вытекает более гуманитарные, нравственные выво-ды».

Но самым точным определением математики, по мнению Канке В.А. - автора учебника «Концепции современного естествознания», является определение Николая Бурбаки (коллек-тивное имя группы французских математиков): «Математика – наука о структурах; под струк-

17

турой имеется в виду определенным образом упорядоченное многообразие математических элементов (чисел, функций и т.п.)».

И все же для гуманитарного склада мышления математика часто затрудняет восприятие смысла. Это означает, что не все сводится к математике. Научная интуиция и гениальные до-гадки в процессе познания не формализуются, и формализовать их никогда не удастся. «Логики открытий» не существует.

Но и это не значит, что гуманитариям следует пренебрегать математикой, и не использовать ее в своих доказательствах.

Принципы, нормы и критерии научности XX в породил отрыв теории от непосредственно наблюдаемой реальности и проверка ис-

тинности теории перестала непосредственно осуществляться прямыми наблюдениями и экспе-риментом по причине невозможности их осуществления. И авторитет науки стал зачастую ис-пользоваться для придания большего веса всякого рода откровениям пророков, целителей, ис-следователей «астральных сущностей».

Для разграничения псевдонаучных идей и собственно науки разными направлениями мето-дологии науки сформулированы принципы научности.

Один из них - принцип верификации: какое-либо понятие или суждение имеет значение, если оно сводимо к непосредственному опыту, т.е. должно быть эмпирически проверяемо. Если же найти нечто эмпирически фиксируемое для такого суждения не удается, то такое суждение ли-бо тавтология, либо лишено смысла.

Но поскольку понятия развитой теории, как правило, не сводимы к данным опыта, то допус-кается косвенная верификация. Например, указать опытный аналог понятию «кварк» (гипоте-тическая частица) невозможно, но кварковая теория предсказывает ряд явлений, которые воз-можно зафиксировать опытным путем, т.е. экспериментально. И тем самым косвенно верифи-цировать саму теорию.

Принцип верификации позволяет в первом приближении отграничить научное знание от яв-но вненаучного.

Однако он не действует там, где система идей скроена так, что решительно все возможные эмпирические факты можно истолковывать в «свою пользу» – это идеология, религия, астроло-гия и т.п.

В таких случаях прибегают к другому принципу разграничения науки и ненауки - принципу фальсификации, предложенному английским философом XX в. Карлом Поппером (К.Поппер (1902—1994) - основатель критического рационализма ХХ века). Формулировка принципа фальсификации следующая: критерием научного статуса теории является ее фальсифицируе-мость или опровержимость, т.е. знание может претендовать на звание «научного», если оно в принципе опровержимо.

«В той степени, в которой научное высказывание говорит о реальности, оно должно быть фальсифицируемо, а в той степени, в которой оно не фальсифицируемо, оно не говорит о ре-альности» (К. Поппер. Открытое общество и его враги. Т. 2, М., 1992, с. 21).

К. Поппер обращает серьезное внимание на значительную асимметрию процедур подтвер-ждения и опровержения в познании. Никакое количество падающих яблок не является доста-точным для окончательного подтверждения истинности закона всемирного тяготения. Однако достаточно всего лишь одного яблока, полетевшего прочь от Земли, чтобы этот закон признать ложным.

Простой и глубокий смысл этого принципа в том, что есть всегда возможность, попытка фальсифицировать, т.е. опровергнуть теории, дающие обратные эффекты подтверждения ее ис-тинности и научности.

Можно, правда, заметить, что принцип фальсификации делает любое знание гипотетичным, т.е. лишает его законченности, абсолютности, неизменности. Но это, в принципе, и неплохо: угроза фальсификации держит науку «в тонусе».

18

Теория, неопровержимая в принципе, не может быть научной. К примеру, идея божествен-ного творения мира в принципе неопровержима. Но раз эта идея неопровержима, значит, она вне науки.

Любая теория, разрешая одни явления, как правило, запрещает другие. Например, вечный двигатель, превышение скорости света, наследование приобретенных признаков и т.п. К. Поп-пер даже отважился на утверждение, чем больше теория (наука) запрещает, тем она лучше. Можно дополнить данное утверждение: «чем больше вненаучная теории запрещает, тем она хуже».

В науке существуют определенные нормы и идеалы научности, свои эталоны исследова-тельской работы и хотя они исторически изменчивы, но все же сохраняют некий инвариант та-ких норм, обусловленный единством стиля мышления, сформулированного еще в Древней Гре-ции. Его принято называть рациональным. Этот стиль мышления основан, по сути, на двух фундаментальных идеях:

• природной упорядоченности, т.е. признания существования универсальных, закономер-ных и доступных разуму причинных связей;

• формального доказательства как главного средства обоснованности знания. В рамках рационального стиля мышления научное знание характеризуется следующими ме-

тодологическими критериями (нормами). Именно эти нормы научности входят в эталон науч-ного знания постоянно.

• универсальность, т.е. исключение любой конкретики – места, времени, субъекта и т.п. • согласованность или непротиворечивость, обеспечиваемая дедуктивным способом раз-

вертывания системы знания; • простота; хорошей считается та теория, которая объясняет максимально широкий круг

явлений, опираясь на минимальное количество научных принципов; • объяснительный потенциал; • наличие предсказательной силы. Для ученых и науки актуален всегда следующий вопрос: какое знание действительно науч-

но? В естествознании важнейшее значение придается характеру подтверждаемости теории эмпирическими фактами. При характеристике естественнонаучной теории, заметьте, использу-ется не термин «истинность», а термин «подтверждаемость». Ученый должен стремиться к точ-ности выражений и не использовать многозначные термины Основной критерий научности ес-тествознания в этой связи – это подтверждаемость теории. Термины же «истинность», «истина» имеет более широкое толкование и используется и в естествознании, и в гуманитаристике, и в логике, и в математике, и в религии, т.е. специфику естествознания он не выражает в сравнении с термином «подтверждаемость», имеющего для естествознания первостепенное значение.

В гуманитаристике теории ранжируются по степени их эффективности. В XX-м веке гума-нитарные дисциплины стали удовлетворять двум требованиям научного знания: 1) знание должно позволять понимать изучаемые явления и 2) осуществлять по поводу них ретросказание прошлого и предсказание будущего. Оба эти требования гуманитаристика выполняет, но делает это не посредством понятий и гипотетико-дедуктивного метода и не на основе критерия под-тверждаемости, а благодаря опоре на ценностные представления, прагматический метод и критерий эффективности – являющиеся тремя главными научными основаниями гуманита-ристики.

Современные модели научного знания Современная наука держится на определенной методологии – как совокупности используе-

мых методов и учении о методе. Созданная античными мыслителями логика (учение о законах и формах правильного мыш-

ления) относилась уже не к самому познаваемому миру непосредственно, а к мышлению о нем. Т.е. объектом мышления стала не природа (окружающий мир), а их мыслительные аналоги –

19

абстракции, понятия, суждения, числа, законы и т.п. Оказалось, что эта идеальная реальность по-своему упорядочена, логична и закономерна, и ничуть не меньше, если не больше, чем сам материальный мир. Знание приобрело свою собственную, относительно самостоятельную сфе-ру бытия – сферу теории.

В XVII в. Ф. Бэкон и Р. Декарт сформулировали две разнонаправленные методологические программы развития науки: эмпирическую (индукционистскую) и рационалистическую (дедук-ционистскую).

Под индукцией принято понимать такой способ рассуждения, при котором общий вывод де-лается на основе обобщения частных посылок. Способ рассуждения в обратном направлении – от общего к частному, называют дедукцией.

И хотя методологические программы, выстроенные на эмпиризме и рационализме, ныне считаются устаревшими, они сыграли важную историческую роль: во-первых, они стимулиро-вали огромное множество конкретных научных исследований; во-вторых, определили некото-рую структуре научного познания.

Современная стандартная модель научного знания выглядит так: познание начинается с ус-тановления различных фактов путем наблюдения или эксперимента; на основе творческого ин-теллекта ученого выдвигается теоретическая гипотеза, и если она снимает найденные противо-речия между фактами – это означает рождение новой теории, открытия теоретического закона.

Таким образом, модель строения научного знания предполагает движение по цепочке: уста-новление эмпирических фактов – первичное эмпирическое обобщение – обнаружение откло-няющихся от правила фактов – изобретение теоретической гипотезы с новой схемой объясне-ния – логический вывод (дедукция) всех наблюдаемых фактов, что и является ее проверкой на «истинность». Подтверждение гипотезы превращает (конституирует) ее в теоретический закон.

Достижением научного метода в естествознании можно считать выделение в науке двух уровней научного знания – эмпирического и теоретического. Эмпирический уровень знания реализуется в наблюдениях, экспериментах, процессах измерений. Наиболее сложен теоретиче-ский уровень знания (метода) – проблема естествознания в выработке понятий. Понятия по-средством приборов не фиксируются, на основе экспериментальных данных они изобретаются ученым, который вынужден это делать в форме выдвижения предположительного (гипотетиче-ского) знания – гипотезы. Исходя из гипотезы, делаются выводы, но при сопоставлении с экс-периментальными фактами. И, наконец, если эти выводы подтверждаются, то теория считается состоятельной.

Подобная модель строения научного знания называется гипотетико-дедуктивной (или се-мантической), по сути основанная на понятийно-дедуктивном способе анализа природных яв-лений. Формализованное изложение данного метода дано специалистом в области философии наук К.Г. Гемпелем (см. Гемпель К.Г. Логика объяснения. М.: Дом интеллектуальной книги, 1998), который считал применимым его и в сфере гуманитаристики, но по сути это означало абсолютизацию указанного метода. Также значительный вклад в развитие гипотетико-дедуктивного метода внес К. Поппер, - своим «принципом опровержимости» или фальсифици-руемости и утверждением, что подтверждаемость теории никогда не носит абсолютный харак-тер.

В XX в. гуманитарные дисциплины достигли таких успехов, что удовлетворяют двум требо-ваниям, предъявляемым к научному знанию: оно должно позволять понимать изучаемые явле-ния и осуществлять ретросказание прошлого и предсказание будущего, но делает это не по-средством гипотетико-дедуктивного метода и на основе критерия подтверждаемости, а благо-даря опоре на ценностные представления, прагматический метод и критерий эффективности. Прагматический метод – это ценностно-дедуктивный способ интерпретации поступков людей.

Ценности позволяют интерпретировать поступки людей. Например, почему Сократ не поки-нул Афины, чтобы избежать казни. Любой поступок всегда имеет ценностное содержание. Та-ким образом, одно из существенных различий естествознания и гуманитаристики в следующем: естествознание оперирует понятиями, а гуманитаристика - ценностями. Именно в силу этого

20

обстоятельства гуманитарные науки позволяют предсказать поведение людей (проиллюстриро-вать данный вывод соответствующими примерами).

Поступки людей дедуцируются из знания их ценностей и определенностей конкретных си-туаций. Поэтому научный метод гуманитарных наук называют прагматическим методом. Гре-ческое pragma означает дело, действие.

И если гипотетико-дедуктивный метод – это, по сути, понятийно-дедуктивный способ ана-лиза природных явлений. Прагматический метод – это ценностно-дедуктивный способ интер-претации поступков людей. В обеих методах используется некоторая схема доказательств, вы-вода, демонстрации, которая выражается термином «дедукция». По предложению К. Гемпеля, схему доказательств по гипотетико-дедуктивному методу, т.е. доказательство на основе поня-тий и их взаимосвязей (законов) следует называть объяснением.

Доказательство же посредством ценностей и их взаимосвязей (законов) называется интер-претацией. Интерпретация – это посредничество, опосредование поступков людей их ценно-стями.

Но ценности не существуют в столь же доступном виде, как объекты естествознания. Цен-ности относятся к миру мыслей и языка, они не поддаются фиксации посредством технических приборов, т.е. гуманитарные теории невозможно подтвердить подобно тому, как это делается с естественнонаучными теориями. Ценности – это не природные «объекты», они изобретаются людьми.

И опыт жизни, осваиваемый людьми в соответствии со знанием, позволяет сопоставлять гу-манитарные науки и теории на предмет их эффективности. Если в естествознании предпочтение отдается той теории, которая лучше подтверждается фактами. В гуманитаристике теории ран-жируются по степени их эффективности.

До сих пор проблемным остается высказывание знаменитого философа Людвига Витген-шейна (1889-1951), автора всемирно известного «Логико-философского трактата»: в мире «нет ценности, а если бы она была, то не имела бы ценности» (Витгенштейн Л. Философские рабо-ты. Ч.1. М.: Гнозис, 1994). По Витгенштейну, наука должна иметь дело с фактами, а не с ценно-стями.

И все-таки, следует признать, что у гуманитаристики есть научное основание, есть научный статус – они учат нас искусству жизни и, надо сказать, в настоящее время не без успехов.

Модели развития науки В современной методологии науки вопрос о смене научных концепций является одним из

самых актуальных и значимых. В первой половине XX в. основной структурной единицей ис-следования признавалась теория, и вопрос о ее смене ставился в зависимости от ее верифика-ции (эмпирического подтверждения) или фальсификации (эмпирического опровержения). И проблемой номер один считалась проблема сведения теоретического уровня исследований к эмпирическому, что, в конечном счете, оказалось невозможным.

Самое сложное переплетение эмпирического и теоретического уровней познания особенно характерно для наиболее продвинутых областей экспериментальной и теоретической физики. Но разделение, выделение уровней познания (эмпирического и теоретического) остается лишь ценным для учения о методологии научного познания.

Как заметил А. Эйнштейн: «Но с принципиальной точки зрения желание строить теорию только на наблюдаемых величинах совершенно нелепо. Потому что в действительности все ведь обстоит как раз наоборот. Только теория решает, что именно можно наблюдать».

Начиная с 60-х гг. XX в. американский философ и историк Томас Кун (1922-1996) – амер. физик, философ и историк науки выдвинул концепцию, в соответствии с которой теория до тех пор остается принятой научным сообществом, пока не подвергается сомнению основная пара-дигма (установка, образ) научного исследования в данной области. Таким образом, в методоло-гию науки было введено понятие – парадигма или образец. Парадигма разграничила нормаль-

21

ное состояние науки и кризисные моменты, когда целиком меняется научный подход и осуще-ствляется научная революция.

Динамика науки была представлена Куном следующим образом: старая парадигма – нор-мальная стадия развития науки – революция в науке – новая парадигма.

В период стабильности господствует стойкая парадигма, но в ней всегда таятся некоторые проблемы, которые постепенно нарастают, вызывая кризис существующей парадигмы. Процесс создания парадигм и изменения их рассмотрен в книге Куна «Структура научных революций».

К парадигмам в истории науки Т. Кун причислял, например, аристотелевскую динамику, птолемеевскую астрономию, ньютоновскую механику и т.д. Смену парадигмы научного иссле-дования, можно характеризовать как совершение научной революции.

Общий взгляд Куна на науку таков: научная деятельность заключается в основном в рутин-ном сборе данных и расширении нашего массива знаний, в умении предсказать нечто такое, что заставляет внезапно пересмотреть весь массив данных и увидеть его под новым углом зрения.

Согласно парадигмальной концепции научных революций Куна, парадигмы изменяются не на основании доводов разума, а в моменты прозрения мысли, перевороты в науке редки и вне-запны.

Альтернативную модель развития науки предложил Имре Лакатос (1922-1974) – настоящая фамилия Липшиц – англ. математик, логик и философ, – в книге « Фальсификация и методоло-гия научно исследовательских программ». По его мнению, наука прогрессирует за счет иссле-довательских программ, направленных сугубо на решение возникающих проблем. В разрабо-танной им концепции «Методология научно-исследовательских программ» развитие науки представляется как конкуренция научно-исследовательских программ. Если попперовская тео-рия фальсификации предполагает отбрасывание гипотезы при появлении всего лишь одного противоречащего факта, т.е. теории непрерывно подвергаются испытаниям и могут быть фаль-сифицированы в любое время, и в не ожидании кризиса по Куну, за которым следует смена па-радигмы, то концепция Лакатоса развитие науки связывает с реализацией исследовательских программ и «вытеснение» одной программы другой характеризуется также совершением науч-ной революции. Изменения парадигмы по Лакатосу оказываются сугубо иррациональными, обусловленными выбором группы ученых, которые не в состоянии определить истинную при-чину перемен.

Согласно Лакатосу, прогресс осуществляется посредством научных программ, которые по-зволяют сопутствующих теориям меняться и тем самым влиять на «жесткое ядро» теорий каж-дой конкретной программы.

Научные революции История науки сегодня неразрывно связана с научными революциями. Экстравагантная точ-

ка зрения на природу и характер научных революций разработана К. Поппером: ее называют концепцией перманентной революции. Слово «революция» означает переворот. В применении к науке, это расценивается как изменение интерпретации (объяснения) твердо установленных фактов в старой теории.

О радикальном перевороте в области науки можно говорить лишь в том случае, когда изме-няются не только отдельные принципы, методы или теории, но и вся научная картина мира. Под научной картиной мира понимается более высокая структурная единица научного исследо-вания, нежели исследовательская программа Лакатоса, объединяющая в себе наиболее сущест-венные естественнонаучные представления эпохи.

В истории развития науки вообще и естествознания в частности выделяются три научных революции или другими словами три радикальных смены научных картин мира: аристотелев-ская, ньютоновская и эйнштейновская.

Первая научная революция (VI – IV вв. до н.э.) – означает появление на свет самой науки, точнее древней науки или натурфилософии – общей науки о мире, учения, объединяющим зна-ния человека об объективном мире и о самом себе [8, с.23]. Исторический смысл этой револю-

22

ции заключается в том, что науку стали отличать от других форм познания и освоения мира, в создании определенных норм и образцов построения научного знания. Наиболее ясно наука была осознана в трудах великого древнегреческого философа Аристотеля, он создал формаль-ную логику или учение о доказательстве, утвердил так называемый канон организации научно-го исследования, отделил науки о природе от метафизики (философии) и математики. Заданные Аристотелем нормы научности знания, пользовались непререкаемым авторитетом более тысячи лет.

Основу вещей, по Аристотелю, составляют следующие четыре причины: материя (лежащий в их основе физический субстрат); форма (их природа, облик или замысел – то, что отличает статую от куска мрамора, из которого ее изваяли); действие, или начало движения (то, что вы-звало их появление – или наше понимание понятия «причина»); цель (замысел, намерение) [8, с. 22].

Так называемая античная научная картина мира представляла собой геоцентрическое учение о мировых сферах, собственно утверждение геоцентризма (геоцентрической системы мира или идеальных равномерно вращающихся небесных сфер с принципиально различной физикой зем-ных и небесных тел) было составной частью первой научной революции. И хотя идея геоцен-трической системы мира неверна, но это не значит – что ненаучна.

Вторая глобальная научная революция (XVI – XVII вв.) – связана с переходом от геоцентри-ческой модели мира к гелиоцентрической, т. е. сменой научной картины мира и становлением классического естествознания. Классиками естествознания признаны: Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Декарт, И. Ньютон. Принципиальные отличия созданной науки от античной были в следующем: естествознание заговорило языком математики; наука нашла опору в методах экспериментального исследования явлений, античные представления о космосе сменились кон-цепцией бесконечной вечно существующей Вселенной; механика становится доминантой всего науки и как следствие, создается механическая картина мира; сформировался идеал научного знания – абсолютно истинная картина природы на базе экспериментально – математического естествознания.

Третья научная революция (на рубеже XIX – XX вв.) – в этот период последовала серия от-крытий в физике: электрона, радиоактивности, строения атома и т.д. Новой парадигмой научно-го знания становится теория относительности как новая теория пространства, времени и тяго-тения и квантовая механика с вероятностным характером законов микромира и корпускулярно-волновым дуализмом в фундаменте материи. Эйнштейновский переворот означал отказ от вся-кого рода центризма вообще: все системы отсчета равноправны. Стало ясно, что единственно верную и абсолютно точную картину не удастся нарисовать никогда. Любая из научных картин мира может обладать лишь относительной истинностью.

Позднее, но в рамках так называемой неклассической картины мира произошли мини-революции в космологии (концепции нестационарной Вселенной), биологии (становление гене-тики) и др.

Таким образом, три глобальные революции предопределили три стадии развития науки. Между первой и второй лежит исторический период почти в 2000 лет, между второй и третьей чуть больше 200 лет. Четвертая научная революция, по мнению многих ученых, стоит «на по-роге» человеческой цивилизации.

Можно заметить, что научные революции, в отличие от социально-политических, «не про-тиворечат», говоря научных языком, сформулированному Н. Бором принципу соответствия: всякая новая научная теория не отвергает начисто предшествующую, а включает ее в себя на правах частного случая, но при этом обе теории (и старая, и новая) могут мирно сосущество-вать, т.е. мирно сосуществовать «старые» и «новые» ученые.

Научная картина мира Понятие «Научная картина мира» (НКМ) используется в естествознании с конца XIX в. Ак-

тивно понятие «картина мира» вводил в обиход Л. Витгенштейн, ученик Б. Рассела.

23

НКМ – основа рационалистического мировоззрения, опирающаяся на совокупный потенци-ал науки той или иной эпохи. НКМ – более строгое понятие, чем «образ мира» или «видение мира», представляет собой синтез научных знаний, соответствующих конкретно-историческому периоду развития человечества.

НКМ – это целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях приро-ды, возникшая в результате обобщения и синтеза основных естественно-научных понятий, принципов, методологических установок.

НКМ – это система наиболее обобщенных представлений об окружающей действительно-сти, формирующаяся как результат неограниченной экстраполяции достоверных знаний на об-ласть, еще недоступную такой проверке.

НКМ начинает формироваться в эпоху возникновения научного естествознания в XVI-XVII вв. и в отличие, например от религиозной или мифологической картины мира, строится на ос-нове определенных фундаментальных научных теорий, служащих ее основанием.

В современной науке НКМ рассматривается как одна из важнейших ценностей культуры. Фундаментальной основой и стратегией развития современной НКМ выступают принципы

глобального эволюционизма, объединяющие принцип эволюции и принцип системности. Принципы глобального эволюционизма характеризуют взаимосвязь самоорганизующихся сис-тем различной степени сложности и связывают основные уровни организации мира единой це-пью эволюционных преобразований.

Различают собственно общенаучную картину мира и картины мира отдельных наук. В част-ности, физическая картина мира (ФКМ) выступает определяющим элементом (фундаментом) НКМ.

ФКМ – это обобщенное представление о природе, основанное на данных физической науки (на современном этапе ее развития) – это своеобразный синтез философских и физических идей.

Структура НКМ включает центральное теоретическое ядро, обладающее относительной ус-тойчивостью, фундаментальные допущения, условно принимаемые за неопровержимые, и ча-стные теоретические модели, которые постоянно достраиваются.

В структуре научной картины мира можно выделить два главных компонента: понятийный и чувственно-образный. Понятийный представлен философскими категориями, принципами, об-щенаучными понятиями и законами, а также фундаментальными понятиями отдельных наук. Чувственно-образный компонент НКМ – это совокупность наглядных представлений о тех или иных объектах и их свойствах.

Наука как социальный институт Одним из этапов эволюции человеческой культуры является наука, которая вобрала в себя

достижения других отраслей культуры и представляет собой качественно новое явление. Но до сих пор не решен главный вопрос в развитии науки – в выборе вектора ее развития: или на по-нимание человеком себя, и мира, окружающего его, или на покорение природы? В свое время Ф. Бэкон писал, что «истинной и закономерной целью наук должно быть обогащение жизни че-ловека новыми открытиями и новым могуществом», а Р. Декарт дополнил, чтобы люди могли стать «хозяевами природы». Наука находится в процессе перманентного развития, (перманент-ных революций – выражение К. Поппера). И предугадать в каком направлении она будет про-двигаться, и какими будут следующие открытия невозможно.

Современная наука подошла к пониманию трех механизмов эволюции: диссипативные структуры в неживой природе, естественный отбор в живой природе, культура в человеческом обществе. Но эволюция мира не запрограммирована однозначно, к тому же наука ограничена возможностями наших чувств и законов мышления. Создаваемая наукой информация о мире в последнее время должна проходить и экологическую «экспертизу». Развитие науки достигло такого могущества, что оно способно привести к уничтожению биосферы и ее самой. Изучая все более сложные системы, наука все чаще сталкивается с фактами созидательного характера

24

эволюции материи, но все более сложное всегда и более разрушительно, но и одновременно способное к дальнейшему самосовершенствованию. Это объективно усиливает ответственность всех за творимое на Земле. Как сказал однажды швейцарский писатель Фридрих Дюрренматт: «То, что касается всех, может быть решено только всеми».

Наука – это не только форма общественного сознания, направленная на объективное отра-жение мира и снабжающая человечество пониманием закономерностей. Наука, по сути, явление социальное, ее зачатки появились еще в античность, примерно 2,5 тыс. лет. Важной предпосыл-кой становления науки как социального института является наличие систематического образо-вание подрастающего поколения.

В Древней Греции ученые организовывали философские школы, например, Академия Пла-тона, Лицей Аристотеля и занимались исследованиями по своему собственному желанию. В известном пифагорейском союзе, основанном Пифагором, молодые люди должны были прово-дить в школе целый день под наблюдением учителей и подчиняться правилам общественной жизни.

В Западной Европе наука как социальный институт возникла в XVII в, в связи с необходи-мостью обслуживать нарождающееся капиталистическое производство и стала претендовать на определенную автономию, т.е. происходит признание социального статуса науки. В 1662 г воз-никает Лондонское Королевское общество, в 1666 г. – Парижская академия наук.

Важные предпосылки такого признания можно усмотреть в создании средневековых мона-стырей, школ и университетов. Первые университеты средневековья датируются XII-ым веком, но в них господствовала религиозная парадигма мировосприятия, преподавателями были пред-ставители религии. Светское влияние проникает в университеты лишь спустя 400 лет.

Как социальный институт наука включает в себя не только систему знаний и научную дея-тельность, но и систему отношений в науке (ученые создают и вступают в различные социаль-ные отношения), научные учреждения и организации.

Институт (от лат. institut – установление, устройство, обычай) предполагает действующий и вплетенный в функционирования общества комплекс норм, принципов, правил, моделей пове-дения, регулирующих деятельность человека; это явление над индивидуального уровня, его нормы и ценности довлеют над действующими в его рамках индивидами. Родоначальником та-кого институционального подхода в науке считается Р. Мертон. Понятие «социальный инсти-тут» отражает степень закрепленности того или иного вида человеческой деятельности – суще-ствуют политические, социальные, религиозные институты, также институты семьи, школы, брака и т.д.

Способы социальной организации ученых подвержены изменениям и это обусловлено как особенностями развития самой науки, так и изменением ее социального статуса в обществе. Наука как социальный институт зависит от других социальных институтов, которые обеспечи-вают необходимые материальные и социальные условия для ее развития. Институциональность обеспечивает поддержку тем видам деятельности и тем проектам, которые способствуют укре-плению конкретной системы ценностей.

Социальные условия науки – это совокупность элементов организации научной деятельно-сти в обществе, государстве. К ним относятся: потребность общества и государства в истинных знаниях, создание сети научных учреждений (академии, министерства, НИИ и объединения), государственная и частная поддержка науки денежными средствами, вещественно-энергетическое обеспечение, коммуникационное (издание монографий, журналов, проведение конференций), подготовка научных кадров.

В настоящее время ни один из научных институтов не будет сохранять и воплощать в своей структуре принципы диалектического материализма или библейского откровения, а также связь науки с паранаучными видами знания.

Для современной науки характерно превращение научной деятельности в особую профес-сию. Неписанным правилом в этой профессии является запрет на обращение к властям исполь-зования механизма принуждения и подчинения в разрешении научных проблем. От ученого

25

требуется постоянное подтверждение его профессиональности, через систему объективной оценки (публикации, ученые степени), так и через общественное признание (звания, награды), т.е. требование научной компетенции становится ведущим для ученого, а арбитрами и экспер-тами при оценке результатов научного исследования могут быть только профессионалы или группы профессионалов. Наука берет на себя функцию перевода личных достижений ученого в коллективное достояние.

Но вплоть до конца 19 в. для подавляющего большинства ученых научная деятельность не являлась главным источником их материального обеспечения. Как правило, научные исследо-вания проводились в университетах, и ученые обеспечивали себя за счет оплаты их преподава-тельской работы. Одной из первых научных лабораторий, принесшей значительные доходы, была лаборатория созданная немецким химиком Ю. Либихом в 1825 г. Первая награда за науч-ные исследования (медаль Копли) была утверждена Лондонским Королевским обществом в 1731 г.

Самой высокой престижной наградой в области физики, химии, медицины и физиологии с 1901 г. является Нобелевская премия. История Нобелевских премий описана в книге «Завеща-ние Альфреда Нобеля». Первым лауреатом Нобелевской премии (1901) в области физики стал В.К. Рентген (Германия) за открытие лучей, названных его именем.

Сегодня наука не может обойтись без помощи общества, государства. В развитых странах сегодня на науку затрачивается 2-3% всего ВНП. Но зачастую коммерческая выгода, интересы политиков воздействуют сегодня на приоритеты в области научно-технических исследований. Общество посягает и на выбор методов исследования, и даже на оценку полученных результа-тов.

Институциональный подход развития науки является сейчас одним из доминирующих в ми-ре. И хотя главными недостатками его считают преувеличение роли формальных моментов, не-достаточное внимание к основам поведении людей, жесткий предписывающий характер науч-ной деятельности, игнорирование неформальными возможностями развития, однако соответст-вие членов научного сообщества принятым в науке нормам и ценностям дополняется этосом науки как важной характеристики институционального понимания науки. По мнению Мертона, следует выделять следующие черты научного этоса:

Универсализм – объективная природа научного знания, содержание которого не зависит от того, кем и когда оно было получено, важна лишь достоверность, подтверждаемая принятыми научными процедурами;

Коллективизм – всеобщий характер научного труда, предполагающий гласность научных результатов, их всеобщее достояние;

Бескорыстие, обусловленное общей целью науки – постижением истины (без соображений престижного порядка, личной выгоды, круговой поруки, конкурентной борьбы и пр.);

Организованный скептицизм – критическое отношение к себе и работе своих коллег, в науке ничего не принимается на веру, и момент отрицания полученных результатов рассматривается как элемент научного поиска.

Ценность в науке – параметр порядка нового качества. Процессы оценки и оптимизации, как известно, играют в нашей жизни решающую роль. Каждый человек стремится повысить ка-чество собственной жизни, промышленность стремится все время совершенствовать свою про-дукцию, государство старается нести ответственность за условия жизни своих граждан.

На Земле в ходе эволюции жизни и связанных с нею комплексных систем фундаментальное значение имели процессы селекции (отбора). Селекция в эволюционной системе всегда связана с оценкой и конкуренцией. Селекция – это отбор положительно оцененных видов в ходе конку-рентной борьбы между различными видами. Конкуренция возникает в ситуации, когда все вхо-дящие в систему виды (подсистемы) оказываются принципиально способны к существованию в данных условиях и преследуют общую цель, которая не для всех достижима в равной степени. Когерентный процесс в таких условиях приводит к выходу из борьбы и исчезновения одного или нескольких видов (подсистем). Конкуренция приводит к селекции, т.е. к отбору, но процес-

26

су отбора предшествует процесс оценки. По Ч. Дарвину, в конкурентной борьбе выживает наи-более приспособленный вид. Важнейшим новым понятием в теории естественного отбора явля-ется понятие «ценности» или «приспособляемости».

Понятие ценности впервые введено в 18 в. Адамом Смитом при разработке экономической теории. Фундаментальные идеи А. Смита были впоследствии развиты Риккардо, Марксом, Шумпетером и др. В ином контексте идея «ценности» была использована Мальтусом. С сере-дины 19 в. идея «ценности» нашла применение в биологии благодаря трудам Дарвина, Уоллеса, Геккеля, Спенсера и др.

Ценность есть нефизическое свойство вида (подсистемы) в динамическом смысле. Ценность выражает сущность биологических, экологических, экономических и социальных взаимодейст-вий в контексте динамики системы в целом.

Понятие ценности занимает важное место и в современной теории информации. Но для разных научных дисциплин характерны общие черты определения понятия ценно-

сти: 1. Ценность является свойством всей системы и не может считаться свойством отдельного,

изолированного элемента. Целое в этом смысле есть нечто большее, нежели сумма со-ставляющих его частей.

2. Ценность имеет решающее значение для структуры и динамики эволюционной системы. Характерной особенностью ценности является конкурентная борьба между элементами системы и осуществляемый в ходе такой борьбы отбор.

3. Динамика систем с оценкой необратимо и неразрывно связана с определенными экстре-мальными принципами. Экстремальные принципы могут быть связаны со скалярными функциями и полными дифференциалами только в особых случаях; как правило же, они носят ярко выраженный комплексный характер и определяются большим числом крите-риев.

С оценкой ассоциируют следующие три функции: а) регулирующая функция, б) дифферен-цирующая функция, в) стимулирующая функция.

Процессы оценки и оптимизации имели важнейшее значение для возникновения жизни и сопряженной с этим обработки информации. Данный факт подтверждается рядом наблюдений за поведением моделируемых систем (исследования, проводимые школой М. Эйгена). Все это должно подвести к новому пониманию природы мироздания. На основании естественнонауч-ных исследований становится ясно, что самоорганизация при соответствующих условиях может служить фундаментом для протекания процессов оценки, оптимизации и дальнейшего повыше-ния уровня сложности систем.

Сегодня много усилий ученые прикладывают к тому, чтобы постичь глубинный смысл, со-держащийся в понятии «ценность информации». По мнению основателя синергетики Г. Хакена, более точная формулировка понятия «ценность информации» требует моделирования динамики поведения получателя информации.

Лекция 2. Концепции глобального эволюционизма и самоорганизации материи

Глобальный эволюционизм как интегративное исследование природных процессов

Идея развития (эволюции) мира – одна из важнейших идей европейской цивилизации. Но проникновение этой идеи происходило сначала в геологию, биологию, социологию, гуманитар-ные науки в XIX в. – 1-ой половине XX в. независимо от других отраслей познания. В науках физико-химического содержания вплоть до 2-ой половины XX в. господствовала исходная аб-стракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет роли. Правда в

27

термодинамику было введено эволюционное понятие «энтропия» и представление о необрати-мых процессах зависящих от времени, - другими словами в физическую науку была введена «стрела времени».

В общих чертах естественнонаучная картина XIX в. представляла Вселенную как равновес-ную и неизменяемую с бесконечным временем существования, в которой вполне вероятны слу-чайные локальные возмущения наблюдаемых неравновесных образований с заметной органи-зацией структур (галактик, планетных систем и т.д.). Появление же жизни на нашей планете рассматривалось как противоестественное явление или артефакт («искусственно сделанный»), как «отклонение» в существовании Вселенной, как временное явление и с остальным космосом не связанное.

И только к концу XX в. естествознание нашло теоретические и методологические средства для построения единой модели универсальной эволюции, средства для выявления общих зако-нов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникно-вение Солнечной системы с планетой Земля (геогенез), возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью явилась концепция глобального эволюционизма, в на-стоящее время - одна из доминирующих концепций в науке. Универсальный эволюционизм (как принцип) постепенно приобретает статус общенаучного и объединяет изучение окружаю-щего нас материального мира, человека в нем и общества.

Концепция глобального эволюционизма оформилась в 80-е гг. XX в. Выйдя из недр естест-венных наук, базируясь на закономерностях Вселенной, глобальный эволюционизм отличается универсальностью и огромным интегративным потенциалом. Он включает в себя четыре типа эволюции: эволюцию космическую, химическую, биологическую и социальную, т.е. претендует на создание нового типа целостного знания. По мнению В.С. Степина и Л.Ф. Касавиной, обос-нованию глобального эволюционизма способствовали три важнейших современных научных подхода: теория нестационарной Вселенной, концепция биосферы и ноосферы и идеи синерге-тики.

По мнению философов: «…процесс социального эволюционирования предполагает станов-ление нового мирового порядка не как покорение одной цивилизации другими, а как возникно-вение и становление общемировой, общепланетарной цивилизации, субъект которой – челове-чество в целом. Значимым становится императив «Думать глобально – действовать локально». Отличительным симптомом и признаком такой универсализации является возможность быст-рой сетевой компьютерной связи человека с интеллектуальными ресурсами всего человечества, коллективным интеллектом и «мозгом планеты»» [10, с.187].

Принципиальная особенность современного естествознания в единой убежденности ученых о том, что материя, Вселенная в целом и во всех ее элементах не могут существовать вне разви-тия.

Первая эволюционная теория, созданная в XIX в. Ч. Дарвином, стала основой теоретической биологии, в его учении о происхождении видов, был впервые предложен механизм осуществ-ления идеи эволюции.

Была также сделана попытка переноса дарвинских идей в социологию Г. Спенсером, но это уже было за пределами естествознания.

За последние десятилетия в недрах каждой науки сформировался «свой» эволюционизм, рассматриваемый через призму конкретных научных знаний (идея эволюции завладела и физи-кой, и космологией, и химией). Их синтез становится необходимостью для построения совре-менной естественнонаучной картины мира, дающей целостное (а не фрагментарное) представ-ление о мире, взаимодействии его уровней (микро-, макро-, и мегамира), живой и неживой при-роды и универсальных законов эволюции.

К настоящему времени выявлен ряд факторов, оказывающих влияние на эволюцию природ-ных систем. К их числу относятся: открытость, нелинейность, неравновесность, неконтроли-руемость и т.д. Уже высказана концепция коэволюции, согласно которой природная система и ее окружение эволюционируют совместно, поддерживая существование друг друга.

28

В результате радикального обновления представлений об устройстве мирозданья стали «властвовать» законы, являющиеся принципами отбора, допускающими существование так на-зываемых бифуркационных состояний, т.е. состояний, из которых даже в отсутствие случайных факторов возможен переход материального объекта в целое множество новых состояний. Во всех процессах, имеющихся во Вселенной, неизбежно присутствуют случайные факторы, влияющие на ее развитие; все процессы протекают в условиях некоторого уровня неопределен-ности.

Поэтому в бифуркационном состоянии дальнейшая эволюция оказывается принципиально непредсказуемой, поскольку эволюционное развитие будет определяться, прежде всего, теми неконтролируемыми случайными факторами, которые будут действовать в переходах.

Другая основополагающая концепция – концепция так называемой «стрелы времени», ха-рактеризующей направление необратимой эволюции природной системы: ее рождение, жизнь и гибель.

Существенную роль в эволюционных представлениях играет концепция самоорганизации в хаосе, т.е. возникновения упорядоченных структур.

Сказанное дает представление о сущности универсального эволюционизма. В целом уни-версальный эволюционизм означает, что наша Вселенная есть некая единая система и ее эво-люция представляет собой рост разнообразия форм материальной организации.

Универсальный эволюционизм есть попытка построения общепланетарной теории исследо-вания природных процессов в свете их космического единства.

Именно поэтому современная методология естествознания, нацеленная на создание естест-веннонаучной картины мира (ЕНКМ), идею глобального (универсального) эволюционизма, воз-водит в ранг принципа, то есть материальный мир не может существовать вне развития.

Идеи универсального эволюционизма и свойства общественного человеческого сознания имеют много общего: стержневая идея эволюционизма – это сквозная линия развитие от низ-ших форм движения к высшим. Эта линия допускает развитие, усложнение и усовершенствова-ние, вследствие чего процессы природы и процессы в обществе могут рассматриваться с неко-торых единых позиций.

Идеи универсального эволюционизма обладают и универсальной гибкостью и могут быть использованы в решении обществоведческих проблем гуманитарных наук.

Новая мировоззренческая парадигма, основанная на представлениях самоорганизации (си-нергетики), устраняет различия между естествознанием и обществознанием и дает возможность создать универсальную эволюционно-синергетическую картину мира.

Н.Н. Моисеев писал: «Мы на пороге новой культуры – синтеза глобального духовного соз-нания и глобального научного знания».

Открытия, свидетельствующие о глобальной эволюции материи В 20-х гг. XX в. происходит открытие расширения Вселенной или иначе – ее нестационар-

ности (А.А. Фридман), американский астроном Хаббл обнаруживает «красное смещение» га-лактик и открывает закон «разбегания» галактик во Вселенной – закон Хаббла v = rH, где Н – постоянная Хаббла.

В 40-х гг. XX в. создается концепция Большого взрыва, указывающая на историческую по-следовательность появления во Вселенной различных химических элементов. Наука считает, что спустя лишь «три минуты» после «взрыва» начали образовываться ядра водорода и гелия, а первые атомы легких элементов возникли через несколько сотен тысяч лет после «взрыва». Звезды первого поколения (Солнце – звезда второго поколения) были самыми «чистыми» звез-дами из которых впоследствии образовалось все разнообразие химических элементов.

Дарвинская теория эволюции показывает непрерывное нарастание сложности организации растительных животных организмов (от одноклеточных до человека) через механизм естест-венного отбора. Миллионы видов животных и растений были отбракованы этим механизмом, остались лишь самые эффективные.

29

Эволюционные идеи при наложении их на процесс образования сложных молекулярных со-единений, представляют Вселенную на стадии, когда она только «готовилась» к рождению жизни. Об этом говорит тот факт, что из более, чем 100 известных химических элементов осно-ву живого составляют лишь шесть: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая доля в живых организмах составляет около 98%. В состав биологически важных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, крем-ний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор - они дают примерно 2%. Еще 20 элементов – участ-вуют в зависимости от среды обитания и состава питания.

Мир химических соединений также не менее диспропорционален или асимметричен. Ныне известно около 8 млн. химических соединений: 96% из них – это органические соединения, со-ставленные из всё тех же 6 – 18 элементов. Из остальных химических элементов природа созда-ла не более 300 тыс. неорганических соединений. Столь разительное несоответствие возможно объяснить, совершенно очевидным отбором тех химических элементов, свойства которых (прочность и энергоемкость образуемых ими химических связей, легкость их перераспределе-ния и т.п.) «дают преимущество» при переходе на более высокий уровень сложности и упоря-доченности вещества [2, с. 61].

Аналогичный механизм отбора просматривается и на следующем «витке» эволюции: из многих миллионов органических соединений в построении биосистем заняты лишь несколько сотен. Из 100 известных аминокислот для составления белковых молекул живых организмов природой использовано только 20.

К настоящему времени сформулированы первые теории химической эволюции как самораз-вития каталитических систем, пока еще малообоснованные, но важен сам факт «обращения» современной химии в «эволюционную веру».

В XX в. эволюционное учение интенсивно развивалось и в рамках его прародительницы – биологии. Наибольшие успехи достигнуты на молекулярно-генетическом уровне: расшифрован генетический механизм передачи наследуемой информации, выяснены роль и структура ДНК РНК, найдены методы определения последовательностей нуклеотидов в них и т.п. Но при этом дарвинская концепция эволюции стала тем основным руслом, в которое вливаются все специа-лизированные биологические знания.

Наконец, сейчас идеи эволюции, движущие силы эволюции любых объектов нашего мира претендует описать новое научное направление (появившееся в 70-х гг. XX в.) – синергетика.

В XX в., по мере изучения природы на всех уровнях организации материи, выяснилось, что каждому уровню присущи эволюционные процессы, приводящие к развитию и совершенство-ванию всех форм материального мира, а не только растительного и животного мира, как это считалось в XIX в.

В микромире – это эволюционное формирование первичного элементного состава вещества в результате термоядерного синтеза и последовательное образование в природе всех элементов таблицы Менделеева; это также установление процессов самоорганизации и эволюции химиче-ских молекулярных систем.

На макроуровне - обнаружен и исследован целый ряд эволюционно развивающихся нежи-вых систем в направлении повышения уровня организации. В живой природе развитие органи-ческого мира рассматривается в соответствии с эволюционной теорией Ч. Дарвина.

В мегамире – сформулирована эволюционная теория расширяющейся Вселенной. Зарожде-ние Вселенной выводится из ее некоего исходного состояния в результате Большого взрыва, приведшего, в конечном счете, к ныне наблюдаемому облику Вселенной. История развития Земли, последовательность образования геосферных оболочек в настоящее время рассматрива-ется на основе эволюционной теории.

Таким образом, важную роль в концепции универсального эволюционизма играет идея от-бора, новое возникает как результат отбора наиболее эффективных формирований, неэффек-тивные – отбраковываются историческим процессом; но качественно новый уровень организа-ции материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать в

30

себя предшествующий опыт исторического развития материи. Эта закономерность характерна не только для биологической формы движения, но и для всей эволюции материи [1, с. 428].

Сама же идея глобального эволюционизма становится и регулятивным принципом: с одной стороны он дает представление о мире как о целостности, позволяет осмысливать общие зако-ны бытия в их единстве, а с другой – ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех ее структурных уровнях, на всех этапах ее самоорганизации[1, с. 429].

Теория самоорганизации – синергетика Как итог развития нелинейной неравновесной термодинамики появилась совершенно новая

научная дисциплина синергетика - наука о самоорганизации и устойчивости структур различ-ных сложных неравновесных систем: физических, химических, биологических и социальных.

В современном обществе особенно возросла роль новых научных направлений. Новые ин-формационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии изменяют материальное состояние цивилизации и уклад нашей жизни. Ради-кально меняется и сама система научного познания – человек всегда стремился постичь приро-ду сложного, сейчас горизонт научного познания расширился до невообразимых размеров и наука вышла на уровень изучения процессов, которые происходят за время ∼ 10-23 с и расстоя-ниях ∼10-15 см, а на другом конце (космология и астрофизика) изучают процессы, происходя-щие за время ∼1018 с и на расстояниях ∼1028 см (возраст и радиус Вселенной). Во Вселенной большинство реальных объектов рассматриваются как открытые системы – это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.

Сейчас идеи глобальной эволюции, движущие силы эволюции любых объектов нашего мира претендует описать новое научное направление (появившееся в 70-х гг. XX в.) – синергетика (в пер. с древнегреч. – содействие, соучастие). Начало новой дисциплине – синергетике, положило выступление Германа Хакена в 1973 г. на первой конференции, посвященной проблемам само-организации. Самоорганизация мыслится как глобальный эволюционный процесс.

Синергетика рассматривается как теория сложных самоорганизующихся систем, как новое междисциплинарное исследование, являющееся по существу научным рубежом современного естествознания.

Синергетика – оказалась востребованной в современном естествознании для обоснования наметившейся тенденции глобального эволюционного синтеза всех естественно-научных дис-циплин, которую сдерживает разительная асимметрия процессов деградации и развития в жи-вой и неживой природе.

Появилась же синергетика как результат исследований в области нелинейного (выше второ-го порядка) математического моделирования сложных открытых систем. Нелинейным откры-тым системам присуще свойство самоорганизации или самоусложнения, они гораздо богаче за-крытых, линейных систем. Именно синергетика открывает для точного, количественного мате-матического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п.

Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самооргани-зующихся систем: например, от молекулярной физики и автоколебательных процессов в химии до эволюции и космологических процессов.

Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие воз-никновением самоорганизующихся систем, их структур и функций. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специ-фическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспе-цифическое воздействие….».

31

Основные свойства самоорганизующихся систем – открытость, нелинейность, диссипатив-ность (от латинского – dissipatio – разгонять; рассеивать свободную энергию).

Открытые системы – это необратимые системы с факторами времени, случайности, законо-мерных и флуктуационных процессов, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии и информации, необходимого для сущест-вования неравновесных систем, неизбежно стремящихся к однородному равновесному состоя-нию.

Нелинейные системы – это неравновесные системы с избирательным характером реакции на внешние воздействия среды, со способностью активно воспринимать различия во внешней сре-де и «учитывать» их в своем функционировании на основе положительной обратной связи и скачкообразным характером поведения, приводящим к радикальному качественному измене-нию системы.

Диссипативные системы – это такие открытые системы, по которым рассеиваются возмуще-ния, и в которых при больших отклонениях от равновесия возникают упорядоченные состоя-ния; это системы с необычной чувствительностью к всевозможным воздействиям и в связи с этим сильно неравновесные; это особое динамическое состояние неравновесной системы с оп-ределенным параметром порядка, заключающееся в своеобразном макроскопическом проявле-нии процессов, протекающих на микроуровне, с явно выраженным качественным отличием от того, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом и благодаря чему, могут спон-танно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.

Таким образом, диссипация как процесс затухания движения, рассеяние энергии, информа-ции играет конструктивную роль в образовании структур в открытых системах и в большинстве случаев реализуется как переход избыточной энергии в тепло, но для нелинейных систем с дис-сипацией практически невозможно предсказать конкретный путь развития такой системы, так как реальные начальные условия никогда не могут быть заданы точно, а точки бифуркации да-же при малых возмущениях могут сильно изменить ход событий.

Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возник-новения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Она доказывает, что даже в «неживой» или неорганической природе существуют классы сис-тем, способных к самоорганизации. На языке математики и физики – история развития природы – это история образования все более и более сложных нелинейных, открытых и диссипативных систем.

Закрытые и открытые макросистемы. Эволюционизм «принципа возрастания энтропии»

В классической науке (XIX в.) господствовало убеждение, что материи, изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию, что в энергетическом смысле и означало неупорядоченность, т.е. хаос. Заслуга в утверждении этого убеждения принадлежит равновесной динамике – одной из классических физических теорий. Именно она своим вторым началом (законом) термодинамики выделяет односторонность, од-нонаправленность перераспределения энергии в замкнутых системах. Суть закона раскрывается в формулировке немецкого физика-теоретика Рудольфа Клаузиуса: «Теплота не переходит са-мопроизвольно (сама по себе) от более холодного тела к более теплому».

Для отражения этого процесса в термодинамику им же вводится новое понятие – энтропия (1865) – с греч. – поворот, превращение, и устанавливает ее важную особенность: в замкнутой системе энтропия либо остается неизменной в случае обратимых процессов, либо возрастает в случае необратимых процессов.

В эволюционном же понимании, энтропия характеризует меру беспорядка системы, а тен-денция к разрушению всякой упорядоченности выражается принципом возрастания энтропии. В этой связи максимальному значению энтропии должно соответствовать полное термодина-мическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу.

32

Точная формулировка второго начала термодинамики выражается через понятие энтропии: «При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает».

Второе начало устанавливает закон возрастания энтропии в системе, не обменивающейся с внешним миром ни энергией, ни веществом, выражает увеличение молекулярного хаоса до тех пор, пока система не достигнет термодинамического равновесия Энтропия позволяет отличать, в случае изолированных систем, обратимые процессы (энтропия максимальна и постоянна) от необратимых (энтропия возрастает). Л. Больцман (1844 – 1906) и М. Планк (1858 – 1947) сфор-мулировали один из важнейших законов природы, связывающий энтропию S и вероятность со-стояния W системы:

WkS ln−= , k – постоянная Больцмана. Закон математически иллюстрирует, что чем более вероятно состоя-ние системы (т.е. чем ближе W к единице), тем больше энтропия.

Именно противоречие между вторым началом термодинамики и примерами высокооргани-зованного окружающего нас мира было разрешено с появлением более пятидесяти лет назад и последующим естественным развитием нелинейной неравновесной термодинамики открытых систем. Большой вклад в становление этой новой науки внесли И.Р. Пригожин (бельгийский физик русского происхождения Илья Романович Пригожин за работы в этой области в 1977 го-ду был удостоен Нобелевской премии), П. Гленсдорф, Герман Хакен.

Необратимая направленность процессов преобразования энергии в изолированных, замкну-тых системах рано или поздно приводит к превращению всех видов энергии в тепловую, кото-рая рассеется, т.е. в среднем равномерно распределится между всеми элементами системы, что и будет означать термодинамическое равновесие, или полный хаос.

Если наша Вселенная замкнута, то ее согласно второму закону равновесной термодинамики ждет участь полного хаоса, именно к такому ошибочному выводу о так называемой «тепловой смерти» Вселенной пришел Р. Клаузиус, когда попытался распространить принцип возрастания энтропии на такую Вселенную.

Но дарвиновская теория эволюции первой засвидетельствовала - живая природа почему-то не стремится в состояние термодинамического равновесия и тем более хаоса. Возникла явная нестыковка в новом научном понимании неживой и живой природы.

И только при замене модели стационарной (замкнутой) Вселенной на модель развивающей-ся (расширяющейся) Вселенной с нарастающим усложнением организации материальных объ-ектов – от элементарных и субэлементарных частиц в начале Большого взрыва до наблюдаемых сейчас звездных систем, наука для сохранения непротиворечивой картины мира запостулирова-ла наличие у материи в целом не только разрушительной – стремление к хаосу, но и созида-тельной тенденции – стремление к самоорганизации. Наука еще раз убедилась, что материя об-ладает неисчерпаемыми свойствами, а сама подошла к новому рубежу ее познания – к очеред-ному «порогу» научной революции.

Синергетика эволюционизирующих систем Синергетика родом из физических дисциплин – неравновесной термодинамики и радиофи-

зики; она становится одним из важнейших принципов построения современной научной карти-ны мира.

Стоит отметить, что постулат о способности материи к саморазвитию в философию был введен достаточно давно. А вот его необходимость в фундаментальных естественных науках (физике, химии) начинает осознаваться только сейчас. Разработка постулата осуществляется по нескольким направлениям: синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И. Приго-жин) и др., но общий смысл развиваемого ими комплекса идей носит название синергетическо-го (термин Г. Хакена).

Главный мировоззренческий сдвиг, который производит синергетика, можно выразить сле-дующим образом:

33

а) процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной по меньшей ме-ре равноправны;

б) процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация как в живой, так и в неживой природе. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной сис-темы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только те, которые удовлетво-ряют по меньшей мере двум условиям:

• они должны быть открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней сре-дой;

• они должны также быть существенно неравновесными, т.е. находиться в состоянии, да-леком от термодинамического равновесия.

Но именно такими являются большинство известных нам природных систем. Изолированные системы классической термодинамики - это определенная идеализация, в

реальности такие системы - исключение, а не правило. Что касается Вселенной как универсальной системы организации материи, если считать ее

открытой системой, то возникает вопрос, что же может служить ее внешней обменной средой? Современная физика полагает, что такой средой для нашей вещественной Вселенной является вакуум.

Точка бифуркации. Случайность и закономерность в неравновесных системах

Синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей сложности и упорядоченности. В цикле развития такой системы наблюда-ются две фазы:

А) Период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изме-нениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию.

Б) Выход из критического состояния одномоментно, скачком и переход в новое устойчи-вое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности.

Важная особенность: переход системы в новое устойчивое состояние неоднозначен. Дос-тигшая критических параметров система из состояния сильной неустойчивости как бы «свали-вается» в одно из многих возможных новых для нее устойчивых состояний. В этой точке (точки бифуркации) эволюционный путь системы как бы разветвляется, и какая именно ветвь развития будет выбрана — решает случай! Но после того как «выбор сделан», и система перешла в каче-ственно новое устойчивое состояние — назад возврата нет. Процесс этот необратим. Отсюда следует, что развитие таких систем имеет принципиально непредсказуемый характер. Можно просчитать варианты ветвления путей эволюции системы, но какой именно из них будет вы-бран случаем - однозначно спрогнозировать нельзя.

Классические статистические законы здесь явно не работают, это явление иного порядка. Ведь даже если такая «правильная» и устойчиво «кооперативная» структура и образовалась бы случайно, что почти невероятно, то она тут же распалась бы. Но она не распадается при под-держании соответствующих условий (приток энергии извне), а устойчиво сохраняется. Значит, возникновение таких структур нарастающей сложности не случайность, а закономерность.

В настоящее время осуществляется поиск и разработка процессов самоорганизации откры-тых неравновесных систем различных уровней организации и не безуспешно. К таким процес-сам отнесены механизм действия лазера, рост кристаллов, химические часы (реакция Белоусова - Жаботинского), формирование живого организма, динамика популяций, рыночная экономика. Все это - примеры самоорганизации систем самой различной природы, но одной общности, ко-гда хаотичные действия миллионов свободных индивидов приводят к образованию устойчивых и сложных макроструктур.

34

В рамках физических представлений синергетических моделей - цивилизация в целом и конкретное общество в частности рассматриваются как сложные неравновесные системы, ус-тойчивость которых обеспечивается взаимопониманием внешних и внутренних причин разви-тия. Синергетические модели современной физики находят применение и в самоорганизации социально-экономических процессов, кризисов развития человеческого общества, процессов глобализации.

Современное естествознание становится по существу постнеклассической интегративной наукой с ведущей ролью новой «синергетической физики» и тенденцией перехода от познава-тельной сущности науки к научному методу решения проблем экономического, социального, политического и культурного характера, получению обоснованных прогнозов будущего разви-тия.

Синергетическая интерпретация такого рода явлений открывает новые возможности и на-правления их изучения. В обобщенном виде новизну синергетического подхода можно выра-зить следующими позициями:

• Хаос не только разрушителен, но и созидателен, конструктивен; развитие осуществляет-ся через неустойчивость (хаотичность).

• Линейный характер эволюции сложных систем, к которому привыкла классическая нау-ка, не правило, а, скорее, исключение; развитие большинства таких систем носит нели-нейный характер. А это значит, что для сложных систем всегда существует несколько возможных путей эволюции.

• Развитие осуществляется через случайный выбор одной из нескольких разрешенных возможностей дальнейшей эволюции в точках бифуркации. Следовательно, случайность — не досадное недоразумение, она встроена в механизм эволюции. А еще это значит, что нынешний путь эволюции системы может быть и не лучше отвергнутых случайным выбором.

Классические примеры самоорганизующихся систем

Ячейки Бенара. Классическим примером образования структур нарастающей сложности из хаотического движения считается явление в гидродинамике, а точнее состояние гидростатиче-ской неустойчивости в жидкости. названное ячейками Бенара.

В 1900 году была опубликована статья Х. Бенара с фотографией структуры, по виду напо-минавшей пчелиные соты (рис. 1 а, б).

Рис. 1. Ячейки Бенара: а) общий вид структуры; б) отдельная ячейка

Эта структура образовалась в ртути, налитой в плоский широкий сосуд, подогреваемый сни-зу, после того как температурный градиент превысил некоторое критическое значение. Весь слой ртути (может быть и другая вязкая жидкость) распадался на одинаковые вертикальные шестигранные призмы с определенным соотношением между стороной и высотой (ячейка Бе-нара). В центральной области призмы жидкость поднимается, а вблизи вертикальных граней - опускается.

Возникающая на поверхности жидкости (ртути) при определенных условиях диссипативная пространственная структура, была названа ячейками Бенара.

35

Механизм образования ячеистой структуры: При подогреве жидкости, находящейся в сосуде круглой или прямоугольной формы, между

нижним и верхним ее слоями возникает некоторая разность (градиент) температур ΔТ = Т2 – Т1. Если градиент мал, то перенос тепла происходит на микроскопическом уровне и никакого мак-роскопического движения не происходит (для малых до критических разностей ΔТ < ΔТkp жид-кость остается в покое, тепло снизу вверх передается путем теплопроводности). При достиже-нии температуры подогрева критического значения Т2 = Тkp (соответственно ΔТ = ΔТkp) начина-ется конвекция. Однако при достижении некоторого критического значения градиента в жидко-сти внезапно (скачком) возникает макроскопическое движение, образующее четко выраженные структуры, так называемые пространственно диссипативные структуры. Сверху такая макро-упорядоченность выглядит как ячеистая структура, похожая на пчелиные соты. С позиции фи-зики происходит фазовый переход – образовалась новая структура, но переход неравновесный, и требует подвода внешней энергии.

Итак, при возникновении организованного конвекционного потока огромное число микро-частиц (молекул жидкости) как «по команде» начинают вести себя согласованно, хотя до этого пребывали в хаотическом движении, каждая молекула как бы «знает», что делают все осталь-ные, и «желает» двигаться в общем строю.

Реакция Белоусова-Жаботинского

Другой пример относится к самопроизвольным периодическим химическим реакциям, впер-вые открытым Б. Белоусовым в 1951 г. Как и с ячейками Бенара, суть периодических реакций – в возникновении организованных потоков и структур. При реакции окисления лимонной кисло-ты с присутствием специфического катализатора в определенной последовательности возника-ли окислительно-восстановительные процессы, и раствор самопроизвольно периодически ме-нял цвет. В последствии подобного типа, проделанные с другими веществами, получили назва-ния реакций Белоусова-Жаботинского.

Реакции, приводящие к временным структурам, в химии отнесены к колебательным реакци-ям – или автокаталитическим по химической терминологии, или к автоволновым процессам по физической терминологии. В автокаталитических реакциях продукты каталитически ускоряют саму реакцию и скорость ее растет с ростом концентрации ее продуктов. Автоволны – это са-моподдерживающие волны, которые распространяются в активных средах с распределенной запасенной энергией или средах, с подводимой энергией извне. Автоволновые процессы, отно-сящиеся к самоорганизующимся процессам, получили свое наибольшее развитие в работах представителей русской школы теории колебаний, в том числе в нелинейных средах, Л. Ман-дельштама (1879-1944), А. Андронова (1901-1952) и др. Так называемый «русский подход» к проблемам самоорганизации имеет более глубокий смысл, поскольку на его основе анализиру-ют многие процессы в природе и обществе. Следует отметить, что И. Пригожин и его школа, занимающаяся неравновесной термодинамикой, пользуются своей терминологией для описания динамики неустойчивых структур, а не синергетической, введенной Г. Хакеном (термин «си-нергетика» означает «совместное действие»).

Лекция 3. Уровни организации материи

Представления о структуре и уровнях строения материи Два представления о структуре материи были сформулированы примерно 2500 лет назад в

античной натурфилософии: атомистическая концепция Демокрита (Демокрит, ок. 469-370 до. н.э. – ему приписываются более 70 подлинных сочинений по философии и другим наукам, но утерянные) и континуальная доктрина Аристотеля (Аристотель, 384-322 до н.э. – основатель собственной школы в Ликее и создатель сочинения «Метафизика»). По первому представлению – материя делима до определенного предела – до атомов, которые могут соединяться различ-ными способами и порождают все многообразие объектов и явлений реального мира. По Де-

36

мокриту мир образован двумя фундаментальными началами – атомами и пустотой, а материя обладает атомистической структурой. По второму представлению – признавалась бесконечная делимость материи, материя непрерывна, а пространство – вместилище, непрерывно заполнен-ное материей, без пустот, материя изначально является бесструктурной.

Данные представления о структуре материи просуществовали вплоть до начала XX в. Ато-мы рассматривались как плотные образования материи, как предел физического его деления. В рамках атомистической концепции строения материи была развита классическая механика Ньютона, которая доминировала в описании природы вплоть до начала XX в.

Однако в рамки механической картины мира не вписывалась оптика. Электродинамика Максвелла привела в итоге к поразительному открытию в науке: свет является разновидностью электромагнитных волн. Это открытие совершенно иначе представило проблему строения ма-терии, это открытие в итоге привело к признанию существования электромагнитного поля как нового вида физической реальности, что обусловило поворот от идей атомизма к континуаль-ной концепции строения материи. Но эта концепция не отрицала атомистической концепции вообще, а отрицала лишь ее конкретную механическую модель, более того атомизм был возро-жден на более глубоком уровне строения материи – само электричество оказалось «атомистич-ным», состоящим из электронов – мельчайших электрически заряженных частиц.

Следующий шаг в развитии наших представлений о структуре материи совершил де Бройль, который показал, что не только световые волны обладают дискретной структурой, но и микро-частицам вещества присущ волновой характер (т.н. корпускулярно-волновой дуализм).

Согласно же представлениям современного естествознания на природу, все природные объ-екты представляют собой упорядоченные, структурированные и иерархически организованные системы.

В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют: эле-ментарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, пла-неты и планетные системы, звезды и звездные системы – галактики, системы галактик – мета-галактику.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят: системы доклеточ-ного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической орга-низации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы растительного и животного мира; надорганизменные структуры, включающие виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

В современном естествознании выделяют три уровня строения материи. Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человече-

ского опыта: пространственные величины выражаются в мм, см, м, км, а время в с, мин, час, год.

Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов от 10-8 до 10-15 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 с.

Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором изме-ряется в парсеках или световых годах, время существования объектов миллиарды лет.

Макромир. Механическая картина мира В истории изучения природы выделяется два этапа: донаучный и научный. Донаучный или натурфилософский охватывает период от античности до становления экспе-

риментального естествознания в XVI-XVII вв. В этот период учения о природе основывались на умозрительных философских принципах.

Наиболее значимой была концепция дискретного строения материи – атомизм: - все тела со-стоят из атомов – мельчайших в мире частиц. Античный атомизм был первой теоретической программой объяснения целого как суммы отдельных составляющих его частей. Исходными началами в атомизме выступали атомы и пустота. Сущность протекания природных процессов

37

объяснялась на основе механического взаимодействия атомов, их притяжением и отталкивани-ем.

Механическая программа описания природы, выдвинутая в античном атомизме, наиболее полно реализовалась в классической механике, со становления которой начинается научный этап изучения природы.

Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира – механической. Он разработал методологию нового способа описания природы – научно-теоретического. Суть его в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, кото-рые становились предметом научного исследования. Выделение отдельных характеристик объ-екта позволяло строить теоретические модели и проверить их в условиях научного эксперимен-та. Такая методологическая концепция Галилея стала решающей в становлении классического естествознания.

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же зако-нами. В рамках механической картины мира Ньютона и его последователей материя рассматри-валась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц – атомов и корпускул. Пространство, в котором находится материя, было трехмерное и описывалось евклидовой гео-метрией, оно абсолютно постоянно и всегда пребывает в покое. Время представлялось как ве-личина, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Считалось, что все физические про-цессы можно подчинить законам механики.

Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в соответствии с законами механики. А все физические явления сводились к перемещению мате-риальных точек.

Философское обоснование механическому пониманию природы дал Р. Декарт, который счи-тал, что мир можно описать совершенно объективно, без учета человека-наблюдателя (концеп-ция абсолютной дуальности, т.е. независимости мышления и материи).

Образ Вселенной в связи с этим представлялся гигантским механизмом, где события и про-цессы являют собой цепь взаимосвязанных причин и следствий. Отсюда утвердилась и вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определенностью. И. Р. Пригожин назвал эту веру в предсказуемость «основополагающим мифом классической науки».

Механический подход к описанию природы оказался необычно плодотворным. На основе ньютоновской механики были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла, молекулярно-кинетическая теория и ряд других теорий. Физика как наука достигала ог-ромных успехов в своем развитии и заняла лидирующее положение среди других наук.

Электродинамическая картина мира. Концепция о двух видах материи В XVIII – XIX вв. в науке стали изучаться две области явлений – оптические и электромаг-

нитные, которые не могли быть полностью объяснены в рамках механической картины мира. Так, например, оптические явления описывались одновременно как механической корпуску-лярной теорией, так и волновой теорий. А такие оптические явления как дифракция и интерфе-ренция объяснялись только волновой теорией (Х. Гюйгенс, Т. Юнг, О.Ж. Френель). Суть ин-терференции можно описывалась парадоксальным утверждением: свет, добавленный к свету, не обязательно дает более сильный свет, но может давать более слабый и даже темноту. И при-чина в том, что свет представляет собой не поток материальных частиц, а колебания упругой среды, или волновое движение.

Эксперименты английского ученого М. Фарадея и теоретические работы английского физи-ки Дж. К. Максвелла в области электромагнитных явлений в итоге разрушили представления о дискретном веществе как единственном виде материи и положили начало электромагнитной картине мира. М. Фарадей приходит к выводу, что учение об электричестве и оптика взаимо-связаны и образуют единую область. Его идеи стали исходным пунктом исследований Дж. К.

38

Максвелла, который, используя математические методы, «перевел» модель силовых линий Фа-радея в математическую формулу. И что удивительно, в его теории вспомогательного матема-тического понятие «поле сил» переросло в самостоятельную физическую реальность – элек-тромагнитное поле, как бы подтверждая утверждение Галилея – «Книга природы написана на языке математики». «Электромагнитное поле – это та часть пространства, которая содер-жит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии». Дж. Максвелл чисто математическим путем нашел систему дифференциальных уравнений, описы-вающих электромагнитное поле, и тем самым обобщил все ранее установленные эксперимен-тальные законы электромагнитных явлений (Кулона, Ампера, Био-Савара) и открытое М. Фара-деем явление электромагнитной индукции.

Единая сущность света и электричества, которую М. Фарадей предположил в 1845 г., а Дж. К. Максвелл теоретически обосновал в 1862 г., была экспериментально подтверждена немецким физиком Г. Герцем в 1888 г.

В экспериментах Г. Герца в результате искровых разрядов между двумя заряженными ша-рами появлялись электромагнитные волны. Он рассчитал скорость распространения электро-магнитных волн, которая оказалась равна скорости света. Это прямо подтвердило гипотезу Максвелла о том, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света.

После экспериментов Г. Герца в физике окончательно утвердилось понятие поля, как объек-тивно существующей физической реальности. Был открыт качественно новый, своеобразный вид материи.

К концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

Вещество и поле различаются по своей сущности: • вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно, • вещество обладает массой, а поле – нет, • вещество мало проницаемо, а поле полностью проницаемо, • скорость движения вещества << с (с = 300000 км/с – скорость света), скорость распро-

странения поля равна с. Но в результате последующих революционных открытий в физике (конец XIX в. – начало

XX в.) оказались разрушенными представления классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.

Микромир. Квантово-полевая картина мира Квантовая механика – это полная загадок и парадоксов дисциплина, которую мы не пони-

маем до конца, но умеем применять. Гелл-Манн

Атомная физика

Гениальную догадку, что вещество состоит из мельчайших частиц – атомов выдвинули в ан-тичное время древнегреческие мыслители Левкипп и Демокрит. Через века научные основы атомно-молекулярного учения были заложены в работах русского ученого М.В. Ломоносова (1711-1765), французских химиков Л.Лавуазье)1743-1794) и Ж. Пруста (1754-1826), английско-го химика Дж. Дальтона(1766-1844), итальянского физика А. Авогадро (1777-1856) и других исследователей. Но вплоть до конца XIX века химия была убеждена, что атом есть наименьшая неделимая частица простого вещества.

В конце XIX в. начале XX в. физика выходит на уровень исследования микромира. Научные открытия этого периода опровергают представления об атомах как последних и неделимых структурных элементах материи.

Первыми на сложную структуру атома указали немецкие ученые Г.Р. Кирхгоф (1824-1887) и Р.В. Бунзен (1811-1899), изучая спектры испусканий и поглощения различных веществ. Они

39

обнаружили, что каждому химическому элементу соответствует характерный, присущий только ему набор спектральных линий в спектрах испускания и поглощения. Сложную структуру ато-ма подтверждали опыты по изучению ионизации, открытие и исследование катодных лучей. Изучение свойств катодных лучей привело к заключению, что они состоят из мельчайших от-рицательно заряженных частиц.

В 1895 г. Дж. Дж. Томсон (1856-1940) открывает электрон – отрицательно заряженную час-тицу, входящую в состав всех атомов (определяется масса и величина заряда электрона). Фран-цузский физик А.А. Беккерель (1852-1908) открывает явление радиоактивности (1896 г.): слу-чайно обнаруживает при изучении люминесценции, что соли урана излучают без предвари-тельного освещения. Радиоактивное излучение представляет собой самопроизвольное превра-щение неустойчивых ядер атомов в результате ядерных излучений (альфа-, бета-, гамма-лучей, открытых позднее) в другие ядра химических элементов. Французские физики Пьер и Мария Кюри, изучая явление радиоактивности, открывают новые элементы – полоний и радий.

Первые модели атома появились в 1904 г.: японский физик Хантаро Нагаока (1865-1950) представил строение атома аналогичным строению Солнечной системы – положительно заря-женная часть атома – Солнце, вокруг которой по кольцеобразным орбитам движутся электро-ны, как планеты вокруг Солнца. В модели Дж. Томсона положительное электричество было «распределено» по сфере, в которую вкраплены электроны.

Опыты английского ученого Э. Резерфорда (1871-1937) с альфа-частицами (масса альфа час-тицы примерно составляет 8000 масс электрона) привели к открытию ядра в атоме (1912 г.) – положительно заряженной частицы, размером порядка 10-14 м, в которой фактически сосредото-чена вся масса атома (размер же самого атома составляет 10-10 м). Тем самым опыты Резерфорда опровергли модель атома Томсона и подтвердили планетарную модель атома Нагаока.

В атоме водорода вокруг ядра обращается всего лишь один электрон. Заряд ядра положите-лен и равен по модулю заряду электрона, имеет массу в 1836 раз большую массы электрона. Это ядро было названо Резерфордом протоном и стало рассматриваться как элементарная час-тица.

Установление сложной структуры атома оценивается как крупнейшее событие в науке нача-ла XX века.

Однако планетарная модель атома Резерфорда противоречила законам электродинамики Максвелла, т.к. по законам электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен был излучать электромагнитные волны, теряя энергию на излучение, электрон должен «упасть на ядро», а атом «прекратить» свое существование. Но в действительности этого не происходит, атомы устойчивы и могут существовать, не излучая электромагнитных волн.

Датский физик Н. Бор (1885-1962) устраняет возникшее противоречие, выдвижением двух знаменитых постулатов в 1913 г. (постулаты Бора), ставшие основой принципиально новых теорий микромира – квантовой механики и квантовой электродинамики. Свои постулаты он обосновывает идеей М. Планка о существовании квантов электромагнитного поля, развитой за-тем А. Эйнштейном.

Но теория Бора фактически была теорией для одного атома – атома водорода. К тому же Н. Бор не объяснил свои знаменитые постулаты, постулаты «сделали атом водорода устойчивым, запретив излучать электромагнитные волны в стационарном состоянии». Теория Бора не могла описывать многоэлектронные атомы, и это связано с волновыми свойствами электрона. Как из-вестно, в конце XIX в. после создания Дж. Максвеллом теории электромагнетизма выяснилось, что материя предстает в виде двух форм – вещественной и полевой.

Квантовая механика

При изучении микрочастиц ученые обнаружили у них особенность обладать как волновыми, так и корпускулярными свойствами. В конце XIX века в физике возникла ситуация, получив-шая название «ультрафиолетовая катастрофа». Немецкий физик-теоретик Макс Планк (1858-1947), исследуя тепловое излучение, приходит к выводу, что в процессе излучения энергия мо-

40

жет быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в неделимых порциях – квантах. Энергия каждой такой порции вычисляется по формуле:

νhE = или ωh=E ,

где h или π2h

=h – постоянная Планка, ν или ω – частота колебаний.

Введенное Планком 14 декабря 1900 г. представление об излучении порциями (квантами) стало фундаментом для создания квантовой теории (термин «квантовая механика» ввел М. Планк), считается днем рождения квантовой теории и началом новой эры естествознания (Но-белевская премия по физике М. Планку была присуждена в 1918 г.).

Идея Планка получила развитие в работах А. Эйнштейна (1879-1955), в 1905 г. он переносит идею квантования на излучение вообще и вводит понятие дискретности света, т.е. приходит к признанию корпускулярной структуры света: свет - это поток квантов (фотонов). Эйнштейнов-ское представление о световых квантах (фотонах) стало основой для создания им же теории фо-тоэффекта, суть которой заключается в выбивании электронов из вещества под действием элек-тромагнитных волн. Эксперименты показали, что наличие или отсутствие фотоэффекта опреде-ляется не интенсивностью падающей волны, а ее частотой. При фотоэффекте электроны, по-глощая фотоны, увеличивают свою энергию и в результате способны покинуть вещество. За правильность толкования фотоэффекта А. Эйнштейн получил Нобелевскую премию (1921 г.).

Теория фотоэффекта была успешно подтверждена экспериментально амер. физиком Р. Мил-ликеном (1868-1953), за что он тоже получил Нобелевскую премию (1923 г.).

В 1926 г. австрийский физики Э. Шредингер (1887-1961) создал математическую волновую модель атома в виде волнового дифференциального уравнения Шредингера

[ ] 0)()(2=−+ xxUEm

dxd ψψ

h , Е и U(x) – соответственно полная и потенциальная энергия частиц, m – масса частиц, h - по-

стоянная Планка, )х(ψ – волновая функция, определяющее поведение волн материи.

Причем волновая функция )х(ψ не позволяет абсолютно точно определить положение электронов в атоме, они расплываются в некое «облако» и можно говорить лишь о вероятности нахождения электронов в том или ином месте атома, которая характеризуется квадратом ам-

плитуды волны 2)х(ψ .

Таким образом, волны материи приняли абстрактно-математический облик и получили сим-волическое значение как «волны вероятности» (М. Борн).

Уравнения квантовой механики оказались волновыми (квантовые объекты обладают одно-временно и волновыми свойствами). Предложенная Шредингером для описания квантовых яв-лений, а именно частицы, свободно движущейся по оси Х, волновая функция

)()( pxEtieх −−= hψ ,

где р – импульс, х – координат, t – время, Е – энергия, 1−=i , h – постоянная Планка, называ-ется таковой потому, что в ней используется экспоненциальная функция типа

),( xpeϕ . Операции с волновыми функциями позволяют вычислить вероятности квантово-

механических событий. Волновая функция описывает не сам субъект как таковой и даже не его потенциальные возможности. И в концептуальном отношении понятие волновой функции важ-нее, нежели вероятностное наступление события. В науке главное – дать адекватное экспери-ментальным данным объяснение. Квантовая механика не имеет альтернативы в лице классиче-ской физики. В плане осмысления квантовых явлений классическая физика не проще квантовой механики, но она просто-напросто не подтверждается.

41

Но наука – это не только самые развитые теории, но и их предшественницы, все теории, объединенные научным сходством. Классическая и квантовая механика, прежде всего, исполь-зуют одни и те же понятия таких физических параметров, как координата (x, у, z), импульс (рх, ру, рz) момент импульса М, энергия Е. Отличие лишь в том, что в квантовой механике указан-ным параметрам соответствуют операторы, обозначаемые символами с крышечками, например

операторы импульсов ( )zyx ppp ˆˆ,ˆ : xip x ∂

∂−= h

и т.д., где x∂∂

– символ частной производной. Наиболее характерное для квантовой механики уравнение имеет вид:

ψψ aA = ,

где A – оператор параметра, ψ – волновая функция, a – значение параметра, фиксируемое в эксперименте. Это уравнение получило эпитет «изящного» уравнения: смотрите, как просто устроен мир. Осмысление именно этого уравнения дает разгадку многих неразрешимых с пози-ций классической физики проблем.

Примеры. Согласно принципу наблюдаемости В. Гейзенберга, «разумно включать в теорию только

величины, поддающиеся наблюдению…». Но дело обстоит иначе, чем кажется на первый взгляд. По Эйнштейну «только теория решает, что именно можно наблюдать», но и в аргументации Эйнштейна не учитывается в полной мере специфика квантовой механики.

В главном уравнении квантовой механики: ψψ naA = измерение имеет дело непосредст-

венно только с na , собственными значениями оператора A . В квантовой физике появляются конструкты, волновая функция и оператор, которые в принципе не могут быть зарегистрирова-ны в эксперименте, т.е. квантово-механическая реальность открывается физику в эксперименте лишь одной своей гранью.

О наглядности квантово-механических явлений. Все что происходит с квантовыми объекта-

ми до фиксации собственных значений na того или иного оператора A , в эксперименте не фиксируется в непосредственном виде, а потому не дано в наглядной форме. И все попытки представить себе квантовые объекты и происходящие с ними процессы в наглядной, т.е. под-властной чувствам, форме только игнорируют специфику квантовой механики.

И на вопрос, что представляет собой свободно движущаяся, т.е., еще не вступившая во взаимодействие с макроскопическими условиями наблюдения, частица должен быть таким: движущаяся частица есть действительно частица, для которой характерны возможности, опи-сываемые квантово-механическими уравнениями.

Для квантово-механических явлений характерны соотношения неопределенностей:

Принцип неопределенности h≥ΔΔ xpx – немецкий физик В. Гейзенберг (1901-1976) пока-зал, что чем точнее измеряется местоположение частицы (координата), тем труднее предсказать ее скорость (импульс) и наоборот, можно узнать один или другой параметр, но не оба сразу – указанное соотношение неопределенности стало принципом неопределенности, т.к. показывает принципиально вероятностный характер предсказания событий.

Принцип дополнительности Н. Бора (1928 г.) – дает более широкую трактовку принципа не-определенности Гейзенберга, в обобщенной формулировке смысл принципа дополнительности состоит в том, что получение экспериментальной информации об одних физических параметрах неизбежно приводит к потере других, дополнительных параметров, которые характеризуют это же явление (эффект) с несколько другой стороны. В физическом смысле такими дополнитель-ными друг к другу сущностями, кроме указанных координат и импульса, могут быть волновое и корпускулярное проявление вещества или излучения, энергия и длительность события или из-мерения, выражаемая соотношением h≥ΔΔ tE .

42

Также для квантово-механических явлений характерны: туннельный эффект, принцип су-перпозиции, статистические закономерности и вероятностная предсказуемость.

Современная теория строения атома также основана на квантово-механических представле-ниях; в частности, используя новые представления о свойствах электрона, В. Паули сформули-ровал принцип, позволяющий объяснять расположение электронов по оболочкам. В. Пау-ли(1900-1958) – немецкий физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии 1945 г за открытие принципа запрета – принципа Паули, им же введен термин «нейтрон».

Классическое представление о планетарной модели атома и орбитах электронов было заме-нено волновой механикой и квантовой теорией элементарных процессов

Результаты и идеи квантовой механики позволили построить теорию о движении заряжен-ных микрочастиц, учитывая их квантово-механическую природу – квантовую электродинамику (квантовую теория поля). Важнейшим законом ее является закон взаимного превращения двух видов материальных субстанций – вещественной и полевой материи – друг в друга.

Согласно квантовой теории поля, невозможно такое состояние, когда нет и поля, и частиц, т.е. невозможна пустота. Строго говоря, поле не может перестать существовать, в своем наи-низшем энергетическом состоянии оно выступает как вакуум. Для вакуума характерны не сво-бодные, самостоятельные, наблюдаемые, а виртуальные частицы, порождаемые и сразу же по-глощаемые им.

Вакуум – это облако виртуальных частиц, вполне реальная физическая среда; как бы обво-лакивающая любые невиртуальные частицы.

Механизм квантово-полевого взаимодействия осуществляется в соответствии с концепцией близкодействия, т.е. за конечный промежуток времени. Американский физик Р. Фейнман раз-работал способ графического изображения взаимодействия элементарных частиц, при котором виртуальные частицы изображаются волнистыми или пунктирными линиями. Невиртуальные частицы изображаются прямыми линиями.

Пример. Взаимодействие двух частиц посредством одного виртуального кванта.

Рис. 2. Взаимодействие двух частиц посредством одного виртуального кванта

Физические явления в микромире подчиняются другим законам, чем в классической и реля-тивистской механике. Но существует ли тяготение в микромасштабах, на этот вопрос могла бы ответить квантовая теория гравитации, но ее пока нет, поскольку нет теории тяготения, согла-сованной с квантово-механическими принципами. Согласно Эйнштейну, гравитация проявляет-ся в кривизне пространства-времени, поэтому в так называемой квантовой теории гравитации Вселенной структура пространства-времени и его кривизна должны флуктуировать, поскольку квантовый мир никогда не находится в покое и имеет вероятностный характер. Но эти флук-туации не обнаруживаются из-за малой величины постоянной Планка. Существенным «недос-татком» квантовой теории становится то, что она ничего не внесла нового в понимание процес-сов времени при движении квантовых частиц. Ни Ньютон, ни Эйнштейн в своих уравнениях движения не получили «стрелы времени», и тем самым разрешили телам и частицам вольно двигаться во времени. А квантовое уравнение движения Шредингера со своей знаменитой вол-новой функцией превратило это движение с «непредсказуемый блуд» во времени.

Корпускулярно-волновой дуализм

К концу XIX в. физика приходит к выводу, что материя существует в двух видах: дискрет-ного вещества и непрерывного поля. В классической науке утверждается понятие поля, как объективно существующей физической реальности, как качественно новый, своеобразный вид материи, определяются сущности вещества и поля:

43

• вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно, • вещество обладает массой, а поле – нет, • вещество мало проницаемо, а поле полностью проницаемо, • скорость движения вещества много раз меньше скорости света ( v << c), • с = 300000 км/с – скорость электромагнитных волн. Но открытия в физике в конце XIX – начале XX века в итоге привели к созданию квантовой

механики, которая фактически разрушила представления классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи.

Представление о корпускулярно-волновом дуализме возникло при рассмотрении электро-магнитного поля. Была установлена особенность электромагнитного излучения различных длин волн: электромагнитные излучения больших длин волн проявляют в основном континуальные волновые свойства света, а малых длин волн (гамма лучи) – дискретные (корпускулярные) или квантовые свойства.

Физика начала XX века открывает диалектическое единство двух классических противопо-ложностей – частиц и волн и выражает его «философски» как корпускулярно-волновой дуа-лизм.

Французский физик Луи де Бройль (1892-1987), опираясь на законы симметрии, в 1924 г вы-двинул идею распространения принципа корпускулярно-волнового дуализма света на все час-тицы микромира, имеющие массу покоя. Согласно де Бройлю, любому телу с массой m, дви-жущемуся со скоростью v, соответствует волна с длиной

vmh

=λ.

Аналогичная формула была известна раньше, но только применительно к квантам света – фотонам.

Вскоре гипотеза де Бройля экспериментально подтвердилась открытием дифракции элек-тронов на кристаллах (амер. физики К. Дэвисон, Л. Джермер). В дальнейшем были выполнены опыты по обнаружению дифракции нейтронов, атомов и даже молекул.

Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал тради-ционные классические представления. Форма частицы подразумевает сущность, заключенную в малом объеме или в конечной области пространства, тогда как волна распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два описания реальности являются взаимоисклю-чающими, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые явле-ния.

Лекция 4. Современные космологические концепции

Во второй половине XX в. астрономия вступила в период научной революции, которая из-менила способ астрономического познания – на смену классическому пришел «неклассиче-ский» способ астрономического познания

Мегамир или космос современная наука рассматривает как системную организацию в форме планет и планетных систем, возникших вокруг звезд; звезд и звездных систем – галактик; сис-тема галактик – Метагалактики.

В этой связи термин «Вселенная» приобретает более узкое специфически научное толкова-ние. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится в основном в звезд-ном состоянии; 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах. В других звездных системах (галактиках) предполагается, что «звездная субстанция» составляет более 99,9% их массы. Большинство галактик имеет эллиптическую или спиралевидную форму. Сами галакти-ки образуют так называемые «облака» или «скопления галактик», содержащих до несколько тысяч отдельных звездных систем. Распределение галактик в пространстве указывает на суще-

44

ствование определенной упорядоченной системы – Метагалактики. Метагалактика или гигант-ская система галактик, включает в себя все известные космические объекты.

Ньютоновская и эйнштейновская космологические модели Вселенной С появлением науки в ее современном понимании на смену мифологическим и религиозным

воззрениям приходят научные представления о происхождении Вселенной. Вселенная – от тол-кования как места вселения человека, благодаря ее доступности эмпирическому наблюдению и размышлению о ней в настоящее время изучается наукой, называемой космологией или наукой о космосе. Космология нацелена на открытие упорядоченности нашего мира, т.е. законов его функционирования как единого упорядоченного целого.

Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной. Если нау-ка (естествознание имеет дело только с тем, что эмпирически проверяемо современными науч-ными методами) формулирует универсальные законы на основе экспериментальных данных, то Вселенная в этом смысле уникальна, так как к ней методологические правила науки остаются неприемлемыми. Все заключения о происхождении и развитии Вселенной не являются закона-ми, а лишь космологическими моделями, т.е. возможными вариантами объяснения.

Первым ученым, который обнаружил силы космической значимости, был И. Ньютон, пер-вооткрыватель закона всемирного тяготения. По Ньютону, если предположить, что космиче-ское вещество первоначально было равномерно распределено по всему бесконечному космиче-скому пространству, то различные его части сгущались бы, образуя Солнце и, как он считал, неподвижные звезды, а также планеты; светимость же звезд он объяснял ссылкой на Творца [Гуревич Л.Э., Чернин А.Д. «Происхождение галактик и звезд». М.: Наука, 1987]. Воззрения Ньютона относятся к 1692 г. Позднее они неоднократно воспроизводились философом И. Кан-том и математиком П. Лапласом, но все ограничивалось пронаучными, сугубо гипотетическими рассуждениями.

В классической ньютоновской космологической модели Вселенной вопрос об ее эволюции не ставился. Вселенная представлялась всесуществующей и бесконечной в абсолютном про-странстве и времени. В такой Вселенной изменяться могут только конкретные космические системы, но не «мир в целом».

Такое постулирование бесконечности и стационарности Вселенной логически приводит к парадоксам: гравитационному и фотометрическому, которые не разрешимы в рамках классиче-ской астрономии.

Суть гравитационного: если Вселенная бесконечна, значит в ней бесконечное число небес-ных тел, то сила тяготения должна быть тоже бесконечно большой и вся Вселенная должна сколлапсировать, т.е. сжаться до объекта, подобного «черной дыре», а не существовать вечно.

Суть фотометрического: если существует бесконечное число небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неба, но этого не наблюдается.

Все современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории отно-сительности А. Эйнштейна, согласно которой пространство и время определяются распределе-нием гравитационных масс во Вселенной из этого следует так называемая «кривизна простран-ства» и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Свойства Вселенной как целого (ее про-шлое, настоящее, будущее) ставятся наукой в зависимость от средней плотности материи в ней. Математическая теория тяготения Эйнштейна предлагает несколько решений «устройства» Вселенной, т.е. обуславливает наличие многих космологических моделей Вселенной.

Первая из них была разработана самим А. Эйнштейном в 1917 г. Он разделял убеждение Ньютона, что звезды по отношению друг к другу находятся в ста-

ционарном положении. Но объяснить такое положение звезд одними силами тяготения затруд-нительно. Поэтому Эйнштейн ввел в уравнение общей теории относительности специальный член – лямбду (λ), который должен был в математической форме отобразить наличие сил от-талкивания неведомой природы. Прием, использованный Эйнштейном, в науке называется ad hoc (ад хок), что в переводе с латинского означает «для данного случая». Эйнштейн использо-

45

вал данный прием за неимением лучшего. Но вскоре ему представилась возможность отказать-ся от него.

В такой модели Вселенной локальные искривления пространства-времени гравитирующими массами приводят к глобальному искривлению, делающему Вселенную замкнутой по про-странственным координатам. В этой цилиндрической модели Эйнштейна временная координата не искривляется (время равномерно течет от прошлого к будущему). Впоследствии цилиндри-ческая модель была усовершенствована голландским астрофизиком Виллем де Ситтером, пред-положившим на основании наблюдаемого красного смещения, что время в удаленных частях Вселенной течет замедленно (искривление по временной координате) - модель замкнутой ги-персферы. Обе эти стационарные модели Вселенной имеют два недостатка: необходимость предположить существование дополнительных взаимодействий, препятствующих сжатию Все-ленной под действием гравитирующих масс, и проблема “утилизации” света, испущенного звездами в предшествующие моменты времени в замкнутое пространство.

В эйнштейновской модели Вселенной материя распределена в среднем равномерно, а грави-тационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием. Время существования Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно. Вселенная в целом стационарна, бесконечна во времени и безгранич-на в пространстве.

Фридмановские модели Вселенной В 1922 – 1924 гг. молодой математик и геофизик А.А. Фридман (1888-1925) (Советская Рос-

сия), изучая уравнения общей теории относительности Эйнштейна, показал, что они приводят к гравитационной неустойчивости Вселенной, в зависимости от плотности вещества в ней она либо расширяется, либо сжимается. В 1922-23 гг. в статьях «О кривизне пространства» и «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной пространства» нашел нестационар-ные решения гравитационного уравнения Эйнштейна, теоретически доказав возможность суще-ствования нестационарной (расширяющейся) Вселенной. Этот результат лег в основу совре-менной космологии.

Фридман рассмотрел три решения уравнений Эйнштейна, описывающих Вселенную с «рас-ширяющимся» пространством. Если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине (ρкр ≈ 10-29 г/см3), мировое пространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния. Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и также неограниченно расширяется. И наконец, если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, кото-рое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния.

Решающее значение для выводов Фридмана имело открытие Э. Хаббла (американский ас-троном Эдвин Пауэлл Хаббл (1889-1953)), который обнаружил факт разлета скоплений звезд, галактик (1929). Так называемое «красное смещение» приходящих от галактик излучений сви-детельствовало о их удалении от Земли. Хаббл вывел соотношение:

rHV ⋅= , V – скорость удаления галактики, H = 75 – 80 км/с⋅Мпк или (3 – 5)10-18 с-1 – постоянная Хаббла, r – расстояние до галактики в парсеках (1 пк ≈ 3,1⋅1016 м).

Смысл постоянной Хаббла в следующем, величина, обратная постоянной Хаббла, есть воз-раст Вселенной. Расчеты показывают, что если принять Н ≈ 75 км/с⋅Мпк, то возраст Вселенной t = 1/H ≈ 13,5 млрд. лет.

Но средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна, и мы сегодня не знаем, в каком из пространств Вселенной мы живем.

На сегодняшний день модель расширяющейся Вселенной, предложенная Фридманом, наибо-лее популярна (красное смещение и конечная светимость неба объясняются эффектом Доплера, и нет необходимости во введении компенсирующих гравитацию взаимодействий), глобально

46

искривленной из-за наличия гравитирующих масс. И обсуждаются в основном две ее модифи-кации:

1. Замкнутая модель (геометрический аналог - расширяющаяся гиперсфера) предсказывает постепенное замедление расширения вследствие торможения гравитационными силами с последующим переходом к сжатию.

2. Открытая модель (геометрический аналог – «седло») замедляющееся расширение, про-исходящее бесконечно долго.

В настоящее время предпочтение отдается открытой модели, поскольку оценки средней плотности вещества во Вселенной, сделанные на основе наблюдаемой концентрации звезд, по-казывают, что гравитационные силы не способны остановить происходящее с наблюдаемой скоростью разбегания. Оценки могут существенно измениться в пользу закрытой модели при наличии в космосе скрытых масс несветящегося вещества (например, за счет ненулевой массы покоя нейтрино).

Следует также специально отметить, что для модели расширяющейся Вселенной характерно отсутствие какого-либо центра «разбегания» галактик. Расширяется в целом межгалактическая среда. «Разбегаются все галактики. С какой бы галактики не наблюдалась картина космическо-го расширения, всякий она выглядит единообразно: чем дальше от места наблюдения находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется от этого места». И так называемый горизонт видимости расположен на расстоянии не большем, чем может пройти свет за 13 млрд. лет.

Модель горячей Вселенной или Большого Взрыва В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель горячей Все-

ленной, или «Большого Взрыва» (Big Bang), предложенная в 1948 г. Основы ее были заложены в трудах американского физика русского происхождения Дж. (Г.А.) Гамова и его сотрудников в конце 40-х гг. XX в. Основа теории такова: физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15-20 млрд. лет назад, когда все вещество и энергия современной Вселенной были сконцентрированы в одном сгустке с плотностью свыше 1025 г/см3 и темпера-турой свыше 1016 К. Такое представление соответствует и модели горячей Вселенной. Правда, науке неизвестно, откуда взялось такое гигантское количество изначальной энергии? Но приня-тое научным сообществом расширение Вселенной оказывается естественным следствием тео-рии Большого Взрыва и это следует расценивать, как огромный мировоззренческий прорыв в интеллектуальном мире.

По предположению Г.А. Гамова все элементы Вселенной образовались в результате ядер-ных реакций в первые моменты после Большого Взрыва. По современным же представлениям около 98% существующего в природе гелия образовалось в первые секунды после Большого Взрыва.

С эволюционной точки зрения Вселенная проходит определенные этапы, в ходе которых об-разуются химические элементы в результате ядерных реакций и их структуры.

Данная модель Вселенной сейчас обосновывается такими экспериментальными наблюде-ниями.

1. Излучение спектральных линий звезд показывает, метагалактика имеет единый химиче-ский состав (77% водорода, 22% гелия, 0,8% кислорода, 0,1% железо и 0,1% на осталь-ные элементы).

2. Спектры элементов удаленных галактик демонстрируют систематическое смещение в красную часть спектра. Смещение линейно растет с увеличением расстояния до галак-тик.

3. Из космоса регистрируется однородное и изотропное излучение наполняющее все кос-мическое пространство (оно соответствует излучению черного тела с температурой 2,7 К, его плотность составляет примерно 450 фотонов/см3.

47

4. Распределение галактик в метагалактике соответствует некоторой постоянной плотно-сти, порядка 0,3 барионов/м3. Для сравнения: в нашей Галактике средняя концентрация вещества ∼ 1 атом/см3.

5. По косвенным выводам из анализа процессов радиоактивного распада в метеоритах, следует, что некоторые компоненты химического состава метеоритов, возможно возник-ли 14-24 млрд. лет назад.

По расчетам Гамова, в качестве следов от БВ должно остаться микроволновое излучение малой энергии, соответствующее излучению абсолютно черного тела, нагретого всего лишь до 5 К (около – 268°С).

Экспериментальным подтверждением расчетов стало открытие в начале 1965 г. реликтового излучения с температурой около 3К (американцы А.А. Пензиас и Р.В. Вилсон обнаружили при-ходящее со всех сторон фоновое излучение, температура которого по современным оценкам около. 2,7 К). Первооткрыватели этого излучения ничего не знали о его космологической зна-чимости, но многие космологи, узнав о нем, отнесли это открытие к фундаментальному (И.С. Шкловский предположил его называть реликтовым, т.е. остаточным от ранних эпох Вселен-ной).

Наличие реликтового излучения означает, что Большой Взрыв произошел не в отдельной, избранной точке космоса – Большой Взрыв характерен для всего изначального космоса.

Модель горячей Вселенной

В первые моменты температура Вселенной была столь высока, что в ней могли существо-вать лишь самые легкие элементарные частицы: фотоны, нейтрино и т.д. Быстрое расширение горячего сжатого “газа” вело к его охлаждению. Уже на первых секундах расширения стало возможным образование электронов и протонов, существующих в виде горячей плазмы и силь-но взаимодействующих друг с другом и излучением, на долю которого приходилась основная доля энергии во Вселенной. Таким образом, на ранней стадии, длящейся около 1 млн. лет во Вселенной преобладали электромагнитные и ядерные взаимодействия.

Спустя указанный срок температура упала до величины, допускающей рекомбинацию элек-тронов с протонами в нейтральные атомы водорода. С этого момента взаимодействие излуче-ния с веществом практически прекратилось, доминирующая роль перешла к гравитации.

Возникшее на стадии горячей Вселенной и постепенной остывающее в результате ее расши-рения излучение дошло до нас в виде реликтового фона.

Сам факт возможности моделирования процессов, происходящих в первые секунды и мину-ты существования Вселенной, следует рассматривать как огромное достижение современного естествознания – оно приближает нас к самому акту «сотворения мира». Хотя представления о первых секундах жизни Вселенной во многом основаны на гипотезах и гипотетических экстра-поляциях, но физические условия, существовавшие в то время, когда возраст Вселенной со-ставлял 10-4 с, когда температура достигала 1012К, а вся наблюдаемая Вселенная была «сжата» до размеров Солнечной системы, сегодня можно экспериментально воспроизводить на совре-менных ускорителях элементарных частиц.

Раннюю Вселенную можно на языке физики представить как гигантскую лабораторию при-роды, в которой энергия, высвободившаяся в результате Большого Взрыва, пробудила физиче-ские процессы, не воспроизводимые в земных условиях.

Холодная Вселенная

На последующей стадии, так называемой “холодной” Вселенной, на фоне продолжающегося расширения и остывания вещества стали возникать гравитационные неустойчивости: за счет флуктуаций плотности водородного газа стали возникать зоны его уплотнения, притягивающие к себе газ из соседних областей и еще больше усиливающие собственное гравитационное поле.

Самоорганизация вещества во Вселенной (сложная неравновесная система, описываемая не-линейными уравнениями гравитации) в конечном итоге привела к возникновению крупномас-

48

штабной квазиупорядоченной межгалактической ячеистой структуры, а ее дальнейшая фраг-ментация дала начало будущим галактикам и звездам. Анализ деталей этого процесса возможен на основании весьма сложных уравнений гидрогазодинамики - теории нестационарного движе-ния вещества, до сих пор удовлетворительно не разработанной. Достаточно ясно, что в резуль-тате гравитационного сжатия выделяющаяся энергия в конечном итоге приводила к вторичному разогреву «водородного топлива» до температур, достаточных для начала термоядерных реак-ций водородного цикла.

Ученые выдвигают гипотезы не только далекого прошлого Вселенной, но и прогнозируют ее далекое будущее. «Закрытые» модели предполагают, что в будущем расширение Вселенной сменится ее сжатием. Исходя из общей массы Вселенной (1052 т), предполагают, что примерно через 30 млрд. лет она начнет сжиматься и через 50 млрд. лет вновь вернется в сингулярное со-стояние. Полный цикл расширения и сжатия Вселенной составляет примерно 100 млрд. лет.

В «открытых» космологических моделях Вселенной предполагается, что уже через 1014 лет многие звезды остынут, примерно через 1019 лет большая часть остывших звезд покинут свои галактики в виде «черных карликов», центральные области галактик превратятся в «черные ды-ры». Дальнейшая эволюция будущей Вселенной выглядит не вполне ясной, но прогнозируется «тепловая смерть» Вселенной с конечным состоянием из сверхдлинных квантов и электронно-позитронной плазмы.

Модель раздувающейся (инфляционной) Вселенной Еще в 1927 г. бельгийский ученый Ж. Леметр, который ввел понятие начала Вселенной как

сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва, по-казал по своим расчетам, что радиус Вселенной в первоначальном состоянии был 10-12 см, а ее плотность составляла 1096 г/см3.

Но и для современной науки наибольшие сложности связаны с осмыслением природы кос-мической сингулярности (от англ. singularity – оригинальность, своеобразие). По мнению уче-ных, сингулярность должна быть такой, чтобы вызванные ею процессы соответствовали дейст-вительной картине Вселенной. В первоначальных моделях горячей Вселенной не удавалось объяснить происхождение скоплений галактик. Происхождение космических образований тако-го рода, по-видимому, следует объяснять не процессами, случившимися после Большого Взры-ва, а присущими его изначальной природе.

Американец А. Гут (1980) в этой связи предложил модель раздувающейся, инфляционной (от лат. inflatio – вздутие) Вселенной. Суть его гипотезы состоит в том, что в квантовом вакууме в условиях чрезвычайно высокой энергии частиц последние создают сильное натяжение. Эти натяжения адекватны отрицательному давлению, которое и может служить первотолчком к раздуванию, т.е. давление внутри вакуума не положительно (оно направлено внутрь среды). Квантовый вакуум можно представить как «перегретую жидкость», которая может сразу «вски-петь». Отрицательное давление можно интерпретировать как гравитационные силы отталкива-ния. Под действием этих гигантских сил квантовый вакуум быстро, практически мгновенно расширяется, приблизительно за 10-30 с его размеры увеличиваются в 1030 раз. В результате расширения сам вакуум охлаждается, а заключенная в нем гигантская энергия высвобождается в виде излучения, с температурой примерно 1028 К. При такой сверхвысокой температуре эле-ментарные лептоны и даже гипотетические частицы – кварки не существуют. Для вакуума с от-рицательным давлением характерны квантовые флуктуации – они как раз и предполагаются на-чальными состояниями будущих галактик и их скоплений.

Итак, согласно современным представлениям, БВ есть не что иное, как длящееся короткое мгновение (∼10-30 с) расширение высокоэнергетического квантового вакуума или творение Все-ленной из вакуума особой природы. В этой модели описывается эволюция Вселенной, начиная с момента 10-45 с после начала расширения. Начало Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10-50 см (размер атома 10-8 см, атомного ядра 10-13 см). Основные события в ранней Вселенной разыгрывались за промежуток времени от 10-45 до 10-30 секунд. В этой модели начальное состояние Вселенной

49

является вакуумным. Физический вакуум – это форма материи, лишенная вещества и излуче-ния, но возбужденное состояние такого вакуума способно создавать космическую силу оттал-кивания, порождающая раздувание «пузырей пространства» – зародышей одной или несколь-ких вселенных.

Различия между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10-30 с, далее принципиальных расхож-дений нет.

Время

История взглядов на время

В «Исповеди» Августина (354 – 430), христианского теолога и церковного деятеля, есть сло-ва: «Если меня никто об этом не спрашивает, я знаю, что такое время. Если бы я захотел объяс-нить спрашивающему, нет, не знаю».

Существует много подходов к описанию явлений и событий во времени. Этим занимается, в частности, хронология - наука, имеющая дело с разделением времени на регулярные периоды, расположением событий в порядке из возникновения, установлением соответствия дат к из-вестным событиям и выявлением несоответствий в датах, вызванных различием в системах применяемых в древности и сегодня.

Астрономическая хронология основана на астрономических явлениях и законах. Даты ас-трономических явлений могут быть определены весьма точно математическими вычислениями. Например, дата исторического явления устанавливается или проверяется с высокой степенью точности, если событие сопровождается астрономическим явлением (типа солнечного затме-ния). Так, например, шотландская история свидетельствует: когда король Норвегии Хекон IV (Старый) приплыл с норвежским флотом, чтобы наказать короля Шотландии, он высадился на Оркнейских островах. В это время на Солнце появилось тонкое яркое кольцо. Британский фи-зик Д. Бревстер показал, что кольцевое затмение Солнца было видно в той местности 5 августа 1263 г.

Летописец Кирик из Новгородского Антониева монастыря 11 августа 1124 г. записал: «Пред вечерней ноча убывати солнца и погибе все. О велик страх и тьма быть».

В летописи и в «Слове о полку Игореве» сказано: У донца был Игорь, только видит – Словно тьмой полки его прикрыты, И воззрел на светлое он Солнце –

Видит: Солнце – что двурогий месяц, А в рогах был словно уголь горящий; В темном небе звезды просияли, У людей в глазах позеленело.

Это было, как установили астрономы, 1 мая 1185 г., накануне сражения Игоря с половцами. Геологическая хронология построена на изучении окаменелостей, ископаемых, структуры

земных недр. Точность определения датировки очень мала и не позволяет установить связь со-бытий на разных континентах. А без таких сравнений история Земли остается в значительной степени загадкой. Только открытие радиоактивности изменило ситуацию. Появились методы радиометрического датирования. Сделавшие возможным вычисление абсолютного возраста минералов и определения геологических дат с беспрецедентной точностью.

Политическая хронология определяет даты и последовательность событий в истории нации, стран, человечества. Наиболее древние нации связывали историю со сроком службы некоторого деятеля, короля. Эта система дала довольно полную хронологию, но события между смертью короля и приходом его преемника иногда были пропущены, в ряде случаев правление непопу-лярных руководителей исключалось из письменных источников.

50

Хронология древнего Египта начинается с воцарения первого фараона 1-й династии Менеса (3100 – 3066 гг. до н.э.). Египетский год начинался с восхода звезды Сириус и содержал 365 дней.

Египетские жрецы-астрологи, сопоставляя вид звездного неба с днями наступления разли-вов реки Нил, установили, что разливы наступают через несколько дней после первого утренне-го появления на небе самой яркой звезды неба. Эту звезду прозвали Изидой-Сотис (Сириус) – слезой богини плодородия Изиды. Промежуток времени между двумя последовательными ут-ренними появлениями этой звезды составлял 360 суток, поэтому продолжительность первого солнечного календаря составляла 360 дней (12 месяцев по 30 дней) и только значительно позже его продолжительность была увеличена до 365 суток.

Эра греческих Олимпиад была рассчитана с 1 июля 776 г. до н.э., греческие астрономы вве-ли два цикла: по 235 лунных месяцев (почти точно 19 лет) и 940 лунных месяцев (около 76 лет). В Римской хронологии эра основания города (ab urde condita или AUC) начинается с 22 апреля 753 г. до н.э.

Христианская хронология, используемая нами, основана в 525 г. монахом Дионисием Ма-лым (Ексигуусом), считавшим, что Иисус Христос родился в 753 г. после основания Рима.

В 2000 г. наступил 2754 год от основания Рима (АГС). В то же время мусульмане отметили 137-й год хиджры, 5760-й год – иудеи.

Римский ученый-монах Дионисий в 248 г. эры римского императора Диоклетиана (Первый год эры Диоклетиана соответствует 284 г. н.э.) предложил вести летоисчисление от новой эры, названной им эрой «от рождества Христова». Он объявил, что 248 г. соответствует 532 г. н.э., и рекомендовал следующий год нумеровать 533 годом. Так возникла новая или наша эра, от ко-торой ведется счет лет до настоящего времени.

Число 532 взято из соображений более легкого пути предвычисления даты празднования пасхи, чем Дионисий и занимался. Древнегреческий математик и астроном Метон еще в 432 г. до н.э. установил, что 235 лунных месяцев содержат столько же суток (6940д), сколько их за-ключено в 19 тропических годах. Поэтому через каждые 19 лет одинаковые лунные фазы при-ходятся на одни и те же календарные числа месяца. Этот период известен в астрономии под на-званием круга Луны или метонова цикла. Так как полнолуние наступает в одни и те же кален-дарные даты через 19 лет, а пасха празднуется только в воскресенье, которое бывает раз в 7 дней, а период високоса равен 4, то Дионисий просто нашел общее наименьшее кратное этих чисел 19⋅7⋅4 = 532. Следовательно, пасха приходится в воскресенье одной и той же даты через каждые 532 года.

В России новая эра исчисления была введена Указом Петра I с 1 января 1700 г. До этого на Руси счет годов велся «от сотворения мира», а новый календарный год с 1492 г. начинался с 1 сентября (сентябрьский стиль).

В истории западных цивилизаций с основными проблемами хронологии сталкиваются в со-гласовании дат, исчисленных в различных календарях, типа юлианского, григорианского и му-сульманского.

Так что же такое время? Как его можно измерить? Каков возраст Вселенной? Кратчайший промежуток времени, который мы можем ощутить, порядка 0,1 с. Время реак-

ции человека на внешний сигнал составляет около 0,2 с. Естественные единицы времени, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни: день,

год, времена года, лунные сутки – основаны на циклических изменениях, наблюдаемых в при-роде.

Прямой зафиксированный опыт человечества распространяется примерно на 5000 лет – именно этому времени соответствуют первые памятники письменности шумерской цивилиза-ции.

Интервалы времени, отвечающие геологическим событиям, измеряют с применением «ра-диоактивных часов». Процесс радиоактивного распада нельзя ускорить или замедлить. Он про-текает с постоянной скоростью, характерной для данного элемента. Так, например, при радио-

51

активном распаде одни из 1,6⋅1011 атомов изотопа рубидия превращается за год в атом строн-ция, то есть до полного исчезновения такого изотопа рубидия необходимо, по крайней мере, 1011 лет. Но на земле он обнаружен. Для урана эта постоянная составляет 10–10, для калия – 10–9. И они есть в земной коре.

Следовательно, Земля не могла существовать вечно и «возраст» материала, из которого со-стоит Земля, не может превышать несколько миллиардов лет.

Самая древняя порода, обнаруженная на Земле (в Антарктиде), имеет возраст 3900 ± 300 млн. лет. Недавние исследования найденных в Эфиопии каменных орудий труда показали, что их возраст около 2,5 млн. лет. Возраст определен по соотношению изотопов аргона в исследо-ванных образцах.

Точно таким же способом оценено время существования Солнечной системы – по измере-нию содержания радиоактивных элементов в метеоритах. Оказалось, что все метеориты имеют примерно одинаковый возраст – 4-5 млрд. лет.

Одна из последних оценок возраста Вселенной – 16±2 млрд. лет. Метод нуклеокосмохроно-логии показал, что возраст одной из самых старых звезд CS22892-052 составляет от 13 до 21 млрд. лет.

Но насколько можно верить этой оценке, если она сделана по спектру одной всего звезды по одиночной линии излучения тория?

Таким образом, в самой природе, существуют физические явления и процессы, определяю-щие направление течения времени. В отличии от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым), время – не-обратимо и одномерно. Оно течет из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвра-щаться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо времен-ной промежуток в будущее. Необратимые процессы лежат в основе многих процессов, с особой отчетливостью они появляются на биологическом уровне. В 30-х гг. XX в. английский астрофи-зик А.С. Эддингтон (1882 – 1944) ввел понятие «стрелы времени».

Приведем примеры процессов, характеризующих направление времени, воплощающих не-обратимость времени.

Излучение – волны всегда испускаются источником и являются расходящимися, затухаю-щими по прошествии времени (т.е. уходящими в будущее). Но не обнаружены волны, сходя-щиеся к источнику из прошлого (хотя теоретических можно решить уравнения, рассматриваю-щие эту возможность).

Термодинамика – второе начало устанавливает закон возрастания энтропии в системе, не обменивающейся с внешним миром ни энергией, ни веществом, выражает увеличение молеку-лярного хаоса до тех пор, пока система не достигнет термодинамического равновесия.

Эволюция – для незамкнутых систем свойственна динамическая самоорганизации материи. Она наблюдается в биологической эволюции, эволюция общества и эволюции Вселенной в це-лом. Эволюция, другими словами, это возрастание порядка в системе, следовательно она про-тиворечит второму началу термодинамики – закону возрастания энтропии.

Радиоактивный распад – происходит необратимое преобразование одних атомов в другие, обратного процесса не наблюдается. Например, конечным продуктом распада урана является свинец.

Геометрии пространства Уже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и

времени. Знаменитый врач и философ из города Акраганта Эмпедокл считал «пустого про-странства не существует». Демокрит утверждал, что пустота существует, как материи и атомы, и необходима для их перемещений и соединений.

И только в «Началах» древнегреческого математика Евклида пространственные характери-стики объектов обрели строгую математическую форму. В это время зарождается геометриче-ские представления об однородном и бесконечном пространстве.

52

На протяжении двух тысячелетий не один математик высказывал сомнение в физической истинности аксиомы Евклида о параллельных, которая гласит:

Если две прямые пересечены третьей, то они пересекаются в той полуплоскости относи-тельно секущей, где сумма односторонних внутренних углов меньше двух прямых. (Знамени-тый пятый постулат).

а

b

1

2

Рис. 3

Это означает, что если углы 1 и 2 в сумме меньше 180°, то прямые а и b, будучи продолжен-ными достаточно далеко пересекутся (на рисунке – справа). Евклид имел достаточно веские ос-нования, чтобы сформулировать свою аксиому именно так. Он мог бы утверждать, что если сумма углов 1 и 2 равна 180°, то прямые а и b никогда не пересекутся, сколько бы их не про-должали, т.е. что прямые а и b в этом случае параллельны.

Пятый постулат оказался самым проблемным, в другой формулировке он гласит: из одной точки на плоскости можно провести только одну прямую, которая не будет пе-

ресекаться с данной, сколько бы ее ни продолжали. Евклид явно опасался предположить, что могут существовать две бесконечные прямые, ко-

торые никогда не пересекутся. Существование таких прямых не подкреплялось опытом и от-нюдь не было самоочевидным. Т.е. этот постулат не был очевиден, так как никто не мог бы его экспериментально подтвердить даже в воображении – нельзя же линию продолжать в беско-нечность.

Но на основе аксиомы о параллельных и других аксиом своей геометрии Евклид доказал существование бесконечных протяженных параллельных прямых.

Самого Евклида придуманный им вариант аксиомы о параллельных не устраивал. После Евклида не один десяток самых выдающихся математиков, не говоря уже о менее известных, пытались заменить аксиому о параллельных и вывести ее из других аксиом.

С геометрией Евклида связывался тот взгляд, что пространство везде одно и то же. Она ис-ходила из пяти аксиом или постулатов. Как уже известно, многих математиков не удовлетворял пятый постулат, который гласил, что из одной точки на плоскости можно провести только одну прямую, которая не будет пересекаться с данной, сколько бы ее ни продолжали. Этот постулат не был очевиден.

Великий математик Карл Фридрих Гаусс (1777 – 1855) первым признал пятый постулат ак-сиомой и что, его можно заменить другими аксиомами, построив новую геометрию. Начиная с 1833 г. К. Гаусс разрабатывал свой вариант неевклидовой (астральной) геометрии. В письме к математику и астроному Фридриху Вильгельму Бесселю (1784 – 1846) признавался, что вряд ли когда-нибудь опубликует свои открытия в области неевклидовой геометрии из опасения на-смешек, или, как выразился Гаусс, криков беотийцев (в переносном смысле – невежд).

И лишь Николай Иванович Лобачевский (1793 – 1856) в России, Янош Бойаи (1802 – 1860) в Венгрии и Георг Бернхард Риман (1826 – 1866) в Германии (ученик К. Гаусса) построили новую геометрию, заменив пятый постулат.

Б. Риман заменил его на аксиому: через точку, лежащую вне данной прямой на плоскости, нельзя провести ни одной параллельной, все они будут пересекаться с данной.

Н.И. Лобачевский и Я. Бойаи допустили, что … существует множество прямых, которые не пересекутся с данной.

53

Для наглядной иллюстрации этих геометрий рассмотрим пространство двух измерений, на-зываемое поверхностью. Евклидова геометрия реализуется на плоскости, Римана – на поверх-ности сферы, Лобачевского – на так называемой псевдосфере (отрицательной сфере).

Построим фигуру «треугольник» на этих трех поверхностях.

1 2 3 Рис. 4

В геометрии Евклида сумма углов треугольника равна 180°, у Римана – больше 180°, а у Ло-бачевского – меньше 180° (рис. 1, 2, 3).

Вообще, пространство имеет три измерения, для каждая геометрии характерна своя кривиз-на пространства: в евклидовой геометрии кривизна нулевая, у Римана – положительная, у Ло-бачевского – Бойая – отрицательная.

Кривизна пространства понимается в науке как отступление его метрики от евклидовой, что точно описывается в языке математики, но не проявляется каким-то наглядным образом.

Лобачевский и Риман считали, что только физические эксперименты могут показать нам, какова геометрия нашего мира. Эйнштейн в общей теории относительности сделала геометрию физической экспериментальной наукой, которая подтвердила характер пространства Римана. Общая теория относительности заменяет закон тяготения Ньютона новыми уравнениями тяго-тения и закон Ньютона становиться предельным случаем эйнштейновских уравнений.

Интересен ответ А. Эйнштейна корреспонденту американской газеты «Нью-Йорк Таймс». На вопрос: в чем суть его теории относительности, Эйнштейн ответил: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то простран-ство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время».

Многомерность пространства Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцен-

трической системе мира, развитой Н. Коперником в работе «Об обращениях небесных сфер». Теория Коперника направила движение естественнонаучной мысли к признанию безгранично-сти и бесконечности пространства.

В рамках новой физической гравитационной картины мира развитой И. Ньютоном, утвер-ждается представление о бесконечном пространстве, в котором находятся космические объек-ты, связанные между собой силой тяготения. Раскрывая сущность времени и пространства в своем основополагающем труде «Математические начала натуральной философии», Ньютон характеризует их как «вместилища самих себя и всего существующего. Во времени все распола-гается в смысле порядка последовательности, в пространстве – в смысле порядка положе-ния». Он предлагает различать два типа понятий пространства и времени: абсолютные (истин-ные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные).

В теории тяготения Ньютона считается, что пространство евклидово, а частицы движутся криволинейно только под действием сил.

Ньютоновская концепция пространства и времени, на основе которой строилась физическая картина мира, оказалась господствующей вплоть до конца XIX века.

Пространство считалось бесконечным, плоским, «прямолинейным», евклидовым. Его мет-рические свойства описывались геометрией Евклида. Оно рассматривалось как абсолютное,

54

пустое, однородное и изотропное (нет выделенных точек и направлений) и выступало в качест-ве «вместилища» материальных тел, как независимая от них инерциальная система.

Время понималось абсолютным, однородным, равномерно текущим. Оно сразу и везде во всей Вселенной «единообразно и синхронно» и выступает как независимый от материальных объектов процесс длительности. Классическая механика сводила время к длительности, фикси-руя определяющее свойство времени «показывать продолжительность события». (См.: Аксенов Г.П. «О причине времени» // Вопросы философии. – 1996. – №1, с.43). Значение указаний вре-мени в механике считалось абсолютным, не зависящим от состояния движения тела отсчета.

В XIX в. в физике появляется новое понятие – «поле», что, по словам Эйнштейна, явилось «самым важным достижением со времени Ньютона» (Эйнштейн А., Инфельд Л. «Эволюция фи-зики». – М.: Мол. Гвардия, 1966. - с.220).

Открытие существования поля в пространстве между зарядами и частицами было очень су-щественно для описания физических свойств пространства и времени. Структура электромаг-нитного поля описывается с помощью четырех уравнений Максвелла, устанавливающих связь величин, характеризующих электрические и магнитные поля с распределением в пространстве зарядов и токов. Как заметил сам Эйнштейн, теория относительности возникает из проблемы поля.

Четырехмерное пространство

Специальная теория относительности (СТО), созданная в 1905 г. А. Эйнштейном, стала ре-зультатом обобщения и синтеза классической механики Галилея – Ньютона и электродинамики Максвелла – Лоренца. Создатель СТО сформулировал обобщенный принцип относительности, который теперь распространяется и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип гласит, что никакими физическими опытами, производимыми внутри дан-ной системы отсчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения. Второй принцип устанавливает предельную скорость распростра-нения материальных воздействий 300000 км/с. Эта скорость не может складываться ни с какой скоростью и для всех систем является постоянной, а все движущиеся тела на Земле по отноше-нию к скорости света имеют скорость, равную нулю.

В СТО наблюдается неразрывная связь относительного и абсолютного как одно из проявле-ний физической симметрии. Поскольку скорость света является абсолютной величиной, то и связь пространства и времени обнаруживается как некоторая абсолютная величина. Она выра-жается в пространственно-временном интервале по формуле

22tcls 2 += . В каждой системе отсчета длина тела и временной промежуток будут различны, а эта вели-

чина останется неизменной. СТО объединила пространство и время в единое четырехмерное пространство-время и уста-

новила зависимость свойств пространства-времени от скорости движения тел. В общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), или теории тяготения, предполагается,

что единое пространство-время неевклидово, а частицы перемещаются вдоль путей, которые при заданной кривизне пространства совпадают с кратчайшими между собой двумя точками. Эйнштейн расширяет принцип относительности, распространяя его на неинерциальные систе-мы отсчета.

Фрактальное пространство

Способы описания пространства и объектов в пространстве развиваются и сегодня. Извест-но, что линия имеет размерность 1 (число координат), плоскость – размерность 2, тело – раз-мерность 3. Но можно ли представить себе множество с размерностью 3/2? В 1919 г. немецкий математик Ф. Хаусдорф (1868 – 1942) математически строго определил такое пространство. В 1975 г. математик Ш. Мандельбройт (1899 – 1983) назвал пространства с дробной размерно-стью фрактальными (от англ. «fraction» - дробь). Сопоставляя классическую геометрию с но-

55

вой, фрактальной геометрией, он писал: «Почему геометрию часто называют холодной и су-хой? Одна из причин заключается в ее неспособности описать форму облака, горы, дерева или берега моря. Облака – это не сферы, линии берега – это не окружность, и кора не является гладкой, и молния не распространяется по прямой. Природа демонстрирует нам не просто более высокую степень, а совсем другой уровень сложности. Число различных масштабов длин в структурах всегда бесконечно. Существование этих структур бросает нам вызов в виде трудной задачи изучения тех форм, которые Евклид отбросил как бесформенные, - задачи ис-следования морфологии аморфного».

Простейшим примером объекта, описываемого с помощью новой геометрии, является сне-жинка, открытая Г. Кохом в 1904 г. Рост снежинки ничем не ограничен, она внутренне беско-нечна и самоподобна.

Следует заметить вновь, что представления о фрактальных пространствах были введены со-вершенно формально, безотносительно к каким-либо физическим объектам. Сегодня же стало ясно, что они позволяют описывать разнообразные физические явления: свойства поверхности кристаллов, процессы в магнитных материалах, образование новых материалов при внешних воздействиях и др.

Приведем определения пространства, даваемые математикой и физикой. В современной математике пространство определяют как множество каких-либо объектов,

которые называют его точками. Ими могут быть геометрические фигуры, функции, состояния физических систем и т.д. Рассматриваются их множество как пространство, отвлекаются от всяких их свойств и учитывают только те свойства их совокупности, которые определяют при-нятыми во внимание ли введенными (по определению) отношениями. Эти отношения между точками и теме или иными фигурами, т.е. множествами точек, определяют «геометрию». (Ма-тематика // Физический энциклопедический словарь. М., 1983).

Физический энциклопедический словарь (М., 1983) дает следующее определение: «... про-странство выражает порядок сосуществования отдельных объектов, время – порядок смены явлений ...».

Стремительное развитие естествознания дает веские основания считать, что на глубинных уровнях микромира пространство и время прерывны и подобно материи «квантованы», т.е. складываются из неделимых «порций». Прогнозируемый квант пространства может иметь раз-мер порядка 10-35 м, (порядка планковской длины, характеризующей масштаб проявления кван-товых свойств), но до реального проникновения в мир таких масштабов современной науке еще далеко.

А универсальность пространства трех измерений, дополнена построением теоретической модели многомерных пространств (в теории супергравитации, например, использовано одинна-дцать измерений пространства-времени).

Сейчас не считается и универсальной характеристикой однонаправленность времени от прошлого к будущему. Так в модели «пульсирующей Вселенной» предполагается, что ныне на-блюдаемое расширение Вселенной может при определенных условиях смениться сжатием. А математические уравнения, описывающие эту фазу эволюции, изменяют знак времени с поло-жительного на отрицательный, т.е. время как бы «потечет вспять».

Общая теория относительности (ОТО) показала, что метрические свойства пространства-времени определяются распределением и движением тяготеющих масс материи, и наоборот, силы тяготения в каждой точке пространства зависят от материи.

Еще более глубокие представления о пространстве и времени дает квантовая теория поля. Например, в квантовой электродинамике по иному следует понимать пустоту – вакуум. Вакуум является сложной системой виртуально рождающихся и поглощающихся фотонов, электронно-позитронных пар и других частиц. Вакуум рассматривается как особый вид материи – как поле в состоянии с минимально возможной энергией. Т.е. квантовая механика показывает, что про-странство и время нельзя оторвать от материи, что вакуум – это одно из состояний материи.

56

Оказалось, что минимальное состояние энергии не характеризуется ее нулевой плотностью. Минимум ее оказался равным 0,5hν. А по выражению известного советского физика – ядерщика Я. Зельдовича: «допустив это,… мы немедленно обнаруживаем, что все волны вместе дают бесконечную плотность энергии».

Специфика микромира не соответствует обыденным представлениям о соотношении части и целого, это и многое другое в микромире являются фундаментальными проблемами современ-ной теоретической физики.

Современная естественнонаучная картина мира Развитие физики показывает, что происходит непрерывное движение от понимания отдель-

ных, частных проблем ко все более общим законам природы. В шутку можно сказать, что Нью-тон внес «новый тон» (new tone) в описание динамических законов природы, тем самым оправ-дывая свою знаменитую фамилию Newton. А то, что фундаментальные законы природы долж-ны представлять нечто единое и незыблемое или краеугольный камень – на это обратил внима-ние А. Эйнштейн, оправдывая, словно по воле Провидения, свою столь же знаменитую фами-лию Einstein. Современную постнеклассическую физику отличает то, что она подмечает в каж-дом шаге развития физики как бы упрощение ее законов и теорий в сторону их фундаменталь-ности. Это исторически подтвердил еще в XIV в. францисканский монах и философ У. Оккам формулировкой принципа с названием «бритва Оккама»: «Чем ближе мы находимся к некото-рой истине, тем проще оказываются законы, выражающие эту истину» или «не приумножай сущностей сверх необходимого».

Современная естественнонаучная картина мира на основе физических представлений «фи-зики существующего» отличается более фундаментальным уровнем рассмотрения явлений природы.

Сформулирована концепция атомистического строения материи – все сущее состоит из 12 фундаментальных фермионов (частиц): 6 кварков различных ароматов и цветов и 6 лептонов с различными лептонными зарядами.

Все многообразие природных явлений сводится к четырем видам фундаментальных взаимо-действий – гравитационному, сильному, слабому и электромагнитному. Считается, что в окре-стностях точки Большого Взрыва при Т > 1032К эти взаимодействия были объединены.

Существующий мир (природа, социум и обществ в целом) основан на фундаментальном ве-роятностном принципе обобщения закономерностей, вытекающем из квантовой физики.

Объекты материального мира рассматриваются как открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом, энергией, информацией. Для них характерны разнообразие, неустойчивости эволюции, нелинейные соотношения, процессы самоорганизации.

Нелинейность стала фактором присущим всем процессам и явлениям живой и неживой при-роды и общества.

Идея единства (подчинения единым фундаментальным законам природы) жизни природы, Земли, Вселенной, физической и духовной жизни человека, жизни и эволюции общества рас-сматривается на основе идеи В. Вернадского о ноосфере как симбиозе человечества и осталь-ной природы, обеспечивающей их коэволюцию, взаимодействие и способ существования.

Современная естественнонаучная картина мира дополняется и преобразуется синергетиче-ской картиной мира, объясняющей с единых позиций большинство глобальных процессов, ис-пользуя нелинейность связей в различных моделях и системах. Постнеклассическое естество-знание рассматривает материальный мир как процесс, который в синергетической картине мира представляется глобальной иерархической самоорганизующейся системой.

На фундаментальном уровне природа едина. Н.Н. Моисеев писал: «Очень многое не ясно и скрыто от нашего взора. Тем не менее, сейчас перед нами развертывается грандиозная гипо-тетическая картина процесса самоорганизации материи от Большого Взрыва до настоящего времени, когда материя познает себя, когда ей присущ Разум, способный обеспечить ее целе-направленное развитие».

57

И не случайно, фундаментальная теоретическая физика подошла к разработке концепций, в которых объективно существующий мир уже не исчерпывается материальным миром, еще су-ществует, так называемая реальность высшего порядка, определяющая структуру и эволюцию материального мира.

Общие контуры эволюции Вселенной и принципы ее построения Крупные открытия второй половины XX в. позволяют сформировать общие контуры науч-

ной картины мира - это создание модели Большого Взрыва и расширяющейся Вселенной – в космологии (науки в целом о Вселенной); построение кварковой модели атома, установление типов фундаментальных взаимодействий, и построение первых теорий их объединения – в тео-ретической физике. Именно эти науки формируют общие контуры естественнонаучной картины мира.

Современной науке известна хронология эпохальных событий во Вселенной, а во многом и сами механизмы эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней.

Общие контуры эволюции Вселенной: • примерно 20 млрд. лет назад – произошел Большой Взрыв, • 3 мин спустя – образование вещественной основы Вселенной (фотонов, ядер легких эле-

ментов, электронов и др. частиц), • 300 – 500 тысяч лет спустя – появление атомов (легких элементов), • 19-17 млрд. лет назад – образование разномасштабных структур (галактик), • 15 млрд. лет назад – появление звезд первого поколения, образование атомов тяжелых

элементов, • 5 млрд. лет назад – рождение звезды Солнце, • 4,6 млрд. лет назад – образование планеты Земля, • 3,8 млрд. лет назад – зарождение жизни, • 450 млн. лет назад – появление растений, • 150 млн. лет назад – появление млекопитающих, • 2 млн. лет назад – начало антропогенеза. Контуры эволюции Вселенной построены на следующих принципах естествознания: сис-

темность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность. Эти принципы в целом отвечают фундаментальным закономерностям существования и развития живой и неживой природы и общества.

Системность означает воспроизведение наукой того факта, что наблюдаемая Вселенная представляет как наиболее крупная из всех известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов разного уровня сложности и упорядоченности. Системный способ объе-динения элементов выражает их принципиальное единство: благодаря иерархическому включе-нию систем разных уровней друг в друга каждый элемент любой системы, оказывается, связан со всеми элементами всех возможных систем. (Например, человек – биосфера – планета Земля – Солнечная система – галактика – …).

Глобальный эволюционизм – это признание невозможности существования Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции.

Самоорганизация – это наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции.

Это принципиальные особенности формирования современного взгляда на эволюцию Все-ленной, определяющие ее общие контуры, а также сам способ организации разнообразного на-учного знание в нечто целое и последовательное.

Особенностью формирования взглядов на эволюцию Вселенной - это признание исторично-сти, следовательно, принципиальной незавершенности настоящей, да и любой другой научной картины мира. Та, которая сейчас есть, порождена как предшествующей историей, так и специ-

58

фическими социокультурными особенностями. К тому же, развитие общества и Вселенной осуществляется в разных темпоритмах и это делает в итоге идею создания абсолютно истинной картины мира практически неосуществимой.

Антропный принцип в космологии Как и в античные времена, по-прежнему актуальным остается вопрос о познаваемости мира.

Космологические знания выводят человека за пределы математических теорий на постановку такого вопроса: способен ли человек познать происхождение Вселенной, а вместе с ней и само-го себя? На сколько жизнь человека вписывается в общую теорию Вселенной и имеет ли она какое-то непреходящее значение. Попыткой ответа стало применение, скорее гуманитарного, антропного принципа (АП), согласно которому наша Вселенная обладает наблюдательными свойствами именно потому, что эти свойства допускают возможность существования наблюда-теля, т.е. человека.

Антропный принцип впервые был предложен нашим соотечественником Г. Идлисом в 1958 г и затем Б. Картером в 1974 г., но в неявном виде он уже функционировал и раньше в виде ан-тропоморфизма.

Этот принцип применяется в слабом и сильном вариантах. Слабый антропный принцип. На свойства Вселенной накладываются ограничения нали-

чием нашей разумной жизни. То, что наблюдают астрономы, зависит от присутствия наблюда-теля.

Или в формулировке Дикке - Картера: «Наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим суще-ствованием как наблюдателей».

Сильный антропный принцип. Свойства Вселенной должны быть такими, чтобы в ней обязательно была жизнь.

Или «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование на-блюдателей».

В различных формулировках антропного принципа речь идет, по сути, о единстве космоса и человека и той роли, которую выполняет последний в этом единстве.

Согласно этим принципам между фундаментальными свойствами Вселенной и возможно-стью существования в ней жизни установлены строго определенные отношения. Эти свойства количественно выражаются через фундаментальные постоянные (например, постоянная План-ка) и при их незначительном изменении может сильно измениться сценарий развития Вселен-ной и самой жизни во Вселенной.

Получается, что антропный принцип превращает факт появления человека во Вселенной из случайного, незначительного в центральный, приоритетный.

Сильный вариант антропного принципа предполагает некое «принуждение», словно Все-ленной присуща некая цель, состоящая в порождении человеческой жизни, и мы вовсе не слу-чайны, а встроены в порядок вещей с самого начала.

Но человек, как существо, способное к пониманию, занимает во Вселенной действительно центральное положение для современной науки три суждения не вызывают особый сомнений: 1) человек – существо космическое; 2) человек познает Вселенную доступным ему образом; 3) в качестве познающего существа человек не имеет в космосе альтернативы.

Именно эти суждения и споры вокруг них дали слабый антропный принцип: то, что человек может наблюдать, ограничено условиями его существования и сильный антропный принцип: то, что на некотором этапе эволюции Вселенной допускается существование наблюдателей.

Сильный антропный принцип, по сути, за то, чтобы изучаемый космос должен соответство-вать природе наблюдателей. Но долженствование – это этический феномен, где имеется воз-можность выбора или специального проекта. Для космологии как науки характерен не критерий

59

долженствования, а критерий подтверждаемости. Космология дает картину того, что есть, а не того что должно быть. Таким образом, сильный антропный принцип в космологии не являет-ся научным положением, он – результат подмены критерия подтверждаемости знания критери-ем долженствования знания. Такая подмена в космологии приводит к мистификации научного знания в неадекватных, по сути дела, формулировках антропного и теистического принципов.

Различия в объяснении причин космической эволюции связаны в первую очередь с расхож-дением мировоззренческих установок. Существуют две концепции эволюции Вселенной: кон-цепция самоорганизации и концепция креационизма или теистического (от греч. Theos – бог) космологического принципа.

По первой концепции материальная Вселенная является единственной реальностью, в ней идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлении становления все более сложных структур. Динамический хаос порождает порядок. Эта концепция отвечает в большей степени слабому АП.

Согласно второй концепции, концепции творения, эволюция Вселенной связывается с реа-лизацией программы, определяющей реальность более высокого порядка, чем материальный мир, т.е. Вселенная эволюционизирует по проекту космического Творца. Физическая структура Вселенной запрограммирована на появление жизни, на конечную цель космической эволюции – появление человека во Вселенной в соответствии с законами Творца.

Но астрономия и космология обнаружили немало закономерностей, и все они присущи не потусторонним силам, а самим космическим объектам и процессам.

Лекция 5. Химическая и биологическая эволюция материи

Наука о веществах и их взаимодействиях Термин «химия» происходит (по Плутарху) от одного из древних названий Египта – поняти-

ем Хеми («черная земля») и в первоначальном смысле означал «египетское искусство». Позже химия определялась как искусство делания золота и серебра. Существует и иная точка зрения, связанная с греческим hymia - искусство литья.

Наука о веществах зародилась в передовой стране древнего мира - Египте. Металлургия, ке-рамика, производство стекла крашение, парфюмерия, косметика достигли там значительного развития задолго до нашей эры. Наука о веществах и их взаимодействиях, химия, считалась в Египте «божественной наукой» и находилась целиком в руках жрецов.

Не случайно термин «алхимия» появился именно на арабском Востоке. Целью алхимиков было, создание «философского камня», способного все металлы превращать в золото. Золото же было практически востребовано развивающейся торговлей в Европе, а известных месторож-дений было мало.

В основе взглядов алхимиков лежали представления Аристотеля, который основными нача-лами природы считал абстрактные «принципы» (простейших форм) - холод, тепло, сухость и влажность. Комбинируя их и наделяя ими «первичную материю» (первоматерия лишена всякой формы, всяких свойств и качеств), Аристотель выделил четыре «основных элемента»: землю, огонь, воздух и воду. Алхимики к принципам и элементам Аристотеля добавили растворимость (соль), горючесть (сера), металличность (ртуть).

Научное определение химического элемента, когда еще не было открыто ни одно из них, сформулировал английский химик и физик Р. Бойль. Первым был открыт химический элемент фосфор в 1669 г., потом кобальт, никель и другие. Открытие французским химиком А.Л. Лавуа-зье кислорода и установление его роли в образовании различных химических соединений по-зволило отказаться от прежних представлений об «огненной материи» (флогистоне).

С появлением в науке точных количественных методов, открытием закона сохранения мас-сы, представлением об атомном строении вещества, кстати, являющимся одним из самых древ-них и существующих в современной науке, дало возможность Дж. Дальтону (1766 – 1844) в

60

1803 г. сформулировать закон кратных отношений, утверждающий, что элементы входят в со-единение некоторыми порциями, и сделать вывод о дискретном строении вещества. Именно Дальтон ввел в современную науку представление об атомах как мельчайших частицах, из ко-торых образованы все вещества, и понятие «атомный вес».

Сразу же после освоения наукой понятия об атомах, стали предприниматься попытки систе-матики химических элементов. Русскому ученому Д.И. Менделееву (1834 – 1907) удалось от-крыть периодический закон, систематизирующий все известные на момент открытия (1869) хи-мические элементы, и предсказать существование новых. А после открытия гелия (сначала на Солнце) появилась новая группа элементов в периодической системе – под названием, инерт-ные газы (гелий, аргон, криптон, неон, ксенон).

В периодической системе Д.И. Менделеева насчитывалось 62 элемента, в 1930-е гг. она за-канчивалась ураном (Z = 92). В 1999 г. было сообщено об открытии 114-го элемента.

После опытов Резерфорда стала известна сложная структура атома: массивное положитель-но заряженное ядро, окруженное отрицательно заряженными электронами, значительно боле легкими, чем ядро. Размер ядра – 10 –15м. В периодической таблице атому соответствует хими-ческий элемент с определенным атомным номером от 1 до 92. Существуют также и трансура-новые элементы с номерами больше 92. Они имеют малые времени жизни и в природе при ес-тественных условиях не встречаются.

Сведение качественных различий между атомами к количественным, позволило понять структуру периодического закона Менделеева и принципы систематизации атомов.

Применение в современной химической науке физических методов исследования вещества позволило выявить физическую природу химизма, т.е. внутренние силы, которые объединяют атомы в молекулы, представляющие собой прочную квантово-механическую целостность. Та-кими силами оказались химические связи, проявляющие свойства валентных электронов. Элек-трон в таких случаях выглядит как электронное облако, располагающее в поле действия атом-ного ядра.

С открытием физиками природы химизма как обменного взаимодействия электронов хими-ки совершенно по-другому стали рассматривать химическое соединение – оно стало более ши-роким понятием. Это вещество, атомы которого за счет обменного взаимодействия (химической связи) объединены в частицы-молекулы, комплексы, монокристаллы или иные агрегаты. Хими-ческое соединение может состоять и из одного элемента, например, Н2, О2, С (графит, алмаз). Понятие «молекула» было введено французским химиком П. Гассенди (1592-1655) именно как «соединение атомов».

На основе современных достижений химии появилась возможность замены металлов кера-микой. В настоящее время в мире более 95% изделий из металла в своей основе содержит желе-зо, такое его потребление ведет к дефициту (в земной коре доля железа составляет всего 4,6% , а кислорода и кремния – 47% и 27,5%. Поэтому стоит задача заменить железо наиболее распро-страненным кремнием.

В последние годы ученые открыли новую группу металлоорганических соединений с вой-ной структурой, из-за чего они получили название «сэндвичевых соединений». Молекулы тако-го соединения представляет собой две пластины из соединений водорода и углерода, между ко-торыми находится атом металла или атомы двух металлов. Пока они практического применения не нашли, но рассматриваются как доказательство наличия электронно-ядерного взаимодейст-вия у молекул.

Методы и концепции химии

Химические знания до определенного момента накапливались эмпирически. Но когда их стало много, назрела необходимость в классификации и систематизации. Основоположником системного подхода в химии стал Д.И. Менделеев. Системный подход позволил ему в 1869 г. открыть периодический закон и разработать Периодическую систему химических элементов.

Его периодический закон сформулирован в следующем виде: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины

61

атомных весов элементов (в современной трактовке - от величины заряда ядра атома (порядко-вого номера).

Всю картину современной химии в состоянии объяснить четыре концептуальные системы химических знаний. Их можно показать следующим образом:

1. 1660-е гг. Учение о составе. 2. 1800-е гг. Структурная химия. 3. 1950-е гг. Учение о химических процессах. 4. 1970-е гг. Эволюционная химия. О качественном росте знаний в химии при переходе от одной концептуальной системы к

другой можно судить на примере изготовления синтетического каучука. Сам факт его получе-ния в промышленном масштабе был грандиозным успехом. Но такой каучук оказался очень до-рогим. Еще в 1909 – 1913 гг. русский ученый С.В. Лебедев установил, что каучук может быть получен на основе бутадиена (дивинила), который в природе не существует. Но его получали из этилового спирта с 28% выходом. Спирт же получали из зерна, свеклы и картофеля. Таким об-разом, на уровне структурной химии было организовано производство синтетического каучука.

С разработкой учения о химических процессах синтез каучука стали производить из диви-нила, получаемого пиролизом нефти. Такое производство каучука функционирует и сегодня.

Но в настоящее время появилась возможность получать дивинил на четвертой – эволюцион-ном уровне развития химии. В этом случае реакцию пиролиза нефтяного сырья осуществляют в условиях плазмы при температуре 4-5 тыс. град. Один небольшой реактор – плазмотрон диа-метром 20 см и длиной 60 см, обслуживаемый одним человеком, способен заменить пиролиз-ный завод.

Характеристика четырех концептуальных систем химии 1. Учение о составе решает три главные проблемы: проблему химического элемента, про-

блему химического соединения, проблему вовлечения все большего числа элементов в произ-водство новых материалов. Первая проблема была решена Д.И. Менделеевым созданием Пе-риодической системы элементов. Первым же кто дал представление о химическом элементе как «простом теле» или как о пределе химического разложения вещества Р. Бойль. А.Л. Лавуазье с открытием кислорода отвергает теорию флогистона («огненная материя»). Открытие физиче-ской природы химизма позволило рассмотреть химические связи – как обменное взаимодейст-вие электронов, как «перекрывание электронных облаков». В результате этого химия стала по-новому решать и проблему химического соединения.

К особым видам химических соединений относятся макромолекулы. Они обычно состоят из большого числа атомов, до нескольких тысяч, и обладают качественно новыми свойствами, как это философски имеет место в соотношении целого и его частей. Органическими молекулами являются те, которые содержат углерод, образованные из него вещества также относят к орга-ническим (1700 тысяч).

Начиная с середины 20-го в. новые химические элементы стали использоваться в синтезе элементоорганических соединений от алюминия до фтора.

2. С возникновением структурной химии появляется инструмент качественного преобразо-вания веществ. В свое время на химиков оказала влияние теория валентности Ф.А. Кекуле и присущие его формулам схематизм. Теория химического строения А.М. Бутлерова способство-вала активным действиям химиков. В 1860 – 1880 гг. синтезируют анилиновые красители - фуксин, анилиновую соль, ализарин; получают взрывчатые вещества – тринитротолуол, три-нитрофенол; лекарственные вещества – аспирин и др. Но структурная химия не могла указать пути производства этилена, бензола и др. диеновых углеводородов. Как позже оказалось, все эти процессы легко осуществляются посредством химической кинетики и термодинамики.

Производство, основанное на основе органического синтеза, использовало дорогостоящее сырье сельскохозяйственного производства – зерно, жиры, молочные продукты.

62

Благодаря достижениям структурной химии был открыт новый класс металлоорганических соединений «сэндвичевые соединения». Их рассматривают как наглядную демонстрацию нали-чия у молекул единой системы электронно-ядерного взаимодействия.

Структурная неорганическая химия – это, по существу, химия твердого тела и физика твер-дого тела – занимается решением проблем получения сверхпрочных, сверхчистых, термостой-ких, с запрограммированными дефектами кристаллической решетки материалов. Решение од-ной из главных проблем нашли с переводом выращивания кристаллов в условиях невесомости на орбитальных станциях.

3. Учение о химических процессах – это область науки, в которой существует наиболее глу-бокое взаимопроникновение физики, химии и биологии. Методы управления химическими процессами (реакциями) подразделяются на термодинамические и кинетические, при которых ведущую роль играют те или иные катализаторы.

К примеру, реакция синтеза аммиака очень проста с точки зрения состава и структуры ис-ходных элементов:

N2 + 3H2 = NH3. Но эта реакция идет со смещением равновесия «влево», и для нее требуется особое термо-

динамическое управление. На протяжении столетия, с 1813 по 1913 гг., она не могла быть осу-ществлена, так как химия не знала способов управления такой реакцией. Открытие Я.Х. Вант-Гоффа и А.Л. Шателье позволило установить, что синтез аммиака происходит на поверхности твердого катализатора при сдвиге равновесия «вправо» за счет применения высоких давлений.

Одним из химических процессов органической химии является полимеризация – синтез макромолекул полимеров. Полимеры не имеют кристаллической структуры и состоят из боль-шого числа повторяющихся звеньев – органических макромолекул. Термин «полимер» введен в 1833 г. шведским химиком Й.Я. Берцелиусом (1779-1848).

Термодинамические методы позволяют управлять химическими процессами только при их направленности в прямую или обратную сторону. Термодинамика не оперирует понятием вре-мени. Функции управления скоростью химических процессов выполняет химическая кинетика. Она устанавливает зависимость химических процессов от множества структурно-кинетических факторов: от строения реагентов до способов их смешивания, конструкции самого реактора и т.д.

4. Под эволюционными проблемами в химии понимают процессы самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений. Они привлекли внимание исследова-телей в 1970-е годы, так как в этом видится способ «освоить опыт лаборатории живого орга-низма» и понимание, как из неорганической материи возникает органическая, а вместе с нею и жизнь. Первым ученым, осознавшим высокую упорядоченность и эффективность химических процессов в живых организмах, был основатель органической химии Й.Я. Берцелиус. Он уста-новил, что основой лаборатории живого организма является биокатализ.

Для освоения каталитического опыта живой природы и реализации его в промышленном производстве химики наметили ряд перспективных путей.

1. Развитие исследований в области металлокомплексного катализа с ориентацией на соот-ветствующие объекты живой природы.

2. Моделирование биокатализаторов на клеточном уровне. 3. Использование достижений химии иммобилизованных систем (суть которой в закрепле-

ние выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности), дает возмож-ность ферментативно обезвреживать сточные воды.

4. Изучение всего каталитического опыта живой природы с перспективой создания анало-гов живых систем.

Эволюционная химия

Эволюционная химия как научное направление оформляется во 2-ой половине XX века. До этого химию, в отличие от биологии, «происхождение видов» вещества не интересовало. Эво-

63

люционную химию можно считать как бы предбиологией – наукой о самоорганизации и само-развитии химических систем.

Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической материи возникает орга-ническая как основа жизни на Земле.

И.Я. Берцелиус первым установил, что основой живого является биокатализ, т.е. присутст-вие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя ее протекание. Эти катализаторы в живых системах определены самой природой.

Для решения проблемы биокатализа и использования его результатов в промышленных масштабах химическая наука разработала ряд методов – это использование приемов живой природы, применение отдельных ферментов для моделирования биокатализаторов, освоение механизмов живой природы и другие.

Эволюционная химия главное место отводит проблеме «самоорганизации» систем. Как из-вестно в процессе возникновения на Земле предбиологических систем шел отбор необходимых элементов для появления жизни и ее функционирования и из более 100 химических элементов, многие принимают участие в жизнедеятельности живых организмов, но только шесть состав-ляют основу живых систем, они получили название органогенов. В состав биологически важ-ных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, же-лезо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор. Еще 20 – участвуют в зависимости от среды обитания и состава питания.

Особая роль отведена природой углероду. Этот элемент способен организовать связи с эле-ментами, противостоящими друг другу, и удерживать их внутри себя. Атомы углерода образу-ют почти все типы химических связей. На основе 6 органогенов и еще около 20 других элемен-тов природа создала около 8 млн. различных химических соединений (96% из них органические соединения).

Для химической науки (и науки вообще) остается загадкой, как природа из такого огромного количества соединений образовала сложнейших высокоорганизованный комплекс – биосисте-му.

Выводы в этой связи таковы: На ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствовал (при температуре вы-

ше 5000 К), т. к. условия высоких температур, электрических разрядов и радиации препятству-ют образованию конденсированного состояния.

Проявление катализа начинается при смягчении температурных условий и образовании пер-вичных твердых тел (при температуре ниже 5000 К). Роль катализаторов возрастала по мере понижения температуры и приближении физических условий к земным.

Появление относительно несложных систем, как СН3ОН, СН2, НС, СН, Н2СО и др, а также оксикислот, аминокислот и первичных сахаров было некаталитической подготовкой старта для большого катализа.

Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получились относительно большим числом химических путей, и обладали широким каталитическим спек-тром.

В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее (1964 г.) А.П. Руденко (1925-2004) (МГУ), в этой теории осуществлен синтез двух подходов – «субстратного» и «функционального» - к проблеме самоорганизации предбиологических сис-тем. Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой само-развитие каталитических систем, следовательно, эволюционирующим веществом являются ка-тализаторы. А.П. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции: эволюцион-ные изменения катализатора происходят в том направлении, где проявляется его максималь-ная активность.

Таким образом, и на этой стадии эволюции природы происходил отбор наиболее нужных ей веществ для создания живых организмов. Самопроизвольная автокаталитическая реакция в природе «служит делу эволюции, является как бы «орудием» отбора наиболее прогрессивных

64

эволюционных изменений катализаторов. В этом смысле биокатализ с участием ферментов свя-зан с проблемами биогенеза и происхождении жизни».

Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходит за счет постоянного потока трансформируемой энергии.

Теория самоорганизации открытых каталитических систем имеет ряд важных следствий: 1. стала возможна классификация катализаторов по уровню их организации (от кристаллов,

близким к идеальным, к микрогетерогенным и коллоидным системам); 2. началось изучение катализа как динамического явления, связанного с изменением ката-

лизатора в ходе реакции; 3. была дана конкретная характеристика предела химической эволюции и переходу от хе-

могенеза к биогенезу. Другой моделью добиологической фазы образования макромолекул и их эволюции является

теория молекулярной самоорганизации М. Эйгена (р. 1927), которая позволяет применить фи-зические представления теории информации, кибернетики и термодинамики к эволюции живых систем. В этой модели организм рассматривается как открытая термодинамическая система, которая обменивается веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Живая от-крытая система пытается получить от окружающей среды именно свободную энергию и отдать ей «омертвленную» для него связанную энергию – энтропию, которую нельзя превратить в ра-боту для процессов, происходящих в живом организме.

Обмен веществом (метаболизм) и информация связаны между собой. Молекулы – мономе-ры, переходя из внешней среды в организм, несут информацию, которая внутри организма пе-рерабатывается и закрепляется при процессах полимеризации и деструкции (распада до моно-меров), т.е. первоначальная информация об окружающем мире для живого организма закодиро-вана химическим путем. Например, «память» макромолекул – это фиксированная последова-тельность химических связей. Полимеризация идет путем самоинструктируемой репродукции (воспроизведении) образованных макромолекул. Если скорость репродукции больше скорости распада, то макромолекулы растут, в противном случае – распадаются. По Волькенштейну, «вымирают» те молекулы, которые не обладают максимальной селекционной ценностью.

Таким образом, количественное понимание принципа естественного отбора Дарвина опре-деляется в данной теории ценностью информации и степенью ее незаменимости для живого ор-ганизма, в таком подходе физически можно осмыслить дарвиновское определение «наиболее приспособленный». Информация в теории Эйгена оценивается по способности макромолекул с саморепродукции, в этой связи, предшественниками живых систем могут быть не любые мак-ромолекулы, а лишь те, которые обладают необходимыми информационными свойствами. Тем самым теория Эйгена переносит дарвиновскую эволюцию в форме селекции и отбора на добио-логическую стадию развития. Под самоорганизацией в этой теории понимается не только нако-пление информации при оттоке энтропии при упорядоченности организма, но и построение не-которой структурной копии этой информации в создаваемых макромолекулярных комбинаци-ях.

Таким образом, химическая наука на ее высшем эволюционном уровне углубляет представ-ления о мире. Концепция эволюционной химии: о химической эволюции на Земле, о самоорга-низации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание про-исхождения жизни во Вселенной.

Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет.

Наука о живой природе Биология: от греч. «биос» – жизнь, «логос» – учение – совокупность наук о живой природе. Задача общей биологии – выявление и объяснение общих свойств и многообразия живых

организмов между собой и взаимодействие их с окружающей средой.

65

Среди основных направлений биологии сейчас усиленно развивается физико-химическая биология, использующая методы и подходы химии, физики и математики (биохимия, молеку-лярная биология, биофизика).

Вплоть до середины 20 в. статус биологии был по преимуществу феноменологическим (от греч. phenomenon – являющееся). Для современной биологии характерно исследование не толь-ко как именно происходит биологический процесс, но и каковы его динамические истоки, т.е. характерен микродинамический концептуальный или молекулярно-биологический подход, на уровне белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и т.д.

По уровню изучения (уровню организации) живой материи различают: молекулярную био-логию, учение о клетке, или цитологию (от греч. «цитос» - клетка), учение о тканях, или гисто-логия (от греч. «гистос» - ткань), науку об органах – анатомию, или органологию, биологию ор-ганизмов и биологию групп организмов – популяций, видов и т.д.

Структурные уровни живого

Мир живого чрезвычайно многообразен, имеет сложную структуру. На основе разных кри-териев могут быть выделены различные уровни, или подсистемы, живого мира. Наиболее рас-пространенными является выделение на основе масштабности следующих уровней организации живого.

Молекулярный – живая система состоит из большого количества элементарных единиц – мономеров; с этого уровня в живой системе начинается обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. и выделяется существование трех типов биологи-ческих полимеров: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, а также важные для организ-ма такие органические соединения – липиды.

Клеточный – структурной и функциональной единицей живых организмов, саморегули-рующейся и самовоспроизводящей является клетка; свободноживущих неклеточных форм жиз-ни на Земле не существует.

Тканевый – совокупность сходных по строению клеток и межклеточного вещества, объе-диненных выполнением общей функции.

Органный – органы – это структурно- функциональные объединения нескольких типов тканей.

Организменный – многоклеточный организм представляет собой целостную систему орга-нов, специализированных для выполнения различных функций.

Популяционно-видовой – совокупность организмов одного и того же вида, объединенных общим местом обитания, образует популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются эволюционные преобразования.

Биогеоценотический – совокупность организмов, объединенных обменом веществ и энер-гии в единый природный комплекс.

Биосферный – система высшего порядка, охватывающая все явления природы на нашей планете, с круговоротом веществ и превращением энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитаемых на Земле.

Всем уровням организации живой материи присущи черты, отличающие ее от неживой ма-терии.

Элементный состав неживой природы в основном представляется кислородом, кремнием, железом, магнием, алюминием и по убывающей другими элементами. В живых же организмах около 98% массы приходится на четыре элемента: водород, кислород, углерод и азот.

К основным чертам (признакам) живого относят: обмен веществ, самовоспроизведение (ре-продукция), наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, дискретность, саморегуляция, ритмичность, энергозависимость.

Обмен веществ или метаболизм – складывающийся из процессов: ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Живые организмы поглощают и усваивают из окружающей сре-

66

ды различные вещества. В клетках непрерывно протекают процессы биологического синтеза, из простых низкомолекулярных веществ с участием ферментов образуются сложные высокомоле-кулярные соединения.

Самовоспроизведение – способность к размножению, воспроизведению себе подобных; осуществляется на всех уровнях организации живой материи на основе реакции матричного синтеза, т.е. на основе информации, заложенной в последовательности ДНК и связанное с явле-нием наследственности.

Наследственность – обусловлена постоянством строения ДНК – носителем наследственной информации; способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности раз-вития из поколения в поколение.

Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения биологических матриц; свойство противоположно-связанное с наследственностью, связанное с изменением наследственных задатков – генов, определяющих развитие тех или иных признаков.

Рост и развитие – способность к развитию – всеобщее свойство материи, для живой формы существования материи представляется индивидуальным развитием или онтогенезом, и исто-рическим развитием, или филогенезом (эволюцией); это необратимый, направленный, законо-мерный процесс изменения объектов живой и неживой природы; развитие сопровождается рос-том – увеличением его массы.

Раздражимость – свойство организма избирательно реагировать на изменение внешней и внутренней среды; реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется с уча-стием нервной системы – рефлекс. Реакции простейших животных и низших растений – таксис или тропизм, с прибавлением названия раздражителя, например, фототаксис, гелиотропизм.

Дискретность – жизнь на Земле проявляется в виде дискретных (разделенных) форм; от-дельный организм или биологическая система состоит из отдельных изолированных, отграни-ченных в пространстве частей, но тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство; дискретность вида представляет собой возможность его эволюции через сохранение индивидов с полезными для выживания призна-ками.

Саморегуляция (авторегуляция) – способность живых организмов поддерживать постоянст-во своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. Напри-мер, понижение концентрации АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) – универсального акку-мулятора (накопителя) энергии в клетке – служит сигналом, запускающим процесс ее синтеза и наоборот. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы – инсулина, уменьшающего содержание сахара в крови.

Ритмичность – свойство присущее как живой, так и неживой природе, связанное с распро-странением в природе колебательных процессов; обусловлена космическими ритмами (повто-ряемостью, периодичностью): вращение Земли вокруг Солнца (сезонные ритмы) и своей оси (суточные ритмы), фазами Луны и т.д.

Энергозависимость – живые тела это открытые системы, в которых непрерывно происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой.

Одно из определений жизни с материалистических позиций было дано более 100 лет назад немецким философом-марксистом Ф. Энгельсом (1820-1895):

Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел.

Современный отечественный ученый М.И. Волькенштейн (1912-1992) так определял это по-нятие: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирую-щиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеино-вых кислот».

67

Американский физик Ф. Типлер в книге «Физика бессмертия» предложил самое краткое определение жизни: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая со-храняется естественным отбором».

Принципы биологической эволюции

Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. На протя-жении тысячелетий господствовало элементарное объяснение, которое состояло в том, что буд-то бы все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Так сказано в Библии, таких же взглядов придерживался Аристотель. Церковь до сих пор проповедует, что все многообразие организмов, населяющих Землю, явилось результа-том акта божественного творения мира за шесть дней, а любое другое объяснение она воспри-нимает как оскорбление веры.

Эта концепция, признающая неизменность видов живых существ и рассматривающая мно-гообразие живого мира как результат его творения Богом, получила название креационизма (от лат. ... – создание, творение).

Под влиянием идеи о неизменности всего живого была предложена шведским натуралистом Карлом Линнеем искусственная классификация видов животных.

Однако, обнаруженные в разных местах Земли ископаемые останки странных животных и растений, совершенно непохожих на современных, позволили сделать некоторыми ученым вы-вод, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а претерпевают эволюцию.

Благодаря работам французского биолога Жана-Батиста. Ламарка (1744 – 1829), была объ-яснена изменчивость видов двумя факторами: влиянием внешней среды и наследственностью. Ж. Ламарк обнародовал свою теорию в классическом труде «Философия зоологии», которое опередило время на 60 лет и не было понято современниками. Жорж Кювье (1769 – 1832) – ве-ликий французский палеонтолог и основатель теории катастроф, считавший, что виды живот-ных и растений возникли независимо один от другого и укладывавший историю Земли в 7 тыс. лет, был главным противником Ламарка. В «Философии зоологии Ламарк провозгласил прин-цип эволюции всеобщим законом живой природы, он верно понимал взаимодействие двух сил в природе – приспособления и наследственности. Ему недоставало лишь дарвиновской идеи ес-тественного отбора в борьбе за существование.

Наконец, Чарльз Дарвин в своей знаменитой работе «Происхождение видов путем естест-венного отбора», вышедшей в 1859 г., он обобщил отдельные эволюционные идеи, создал тео-рию эволюции. Суть эволюционной теории Дарвина состоит в следующем. Всему живому свойственен процесс размножения. Каждый вид с помощью этого процесса сохраняет себя на Земле. Так как организмов каждого вида рождается слишком много, не все могут обеспечить себя пищей и выжить. В действительности же заселение нашей планеты каким-нибудь одним видом растений или животных не происходит. Выживают лишь те особи, которые обладают признаками, дающими преимущества в борьбе за существование. Те, кто выжил, передают эти выгодные признаки своему потомству, и, таким образом, в природе происходит «переживание наиболее приспособленных», совершенствование. Изменчивость (новые признаки) закрепляют-ся наследственностью, и естественный отбор приводит к прогрессивному развитию – к эволю-ции. Эволюция в природе всегда идет на пользу виду.

Теория Дарвина разгадала «священную тайну» природы; естественным выводом из нее было объяснение происхождения человека от высокоорганизованных млекопитающих животных. В 1871 г. выходит в свет работа Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», которая вызвала бурю возмущения среди теологов.

Сегодня теория эволюции находит все новые области применения. К примеру, современная физика обосновывает концепцию универсальной эволюции: от Большого взрыва – до этапа ис-торической эволюции человека и общества.

С точки зрения теории эволюции, все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов (основных принципов): наследственности, изменчи-вости и естественного отбора.

68

Весь ход эволюции видов ведет к тому, что генетические и иные признаки, обеспечивающие выживание, встречаются от поколения к поколению все чаще в данном виде (популяции), опре-деляя главное направление его развития. Лучше всего эволюционные процессы проявляются на популяционном уровне.

Популяция – это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поколений. Популяция, так или иначе, изолирована от соседних со-вокупностей особей данного вида.

Виды – как правило, состоят из нескольких популяций. Появление элементарных эволюци-онных изменений в популяции, передающихся по наследству через несколько поколений, зави-сит от следующих факторов: перестройки носителей наследственности – генов, популяционных волн, изоляции и естественного отбора.

Перестройка генов, или мутационный процесс, является основой разнообразия особей в по-пуляции. Но этот процесс не является решающим фактором эволюции.

Популяционные волны – резкие колебания численности особей из-за различных природных колебаний. Этот фактор тоже не определяет направление эволюции.

Изоляция – уменьшает возможность обмена генетической информацией с другими группами особей данного вида, выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциа-ции генофонда обособившейся группы. Также не задает направления эволюционному процессу.

Естественный отбор – является основным фактором, направляющим эволюционные измене-ния. Его результаты проявляются в ходе смены многих поколений. Он имеет четкую направ-ленность – повышение способности к выживанию, к оставлению потомства.

Таким образом, эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых ор-ганизмов.

Клетка - как «первокирпичик» живого. Так называемые «первокирпичики» имеются на каждом из уровней организации природы. В сфере физических наук такую роль играют фунда-ментальные частицы – кварки, которые не имеют внутренней структуры (экспериментально не открыты). В сфере химических наук – это более крупные частицы – атомы различных химиче-ских элементов, причем атом более устойчивая и стабильная частица, чем кварк.

Подобная фундаментальная частица есть и в биологии. Это – живая клетка. Именно она яв-ляется мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе и но-сителем генетической информации. Создание клеточной теории (основатели нем. ученые Т. Шванн и М.Я. Шлейден), стало одним из крупнейших достижений биологии XIX в.

Исследования в области цитологии (учении о живой клетке) показали, что клетки имеют не-которые общие свойства в строении и функционировании (обмен веществ, саморегуляция, пе-редача наследственной информации). Клетки весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы (амебы), а также и в составе многоклеточных. У клеток разный срок существования. Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см (ред-ко).

Клетки имеют сложную структуру. В живой клетке по массе содержится около 70% кисло-рода, 17% углерода, 10% водорода, 3 % азота - (органогены), фосфора, серы и др. хим. элемен-тов – десятые доли процента, йод, фтор и др. элементы – тысячные и десятитысячные доли процента.

Она обособляется от внешней среды оболочкой, но через нее обеспечивается взаимодейст-вие с внешним миром. Обмен веществ, обеспечиваемый клетками – важнейшее свойство всего живого, называемое метаболизмом клеток, который в свою очередь служит основой сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки. Это свойство клетки называют гомеостазом. Гомеостаз – постоянство состава клетки, поддерживается обменом веществ, или метаболизмом.

Обмен веществ – сложный, многоступенчатый процесс, от доставки в клетку исходных про-дуктов до выделения «отходов» из клетки.

69

К настоящему времени известно существование организмов с клеточным строением, но без ядра, так называемые прокариоты или безъядерные клетки. Они исторически являются предше-ственниками вполне развитых, имеющих ядро клеток, впервые появившихся около 3 млрд. лет тому назад – эукариотов. К прокариотам, т.е. древнейшим, относятся бактерии, сине-зеленые водоросли. Безъядерные клетки способны выполнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен вещества, поддержание стабильности и т.п.

В последнее время к миру живого относят вирусы, которые не имеют клеточной структуры (бесклеточные организмы). Это один из наиболее опасных видов мутагенов, не случайно в пе-реводе с лат. (Virus – яд). Эти мельчайшие живые организмы можно рассмотреть только в элек-тронный микроскоп. Все необходимые для их жизнедеятельности вещества они получают, про-никая в живую клетку и используя чужие органические вещества и энергию. У человека вирусы вызывают множество заболеваний, включая грипп и спид (синдром приобретенного иммуноде-фицита). Зараженный вирусом СПИДа человек становится беззащитным перед любой инфекци-ей.

Ген. Кто и как в клетке обеспечивает управление всеми сложными процессами? Исчерпы-вающего ответа на этот вопрос пока нет. Но общепризнано, что нити управления внутрикле-точным обменом находятся в особых структурах в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот ДНК, РНК, исходной структурной единицей которых является ген.

Это своего рода природное кибернетическое устройство, содержащее инструкцию, инфор-мацию, коды, определяющие характер всей деятельности клетки, как по обмену вещества, так и по самовоспроизведению.

Открытие в XX в. структуры и функционирования генетического аппарата клетки в разви-тии биологии сыграло такую же роль, как и открытие атомного ядра в физике. Если открытие ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемыми запасами энергии, то открытие генов дало возможность людям вмешиваться в свойства живой клетки, управлять механизмами наследственности, практически решать задачи клонирования (копирования) живых организмов.

Это крупнейшее открытие современной генетики также связано с установлением способно-сти генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием. Результатом мутаций может быть появление организма нового вида – мутанта. Факторы, вызывающие мута-ции называются мутагенами.

В последние годы в связи с загрязнением окружающей среды, повышением фона радиации возрастает число стихийных вредных мутаций. К примеру, ежегодно в мире рождается около 75 млн. детей, из них около 2% (ок. 1,5 млн.) – с наследственными болезнями, вызванными мута-циями.

По современным представлениям, живые организмы могут жить при температурах до 100°С. Но границы жизни до сих пор остаются неизвестными.

Биосфера – термин, появившийся в конце XIXв. и характеризующий область активной жиз-ни, охватывающий нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это активная оболочка Земли (В.И. Вернадский). В.И. Вернадским сформулированы три основных принципа эволюции биосферы как целостного образования.

Синтетическая теория эволюции. Популяционно-генетический подход В XX в. динамичное развитие биологического познания привело к открытию молекулярных

основ живого. Наука непосредственно приблизилась к решению величайшей проблемы – рас-крытию сущности жизни.

Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии зарождением генетики как науки. Исходным событием явилось переоткрытие законов Менделя в 1900 г., т.е. в начале XX в. биология под-нялась до уровня понимания открытия Менделя (опыты по скрещиванию различных сортов го-роха). Далее последовали эмпирические открытия в области генетических исследований. Гене-тические эксперименты начались проводиться на разных объектах, как растительных, так и жи-вотных (мушка дрозофилы). За относительно короткий срок учение о наследственности было поставлено на качественно иной уровень

70

В России становление генетики происходило несколько позже и уже в 20 – 30-е гг. XX в. отечественная генетика достигала выдающихся результатов.

Генетика – это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и ме-тодах управления ими. Центральным понятием генетики является «ген». Это элементарная еди-ница наследственности; по своему уровню – внутриклеточная молекулярная структура; по хи-мическому составу – это нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор.

Вершиной теоретического обобщения накопленного генетикой эмпирического материала в первые десятилетия XX в. стала хромосомная теория наследственности.

Непосредственно основания хромосомной теории наследственности были разработаны в 1902 – 1907 гг. нем. цитологом и эмбриологом Теодором Бовери и амер. генетиком Уолтером Саттоном, а завершенная полная формулировка была дана в работах амер. биолога Томаса Х. Моргана и его школы (А.Г. Стертевант, Г. Дж. Меллер, К. Бриджес и др.), удостоенных за раз-работку этой теории Нобелевской премии.

Хромосомная теория наследственности не снимала противоречий между дарвинизмом и ге-нетикой. Шагом на пути их преодоления явилось создание синтетической теории эволюции (СТЭ) – синтеза классического дарвинизма, генетики, систематики, палеонтологии, экологии. Тем самым биология перешла с классического на неклассический уровень познания.

Идейные основы СТЭ сложились в научной школе русского генетика С.С. Четверикова (1880 – 1959), его исследования показали, что мутационный процесс происходит в природных популяциях и по мере старения вида в нем накапливается все больше мутаций, а полная изоля-ция популяции и естественный отбор приводят к образованию нового вида.

СТЭ строится на следующих принципах и понятиях: Элементарной «клеточкой» биологической эволюции является не организм, не вид, а попу-

ляция. Популяция – это элементарная эволюционная структура. Элементарный эволюционный материал – это мутации, обычно случайно образующиеся. Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществ-

ляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный про-цесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор.

Как уже отмечалось, естественный отбор – является ведущим эволюционным фактором, на-правляющим эволюционный процесс.

Популяция – это самовоспроизводящаяся и трансформирующаяся совокупность особей. Са-мовоспроизведение придает особую биологическую значимость популяции. При этом смерть является заключительным итогом жизни особи, а не популяции. Смерть – участь особей. Попу-ляция выступает как последовательная смена поколений и обладает интегративными свойства-ми, которые отсутствуют у особей. Другое название этого свойства – биологическая эволюция (от лат. evolution – развертывание). Строго говоря отдельный организм растет и развивается, но не эволюционизирует. Определяющий критерий эволюции – инфинитность, т.е. отсутствие конца (смерти). С этих позиций как раз популяция (а не особь) есть элементарная единица био-логического эволюционного процесса.

Главная идея концепции Дарвина (дарвинизма) состояла в обусловленности эволюции есте-ственным отбором, но она неопределенно раскрывала механизм наследования приобретенных особью благоприятных для жизни ее потомства признаков.

Сейчас с учетом генетических представлений эволюционное учение выступает в новом све-те. Появление синтетической теории эволюции (30-ые гг. XX века) связано с объединением двух обособленных концепций – менделизма и дарвинизма. И во второй половине XX в. эта теории сродни популяционно-генетическому подходу (интерпретации, истолкования).

Логика ПГП представляется в следующей интерпретации биологической эволюции: генотип – фенотип – адаптация – естественный отбор.

Логика дарвинизма: фенотип – адаптация – естественный отбор – генотип.

71

С позиций ПГП неверно, что наследуются приобретенные признаки, наследуются геномы, т.е. генетическое содержание родительских гамет. Фенотип не определяет генотипа, наоборот, генотип обуславливает фенотип. Естественный отбор влияет, прежде всего, на генный матери-ал.

Происхождение жизни на Земле

Происхождение жизни на Земле явилось третьим значительным этапом в ряду происхожде-ния нашей Вселенной и происхождения Земли.

Но только 3 мая 1924 г. на собрании Русского ботанического общества ученый-биохимик А. И. Опарин (1894-1980) с новой точки зрения рассмотрел проблему возникновения жизни. Его доклад «О возникновении жизни» стал исходной точкой нового взгляда на вечную проблему нашего появления на Земле. Необходимо подчеркнуть, что независимо от Опарина к таким же выводам пришел английский ученый-физиолог Джон Холдейн (1860-1936).

Общим во взглядах Опарина и Холдейна было объяснение возникновения жизни в результа-те химической эволюции. Оба они подчеркивали огромную роль первичного океана как огром-ной химической лаборатории, в которой образовался «первичный бульон».

Условия появление жизни. Зарождение жизни не произошло само по себе, а совершилось благодаря определенным внешним условиям, сложившимся к тому времени.

Главные условия возникновения жизни: • соответствующая масса и размеры планеты; • наличие воды на планете – физико-химические свойства воды: наибольшая теплоем-

кость, низкая теплопроводность, расширение при замерзании, хороший растворитель и др.;

• наличие углерода на планете Земля в виде графита и карбидов - из карбидов при их взаимодействии с водой образовывались углеводороды;

• доступ внешней энергии в разных формах: лучистая энергия Солнца, в частности ульт-рафиолетовый свет, электрические разряды в атмосфере и энергия природных радиоак-тивных веществ.

Образование биополимеров – коацерватов. На ранней стадии образования органический ве-ществ из неорганических произошел предварительный отбор химический соединений способ-ных к дальнейшему усложнению, т.е. эволюции организмов предшествовала почти в миллиард лет химическая эволюция. В ходе которой для построения любого сложного органического со-единения живых организмов было отобрано всего лишь 29 составных белков – низкомолеку-лярных соединений (мономеров). В число их входят 20 аминокислот, 5 азотистых оснований для образования нуклеиновой кислоты, глюкоза – источник энергии, жиры – накопитель энер-гии и материал для мембран клеток.

Когда же на Земле возникли вещества подобные белкам, начался переход от органических соединений к живым существам. Первоначально, органические вещества находились в морях и океанах в виде растворов, т.е. соединения на основе углерода образовали «первичный бульон» гидросферы. В них не было какого-либо строения, какой-либо структуры. Но когда подобные органические соединения смешивались между собой, в растворах образовывались упорядочен-ные молекулярные структуры – биополимеры: белки и нуклеиновые кислоты в виде как особые полужидкие, студенистые образования — коацерваты. Коацерваты – мельчайшие коллоидные частицы – капли, обладающие осмотическими свойствами. В них концентрировались все нахо-дящиеся в растворе белковые вещества, и но они не обладали важнейшим биологическим свой-ством воспроизведения себе подобных. Но предпосылками возникновения живого в них уже содержалось, к тому же они объясняют появление биологических мембран как самого «трудно-го» этапа химической эволюции жизни. Первичная атмосфера Земли содержала в основном ме-тан, аммиак, водяной пар и водород, поэтому бескислородная среда способствовала длительно-му процессу синтеза биополимеров: кислород, как сильный окислитель, разрушал бы этот про-цесс.

72

Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались полинуклеотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно образование способности к самовоспроизве-дению и обменную веществ.

В результате образовались сложные ультрамолекулярные системы – пробионты - включаю-щие в себя ферменты – белковые катализаторы, и механизм генетической информации - нук-леиновые кислоты как носителей этой наследственной информации – это можно считать мо-ментов возникновения жизни на Земле – как особой формы существования материи с обменом с внешней средой, воспроизведение себе подобных, постоянное движение и развитие и т.п.

Пробионты нуждались в различных химических соединениях — нуклеотидах, аминокисло-тах и др. Из-за низкой степени генетической информации, пробионты обладали достаточно ог-раниченными возможностями, т.к. использовали для своего роста готовые органические соеди-нения, синтезированные в ходе химической эволюции, и если бы жизнь на своем раннем этапе существовала только в форме одного вида организмов, то первичный бульон был бы достаточ-но быстро исчерпан.

Однако благодаря тенденции к приобретению большого разнообразия свойств, и в первую очередь, к возникновению способности синтезировать органические вещества из неорганиче-ских соединений с использованием солнечного света, этого не произошло.

Коацерватные капельки обладали определенным внутренним строением. Частицы вещества в них были расположены не беспорядочно, как в растворе, а с определенной закономерностью. При образовании коацерватов возникали зачатки организации, однако, еще очень примитивной и неустойчивой. Для самой капельки эта организация имела большое значение. Любая коацер-ватная капелька была способна улавливать из раствора, в котором плавает, те или иные вещест-ва. Они химически присоединялись к веществам самой капельки. Таким образом, в ней проте-кал процесс созидания и роста. Но в любой капельке наряду с созиданием существовал и рас-пад. Тот или иной из этих процессов, в зависимости от состава и внутреннего строения капель-ки, начинал преобладать.

Образовавшиеся коацерватные капельки плавали в растворе разнообразных веществ, ка-пельки улавливали эти вещества и росли за их счет. Скорость роста отдельных капелек была неодинакова. Она зависела от внутреннего строения каждой из них. Если в капельке преоблада-ли процессы разложения, то она распадалась. Вещества, ее составляющие, переходили в рас-твор и поглощались другими капельками. Более или менее длительно существовали лишь те капельки, в которых процессы созидания преобладали над процессами распада.

Таким образом, все случайно возникающие формы организации сами собой выпадали из процесса дальнейшей эволюции материи.

Каждая отдельная капелька не могла расти беспредельно как одна сплошная масса — она распадалась на дочерние капельки. Но каждая капелька в то же время была чем-то отлична от других и, отделившись, росла и изменялась самостоятельно. В новом поколении все неудачно организованные капельки погибали, а наиболее совершенные участвовали в дальнейшей эво-люции материи - происходил естественный отбор коацерватных капелек. Рост коацерватов по-степенно ускорялся. Причем научные данные подтверждают, что жизнь возникла не в открытом океане, а в шельфовой зоне моря или в лагунах, где были наиболее благоприятные условия для концентрации органических молекул и образования сложных макромолекулярных систем.

Но главная проблема в происхождении жизни состоит в объяснении возникновения матрич-ного синтеза белков как величайшего качественного скачка в эволюции материи, жизнь возник-ла не тогда, когда образовались пусть даже очень сложные органические соединения, отдель-ные молекулы ДНК и др., а тогда, когда начал действовать механизм нонвариантной редупли-кации. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацер-ваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизве-дению.

Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют по-нять, почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганического мира. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

73

Возникновение на Земле простейших живых существ: прокариотов - эукариотов – одно-клеточных. Длительная эволюция совершенствования коацерватов привела к новой форме су-ществования материи — к возникновению на Земле простейших живых существ, это произош-ло к концу биохимической стадии развития жизни – с появлением структурных образований – мембран, сыгравших важную роль в построении клеток. Строение первых живых организмов было совершеннее, чем у коацерватных капелек, но оно было несравненно проще нынешних живых существ.

Биологические мембраны-органеллы, ответственны за форму, структуру и активность клет-ки. Биологические мембраны построены из агрегатов белков и липидов, способных отграничить органическое вещество от среды и служить защитной молекулярной оболочкой. Предполагает-ся, что образование мембран могло начаться еще в процессе формирования коацерватов. Но для перехода от коацерватов к живой материи были необходимы не только мембраны, но и катали-заторы химических процессов — ферменты или энзимы. Отбор коацерватов усиливал накопле-ние белково-подобных полимеров, ответственных за ускорение химических реакций. Результа-ты отбора фиксировались в строении нуклеиновых кислот. Система успешно работающих по-следовательностей нуклеотидов в ДНК усовершенствовалась именно путем отбора. Возникно-вение самоорганизации зависело как от исходных химических предпосылок, так и от конкрет-ных условий земной среды. Самоорганизация возникла как реакция на определенные условия. При самоорганизации отсеивалось множество различных неудачных вариантов, до тех пор, по-ка основные черты строения нуклеиновых кислот и белков не достигли оптимального соотно-шения с точки зрения естественного отбора.

Благодаря предбиологическому отбору самих систем, а не только отдельных молекул, сис-темы приобрели способность совершенствовать свою организацию. Это был уже следующий уровень биохимической эволюции, который обеспечивал возрастание их информационных воз-можностей. На последнем этапе эволюции обособленных органических систем сформировался генетический код. После образования генетического кода эволюция развивается вариациями. Чем дальше она продвигается во времени, тем многочисленнее и сложнее вариации.

Первые организмы на Земле были одноклеточные – прокариоты. Прошли сотни миллионов лет самоорганизации прокариот, когда из них образовались эукариоты, т.е. в клетке сформиро-валось ядро с веществом, содержащим код синтеза белка, ядрышко, находящееся в ядре и дру-гие структурные элементы.

С появлением эукариот наметился выбор растительного или животного образа жизни, раз-личие между которыми заключается в способе питания и связано с важнейшим для всего живо-го процессом – фотосинтезом. Т.е. растения и животные были мельчайшими одноклеточными существами, подобными живущим в наше время бактериям, сине-зеленым водорослям, амебам.

Вначале пищей для живых существ были только органические вещества, возникшие из пер-вичных углеводородов. Но с течением времени количество таких веществ уменьшилось. В этих условиях первичные живые организмы выработали в себе способность строить органические вещества из элементов неорганической природы — из углекислоты и воды. В процессе после-довательного развития у них появилась способность поглощать энергию солнечного луча, раз-лагать за счет этой энергии углекислоту и строить в своем теле из ее углерода и воды органиче-ские вещества. Так возникли простейшие растения — сине-зеленые водоросли. Остатки сине-зеленых водорослей обнаруживаются в древнейших отложениях земной коры.

Другие живые существа сохранили прежний способ питания, но пищей им стали служить первичные растения. Так возникли в своем первоначальном виде животные.

Но исключительное разнообразие жизни осуществлялось на единообразной биохимической основе: нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, жиры и несколько более редких соединений типа фосфатов.

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, — это углерод, водород, ки-слород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, кислорода и азота (органогены) имеют не-

74

большие размеры и образовывают устойчивые соединения с двух и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность. А образование сложных полимеров, без которых воз-никновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими химическими особенностями углерода.

Сера и фосфор присутствуют в относительно малых количествах (десятые доли процентов), но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор — составная часть нуклеиновых кислот.

Возникновение на Земле многоклеточных живых существ. Возникнув, жизнь стала разви-ваться быстрыми темпами показывая ускорение эволюции во времени. Если развитие от пер-вичных пробионтов до аэробных форм потребовало около 3 млрд. лет, то с момента возникно-вения наземных растений и животных прошло около 500 млн. лет. Птицы и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн. лет, приматы выделились за 12-15 млн. лет, для становления человека потребовалось около 3 млн. лет.

Большим событием в истории последовательного развития живой природы стало возникно-вение многоклеточных организмов, т. е. живых существ, состоящих из многих клеток, объеди-ненных в один организм. Постепенно, но значительно быстрее, чем раньше, живые организмы становились все сложнее и разнообразнее.

Фотосинтез с появлением на Земле простейших растений сопровождался поступлением в атмосферу кислорода. Предполагается, что нынешнее содержание кислорода в атмосфере (21%) было достигнуто 250 млн. лет назад в результате интенсивного развития растений.

Истинная основа жизни образовалась в результате появления клетки, в которой биологиче-ские мембраны объединили отдельные органеллы в единое целое.

Первые клетки были примитивны и не имели ядра. Но такие клетки существуют и в настоя-щее время. Удивительно, ведь они появились более 3 млрд. лет назад.

Первые клетки были прообразом всех живых организмов: растений, животных, бактерий. Позже, в процессе эволюции, под воздействием дарвиновских законов естественного отбора клетки совершенствовались и появились специализированные клетки высших многоклеточных, растений и животных — метафитов и метазоа.

В качестве объединяющей зависимости между химической эволюцией переходящей затем в биохимическую и биологическую эволюцию можно привести следующую:

• атомы • простые молекулы • сложные макромолекулы и ультра молекулярные системы (пробионты) • одноклеточные организмы. Итак, живой мир сотворен. На это потребовалось более 3 миллиардов лет, и это было самым

трудным. Не поддается перечислению огромное количество вариантов развития исходных уг-леродных соединений. Однако самым важным был результат – возникновение жизни на Земле.

Лекция 6. Человек как высший результат эволюции Вселенной

Биосфера Культура древнего мира не признавала разделения на живое и неживое. Все существующее

в мире и доступное наблюдению представлялось живым (анимизм). С накоплением опыта об-щения с природой сформировались представления о границе между живым и неживым.

Живое от неживого можно отделить по следующим признакам: питание, дыхание, выделе-ние, подвижность и рост, размножение, раздражимость, гомеостаз, дискретность.

75

В процессе исторического развития и естественного отбора на Земле сформировались груп-пы организмов – сообщества, тесно связанные с определенными природными зонами и поясами (биомы).

Совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов в локальной среде обитания (населяющих участки суши или водоемов с более и менее однородными условиями существова-ния) называется биоценозом.

Отдельные участки земной поверхности с определенными природно-климатическими усло-виями (географическая среда обитания живых организмов) называют геоценозами.

В качестве составных частей биоценозы и геоценозы входят в более сложную систему – биогеоценоз (термин В.Н. Сукачева 1880-1967)).

Или системы, создаваемые как результат взаимодействия (обмен веществом и энергией) биоценоза с окружающей средой обитания (водоемы, лесные массивы) называются биогеоцено-зом или экосистемами (термин англ. ботаника А. Тенсли).

Самый высокий уровень организации жизни на Земле – биосфера. Впервые этот термин был использован в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914). Под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания (вода, нижняя часть атмо-сферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами).

Биосфера – это совокупность связанных между собой биологическим круговоротом веществ и энергий биогеоценозов на поверхности Земли, с одновременной миграцией атомов химиче-ских элементов через живое вещество.

В совокупности биогеоценоз или экосистема – это элементарные ячейки суперсистемы – биосферы.

За все время исторического эволюционного развития Земли, на ней возникло и исчезло ко-лоссальное количество различных видов растений и живых организмов (около 500 млн.). В на-стоящее время насчитывается около 1,2 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений. Мине-ральных же видов неживой природы («косное вещество») насчитывается лишь всего около 10 тыс. видов.

Эволюция жизни постепенно приводит к росту и углублению дифференциации внутри био-сферы, которая подчиняется закону: чем выше видовой уровень дифференциации, тем меньше соответствующая ему биомасса (занимаемый объем).

Большое значение для понимания эволюции жизни и роли всех процессов в становлении и функционировании биосферы на Земле сыграли работы и идеи выдающегося отечественного ученого В.И. Вернадского (1863-1945). Его комплексное учение о биосфере с особой ролью жи-вого вещества, опирается на три, им же сформулированных, основных биогеохимических принципа эволюции биосферы как целостного образования.

Биогеохимические принципы В.И. Вернадского Первый принцип. Биогенная миграция химических элементов всегда стремится к макси-

мальному значению, но с сохранением постоянной химической основы эволюционных процес-сов органического мира.

Вовлекая неорганическое вещество в биотический круговорот, живое способно со временем проникать в ранее недоступные области и увеличивать перерабатывающую активность. Освое-ние новых областей осуществляется за счет увеличения разнообразия форм живых организмов.

Второй принцип. Эволюция видов, приводящая к созданию устойчивых форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию составляющих биосферы.

Появление человека можно считать как закономерность биогеохимического процесса, свя-занного с резким ростом процесса переработки окружающей среды.

Третий принцип. Заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живо-го вещества.

76

Процесс заселения планеты есть следствие геометрической прогрессии размножения живых организмов и размеров планеты. Учитывая исключительно высокие темпы размножения живых организмов, этот принцип можно интерпретировать, как правило, полной заселенности Земли в любое геологическое время.

По современным оценкам масса всех живых организмов на Земле близка к 5⋅1013 т. Живое вещество производит на Земле непрерывную работу по переработке своего окружения, по его изменению. Эта функция живого вещества ставит биосферу в особое положение, как активного начала, изменяющего газовый состав атмосферы, минеральный состав литосферы, почву, гид-росферу. Человек, являясь частью живого вещества, также участвует в реализации геохимиче-ской функции живого вещества.

Но при этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает динамическую гармонию (динамическое равновесие живых организмов различного уровня) биосферы в единое целое.

В биосфере следует именно человека учитывать как решающего фактора преобразования органических и неорганических форм. Как уже явственно видно последствия появления чело-века как существа обладающего разумом, и его связь с биосферой многофункциональны. Для удовлетворения своих потребностей человек использует десятки и сотни видов диких живых организмов. С одной стороны, он одомашнил или вывел большое количество животных и куль-турных видов растений, тем самым значительно увеличив разнообразие органических форм в биосфере. С другой стороны, многие виды животных и растений были подвергнуты им беспо-щадному сознательному или несознательному уничтожению. В таком взаимодействии живая природа не остается нейтральной, живое активно приспосабливается к новым условиям суще-ствования и присутствию человека: многие насекомые и грызуны приспособились к ядам, при-меняемым человеком; популяции и виды – приспосабливаются к техногенной и загрязненной среде обитания.

Человек как особая форма жизни с разумом способен существовать в целом автономно внутри биосферы, создавая себе техносферу. Если при формировании биосферы все биоценозы лишь поддерживают системную целостность путем обмена веществом и энергией, то человек, помимо этих функций, в первую очередь производит овеществление природы, создавая новые искусственные предметы, которые далеко не все гармонируют с окружающей действительно-стью. Кроме того, сделанное человеком, как правило, не способствует созданию новых запасов энергии, кроме запасов разрушительного характера, ставящих на грань катастрофы само суще-ствование не только разумной жизни, но жизни как таковой (изобретение ядерного оружия и приобретение как следствие, как «платы» - глобального терроризма).

Таким образом, в ходе эволюции происходит процесс планетарной интеграции, – усиления и развития взаимозависимости и взаимодействия живого и неживого, а эволюция человеческого сообщества подвела мышлению планетарного масштаба или планетарному разуму. Человек на-чал осознавать, что именно существование жизни на Земле коренным образом изменяет облик нашей планеты и сознание разумного существа («homo sapiens») на ней - человека.

Ноосфера

Огромное влияние человека на природу и масштабные последствия его деятельности по-служили основой для создания учения о ноосфере. Термин «ноосфера» (гр. noos – разум) пере-водится буквально как сфера разума. Впервые его ввел в научный оборот в 1927 г. фр. ученый Э. Леруа. Он рассматривал ноосферу как некое идеальное образование, внебиосферную обо-лочку мысли, окружающую Землю. Учение о ноосфере было сформулировано и в трудах одно-го из его основателей В.И. Вернадского, после детальной разработки его же учения о биосфере. Он употребляет понятие «ноосфера» в разных смыслах: 1) как состояние планеты, когда чело-век становится крупнейшей преобразующей геологической силой; 2) как область активного проявления научной мысли; 3) как главный фактор перестройки и изменения биосферы.

77

В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития.

У Вернадского в его учении о биосфере живое вещество преобразует верхнюю оболочку Земли. Постепенно вмешательство человека все увеличивается, поэтому стержень учения, Вер-надского о ноосфере в том, что человек несет ответственность за эволюцию планеты. В струк-туре ноосферы. В связи с этим человеку следует соизмерять свои потребности с возможностями биосферы. Воздействие на нее должно быть дозировано разумом в ходе эволюции биосферы и общества. Постепенно биосфера преобразуется в ноосферу, где ее развитие приобретает на-правленный характер.

Сегодня, спустя несколько десятилетий после смерти ученого, говорить об устойчивой ра-зумной деятельности человека (т.е. о том, что мы достигли состояния ноосферы) оснований нет. Человечеству предстоит решить, прежде всего, множество проблем человеческого характера, а не природного. А о ноосфере правильнее говорить, как о том идеале, к которому следует стре-миться человеку (созвучной с наивной, доброй и такой же далекой мечтой о самом справедли-вом обществе).

Человек. Происхождение человека Человек на Земле – самое молодое существо. Если представить истории Земли в рамках од-

ного года, то за четверть часа до Нового года (примерно в 23.45) появляется человек. А вся на-ша эра занимает только самую последнюю минуту уходящего года (сравнение датского этно-графа Й. Бьерре). Еще более короткий период существования homo sapiens на земле обозначает известный ученый П. Тейяр де Шарден: «Тридцать тысяч лет. Длительный период в масштабе нашей жизни. Одна секунда для эволюции».

Человек, человеческий разум и общество являются вершиной естественного развития Земли и ее биосферы. Настоящую эпоху эволюции Земли характеризуется развитием разума и перехо-дом от биосферы к ноосфере – сфере взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором эволюции.

В.И. Вернадский писал, что человек не является случайным, независимым от окружающего мира существом, он есть неизбежное проявление закономерного природного процесса. И имен-но под влиянием одного вида живого вещества – цивилизованного человечества (его мысли и труда) биосфера переходит в новое состояние – в ноосферу.

Вопрос о месте человечества в истории Земли обязательно переходит в проблему, касаю-щуюся будущей судьбы человека как вида на этой планете. На данном уровне развития научно-го знания, она (проблема) не может быть решена однозначно. «Единственное определенное ут-верждение о будущем нашего вида состоит в том, что его существование конечно. Из всех ко-гда-либо существовавших видов 99,999% исчезло. Среднее время существования рода плотояд-ных – только 10 млн. лет, а среднее время существования вида гораздо короче. Реально жизнь на Земле уже наполовину в прошлом, она началась, судя по ископаемым, около 3 млрд. лет на-зад, а Солнце примерно через 4 млрд. лет превратиться в красный гигант и поглотит в своем ог-не жизнь на Земле, а в конечном счете и саму Землю» (Левонтин Р. Человеческая индивидуаль-ность: наследственность и среда. – М.: Прогресс, 1993. – с.200).

Но человеческий разум и деятельность не имеют предела совершенствования и развития. По сути всего лишь за не более, чем 10 тыс. лет человек освободился от биологических ограниче-ний, присущим нашим животным предкам. Человечество, так или иначе, решит проблему соб-ственного выживания. Первым идеологом космического расселения людей в другие звездные миры был русский ученый К.Э. Циолковский.

Открытие, сделанное в 1996 г. американскими исследователями, на основании изучения ме-теорита, имеющего марсианское происхождение и упавшего 13 тыс. лет назад в Сибири, свиде-тельствует о том, что на Марсе в примитивных формах существовала жизнь. Следовательно, вполне допустимо, что жизнь существует, причем в развитых формах, и в других галактиках. И вполне возможно встреча землян с представителями иных цивилизаций.

78

Биологический организм человека принадлежит к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид. Социальную же сущность чело-века методами естествознания раскрыть невозможно. По словам де Шардена, «расшифровать человека, значит, в сущности, попытаться узнать, как образовался мир и как он должен про-должать образовываться».

В середине XVIII в. К. Линней положил начало научному представлению о происхождении человека. В своей книге «Система природы» (1735) он отнес человека к животному миру, по-местив его в своей классификации рядом с человекообразными обезьянами. Линней первым на-звал орангутанга Homo silvetris («человек лесной»). К первой половине XIX в. археологами, па-леонтологами, этнографами был накоплен достаточный материал для разработки научной тео-рии антропосоциогенеза, например, открытия археолога Буше де Кравкер де Перта отодвинули происхождение человека далеко за библейскую хронологию.

В 1871 г. вышел труд Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в котором он обосновывал два кардинально важных положения: о животном происхождении человека и о том, что современные человекообразные обезьяны представляют собой боковые ветви его эво-люции, а человек ведет свое происхождение от каких-то вымерших более нейтральных форм. «Тот, кто не смотрит, подобно дикарю, на явления природы как на нечто бессвязанное, не мо-жет больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения», - писал Дарвин. В своей книге Дарвин обосновал точку зрения о происхождении человека от обезьяны, более примитивного существа. Главнейшая из находок, как палеонтологический факт, - череп, най-денный в долинке реки Неандерталь под Дюссельдорфом в 1856 г.

В 1892 г. голландский врач Евгений Дюбуа обнаружил на острове Ява черепную крышку и бедренную кость существ менее развитого, чем неандерталец, которого он назвал питекантро-пом. Возраст находки равнялся 500 тыс. лет. В 1924 г. в Южной Африке Раймонд Дарт, обна-ружил череп, принадлежащий представителю приматов, стоявшему на пороге человеческого развития (возраст находки около 2,6 млн. лет), он назвал его австралопитеком – южной обезья-ной. В 20-х годах XX в. в пещере близ Пекина обнаружили еще одного первобытного предка современных людей – синантропа (китайского человека) или человека выпрямленного, жили на земле свыше 400 тыс. лет назад. В конце 50-х гг. XX века в Восточной Африке нашли остатки существа, жившего около 2 млн. лет назад, ученые сделали вывод, что это существо вписывает-ся как промежуточное звено между австралопитеками и синантропом. Обнаруженный предок современного человека был назван «человеком умелым».

В 1969 г. был произведен повторный анализ остатков существа, найденного в Индии (1934 г) и названного рамапитеком, живших на Земле ок. 12 млн. лет назад. В настоящее время пред-полагают, что родословное «древо» человека начинается от дриопитека – настоящей человеко-образной обезьяны, которая появилась на Земле 20 млн. лет назад. 14 млн. лет назад – линия дриопитеков дала три ветви. Одна развилась в предков современных больших обезьян – горилл, шимпанзе и орангутангов, ближайших родственников человека. Другая ветвь привела к так на-зываемым гигантопитекам – громадным обезьянам. Третья ветвь привела к возникновению ра-мапитека, который, по мнению большинства антропологов, является отдаленным предком че-ловека. Но до сих пор еще не удалось найти ни одной находки остатков древних обезьянолю-дей, относящиеся ко времени 8 – 5 млн. лет назад.

После работ Дарвина материалистическое положение о животном происхождении человека стало основой теории антропосоциогенеза.

Но, разработав теорию естественного происхождения человека, Дарвин не включил в нее влияние социального фактора на его развитие и не затронул роли труда в процессе антропоге-неза (так называемая трудовая теория антропогенеза, защитником которой был Ф. Энгельс, на-писавший труд «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека). Идея о роли труда в происхождении человека и общества не потеряла своего значения и по сей день.

С появлением мутационной теории эволюции (первые успехи генетики – Хуго де Фриза), согласно которой новые виды возникают скачкообразно, в результате крупных единичных му-

79

таций в генном наследственном аппарате (геноме). А это никак не связано с естественным от-бором по Дарвину.

В середине XX в. наиболее широкое распространение в биологии получил обновленный дарвинизм под названием синтетическая теория эволюции (синтез классического дарвинизма с новейшими достижениями генетики). Но и она подвергается критике с распространением в биологии различных сальтационистских концепций, утверждающих скачкообразный характер развития жизни, в том числе и антропогенеза. В эволюции решающее значение придается слу-чайным явлениям. Например, неокатастрофисты полагают, что основное значение в смене форм жизни на Земле имеют массовые вымирания, обусловленные глобальными катастрофами.

Но все выше указанные подходы согласуются с теорией самоорганизации систем. В ее осно-ве лежит принцип самоорганизации как движущейся силы развития любых открытых неравно-весных систем, т.е. систем, обменивающихся со средой веществом, энергией и информацией, которые переходят от одного качественного состояния к другому в результате скачкообразного процесса. Причем состояние системы после скачка, согласно данной теории, носит случайный характер. К таким системам относятся все биологические системы, включая человека. Но раз-работка теории самоорганизации началась совсем недавно и связана в науке с направлением под названием синергетика.

Находка синантропа (одним из открывателей которого был Тейар де Шарден), позволила за-полнить важнейший пробел в ряду антропогенеза и показать, каким путем шло развитие от предчеловека к «человеку разумному». Синантроп оказался тем недостающим звеном между обезьяночеловеком и неандертальцем. Если представить ближайший к homo sapiens ряд общей цепи антропогенеза, то он имеет следующий вид: австралопитек (4 – 2 млн. лет назад) – пите-кантроп (1,9 – 0,65) – синантроп (400 тыс. лет) - homo sapiens (по де Шардену).

А вся цепочка предшественников современного человека, с точки зрения сегодняшнего ес-тествознания, выглядит так: самый древний известный науке предок человека и высших обезь-ян – рамапитек – жил на территории Индии до Африки около 14 млн. лет назад. Примерно 10 млн. лет назад от него отделился предок орангутанга – сивапитек, который остался в Азии. Об-щий же предок гориллы, шимпанзе и человека, по-видимому, обосновался в Африке, поскольку именно там обнаружены древнейшие орудия труда (примерно 2,5 млн. лет назад) и остатки жи-лищ (1,75 млн. лет). В Восточной Африке найдены останки «Человека Умелого» - объем мозга 670 куб. см. – зинджантропа, жившего 2 млн. лет назад (1960 г., англ. арх. Луис Лики). От чело-века умелого прослеживается связь с древнейшим человекообразным существом – австралопи-теком, жившим 4 – 2 млн. лет назад. Далее питекантроп – синантроп – неандерталец (ранняя форма homo sapiens), появившийся, по разным данным, от 30 до 40 тыс. лет назад.

Но антропогенез не следует представлять в виде линейного процесса, эволюция осуществля-ется в процессе постоянного возникновения новых ответвлений, большая часть которых исчеза-ет. Основная проблема в восстановлении эволюции человека состоит в том, что у нас нет близ-ких родственников среди живущих ныне предков. В XIX в. Э. Геккель выдвинул гипотезу о существовании в прошлом промежуточного между обезьяной и человеком вида, который он назвал «питекантропом», он предположил, что предками человека были «древесные обезьяны», которые жили 70 млн. лет назад. От них одна линия эволюции пошла к нашим ближайшим «родственникам» – шимпанзе и гориллам, другая – к человеку, 20 млн. лет назад под влиянием похолодания отступили джунгли и одной из ветвей дриопитеков пришлось спуститься с деревь-ев и перейти к прямому хождению (так называемые «рамапитеки» (в честь бога Рамы, Индия).

В настоящее время в науке можно считать доказанным тот факт, что человек – это продукт естественного развития природы, это законнорожденное дитя биосферы Земли.

Человек как существо биологическое и социальное Биологическая эволюция, с тех пор как человек выделился из животного мира (35 – 40 тыс.

лет назад), перестала играть решающую роль. Человек эволюционирует благодаря социальной стороне жизни.

80

Значение естественного отбора резко меняется в жизни человека и животных. У животных естественный отбор – главный фактор эволюции, а у человека его роль заключается в сохране-нии генофонда, в сдерживании мутаций, отрицательно влияющих на его здоровье. Другими словами естественный отбор у человека происходит главным образом на уровне зародышевых клеток.

Но меняется ли вместе с социальным обликом человека и его биологическая природа, физи-ческий облик, умственные способности?

Физическое здоровье – существенно увеличилась средняя продолжительность жизни насе-ления (в развитых странах ее уровень приближается к средней «нормальной» продолжительно-сти жизни homo sapiens 80 – 90 лет).

Умственные способности. Английский психолог и антрополог Ф. Гальтон (создатель евге-ники – теории о наследственном здоровье человека) убежден в том, что интеллект современно-го человека снижается. Представители низших классов обладают более низким коэффициентом интеллектуальности – IQ. В то же время именно они имеют большее число детей. Однако пря-мая зависимость между социальным положением, количеством детей и IQ признана ошибоч-ной. Академик Л.П. Татаринов, связывает мировую тенденцию снижения общей грамотности населения с недооценкой совершенствования системы воспитания и образования.

Современные биологи и антропологи полагают, что процесс биологической эволюции чело-века как вида прекратился со временем появления homo sapiens (мозг человека не изменился со времени появления homo sapiens).

Другими словами в основе эволюции человека теперь – развитие интеллекта и целесообраз-ной деятельности. Генетическая информация утрачивает свое главенствующее значение в жиз-недеятельности человека и заменяется социальной информацией.

Все люди рождаются с одинаковыми генетическими задатками и главная роль в развитии их способностей играют воспитание и образование. Данная концепция получила название пансо-циологизма. Рожденный человек наследует не сами способности, а лишь их задатки. Но генети-ческие возможности, задатки реализуются в том случае, если ребенок с раннего детства нахо-дится в общении с людьми, в соответствующей социальной среде. Генетический потенциал че-ловека ограничен жестко во времени, т.е. характерные черты человеческого поведения и дея-тельности приобретаются только через социальное наследование, через передачу социальной программы в процессе воспитания и обучения.

Принципиальные изменения в представлении о природе человека вносит теория генно-культурной коэволюции. Гены и культура в этой теории неразрывно связаны между собой. Весьма вероятно, что человек наследует моральные чувства по биологическим каналам (запре-ты на кровнородственные браки (инцест), агрессивность человека – война – как проявление внутривидовой агрессии). Однако объяснить развитие и происхождение человека преимущест-венно в терминах и рамках биологии, как это делают представители социобиологии, было бы неверно. Вне социальных условий одна природа еще не делает человека человеком (пример Маугли).

Таким образом, при рассмотрении биологических и социальных факторов в развитии чело-века следует избегать крайностей как панбиологизма, так и пансоциологизма. В первом случае человек низводится до уровня животного. Во втором – предстает как tabula rasa (чистая доска), на которой среда пишет его развитие.

Становление социальных отношений

Генезис человека – это единый процесс морфофизиологического превращения животного в человека (антропогенез) и стадных объединений животных в человеческое общество (социоге-нез) – это и биологические предпосылки социальных отношений. Становление социальных от-ношений способствовало обузданию биологических инстинктов, в том числе проявлений зооло-гического индивидуализма, замене их отношениями социальной коллективности. Коллектив-ность человеческих объединений обусловлена также характером передачи опыта.

81

Если в биологическом мире опыт передается через естественный отбор, то накопленный в процессе труда опыт, т.е. социальный опыт, надо передавать каждый раз заново от одной особи к другой, от одного поколения к другому. Трудовые навыки не закрепляются генетически, и каждое новое поколение должно усваивать опыт предыдущих поколений, чтобы получить воз-можность эффективно трудиться.

Социальная активность имеет определенные предпосылки в стадах обезьян. Стадо обезьян – довольно организованная целостная структура, некоторая предсоциальная иерархия, в которой каждая особь занимает свое особое место. Многие стороны поведения обезьян регулируются в рамках этой целостной структуры. Прежде всего, существуют отношения доминирования и подчинения: есть вожак, и ему все подчиняются, есть рядовые взрослые, юноши, дети – и у ка-ждого своя форма поведения, выход за рамки которой наказуем. Кроме того, в стадах обезьян немало отношений, выражающих сотрудничество и взаимопомощь. Такие отношения склады-ваются между потомством одной матери, между представителями одного поколения («моло-дежные группы») и др. В то же время в стадах приматов между отдельными особями подчас устойчиво проявляются антипатия, враждебность и др., но они не являются определяющими.

Данные приматологии показывают, что у обезьян фактор помощи превалирует над факто-ром враждебности, насилия. Так, в естественных условиях наблюдались случаи, когда обезьяне со сломанной рукой соплеменники помогали переправляться через речку или обрыв.

Биосоциальное общение у антропоидов поддерживается средствами коммуникации – язык жестов, звуковые сигналы (выражающие радость, печаль, злобу, возбуждение и т.п.), действия-ми (поцелуи, объятия и др.). Важную роль играет и «демонстрационное манипулирование» как зачаточная форма передачи индивидуального опыта стадному коллективу (или его части).

Возникновение разделения труда. Формирование общественных отношений было обуслов-лено, с одной стороны, расшатыванием стадных отношений и стереотипов стадного поведения, а с другой – укреплением связей особей при производстве орудий деятельности, передачей со-циального опыта, сплоченностью (в силу привязанности к постоянному месту обитания) и др. Исторической основой собственно человеческих форм общения является разделение труда.

В первую очередь происходит становление технологических отношений, связанных с разде-лением производственного цикла на ряд операций. Этапы производства даже простого орудия труда разделены во времени, а это выдвигает особые требования к организации производства, к психике, сознанию, к развитию памяти. В сфере сознания происходит разграничение целепола-гания и целереализации. Если однозвенному процессу производства орудий труда соответству-ет предметное сознание, т.е. нерасчлененность практического и познавательного отношений, то многозвенному процессу – образное, мифологическое сознание.

Определенный тип технологического разделения труда складывается и в связи с охотой. Как показывают археологические данные, охота была ведущей формой деятельности. Если при охо-те на мелких животных было достаточно прямого поражения жертвы с помощью ударов твер-дыми предметами с близкого расстояния, то охота на крупных животных предполагала приме-нение методов непрямого поражения жертвы – загоны в болото, в ямы, с обрыва и др. Конечно, здесь требовалась определенная «стратегия поведения», коллективной организации, определен-ная (пока, конечно, примитивная) система целеполагания. Кроме того, на такой охоте разделе-ние труда было связано также с преследованием, загоном и поражением жертв: одни члены ста-да оставались в группе загона, другие – в группе поражения жертв и т.д. Принципиально важно, что охота как форма первобытной деятельности имела коллективный характер. Подобная кол-лективность выступала основой кооперации как формы организации труда, воплощающей со-циальный характер трудовой деятельности. Кооперация предполагает, что индивиды сообща планомерно работают в одном производстве, взаимодействуя между собой, или в разных, но взаимосвязанных производствах.

Наряду и одновременно с технологическим формируется и социальное разделение труда, которое сначала строилось по естественно-биологическому признаку, прежде всего половозра-стному. Это значит, что каждая группа определенного возраста и пола имела свои функции в хозяйственном механизме первобытного стада: одни в основном охотились (большинство муж-

82

чин); другие (преимущественно женщины) занимались собирательством, обработкой пищи, уделяли больше внимания детям; пожилые изготовляли орудия труда. Естественное разделение труда становится мощным фактором повышения производительности труда и постепенно ут-верждается, трансформируясь в ранние формы экономических отношений (обмена продуктами и результатами труда).

Особенность общественных отношений в первобытном обществе связана с коллективной собственностью на средства и продукты производства. Распределение продуктов тоже носило коллективный характер. В отличие от животных, прежде всего хищников, добыча не поедалась на месте поражения жертвы, а доставлялась к местам обитания (охотничьим лагерям), где дели-лась между всеми членами стада (очевидно, по принципу доминирования – подчинения, хотя в смягченном варианте) Это, конечно, не исключало отдельных вспышек зоологического инди-видуализма – драк, борьбы за пищу, самок, конфликтов и пр.

Формирование разделения труда, первичных производственных отношений происходило параллельно ограничению биологических инстинктов, через их подчинение. Первобытное стадо было эндогамной группой, т.е. брачные отношения осуществлялись внутри него, между родст-венниками. В силу законов генетики это тормозило развитие физической природы человека и могло привести к его вырождению.

Дальнейшее развитие общества было возможно только при том условии, что биологические инстинкты будут поставлены под контроль. В эпоху мустье окончательно вступили в силу и за-прет брачных отношений внутри первобытного коллектива (агамия), и обязанность вступать в брачные отношения вне своего родового коллектива (экзогамия). Так образовалась исторически первая форма социальной организации брачных отношений – дуально-родовой брак. Это за-вершило становление социальных начал, основы общественной жизни окончательно выдели-лись из биологического мира.

Создание родового общества (35 – 40 тыс. лет назад) означало полную победу социальных факторов развития человека над биологическими, завершение антропосоциогенеза.

Генезис сознания и языка

Важной стороной антропосоциогенеза являлся генезис сознания. Сознание – высшая форма отражения мира. Носителем сознания выступает человек, обладающий мозгом – высокоразви-той материальной системой, способной осуществлять идеальное отражение мира. Сознание формируется только в системе социального общения людей и поэтому носит социально-исторический характер. Сознание позволяет человеку познавать окружающий мир, переживать свое отношение к нему, регулировать свою деятельность. В сфере сознания складываются цели деятельности человека (идеальное целеполагание), формы мышления (понятие, суждение, умо-заключение и др.), чувственно-образные и волевые моменты. Основой сознания является мыш-ление. Именно благодаря мышлению в сознании формируется объективный образ, картина ми-ра.

Генезис сознания, как и возникновение человека и общества, носит естественноисториче-ский характер. Сознание складывалось на базе высокоразвитой психики животных – высших приматов. Высшим приматам свойственны способности к обобщению и абстрагированию, а также к оценке знаний и намерений других особей.

Основные предпосылки генезиса сознания: • увеличение размеров и качественное (структурное) изменение мозга высших приматов; • трудовая, практическая деятельность; • развитие социальных отношений, разделение труда, коллективность; • развитие коммуникативной, сигнальной деятельности, языка, речи. Основой генезиса сознания является обобщение (и коллективное закрепление) результатов

действий по производству орудий труда. Сознание возникает как отражение, прежде всего, тех объективных свойств природных предметов, которые выявляются в процессе производства орудий труда. В этом процессе необходимо взаимодействие между собой двух (по крайней ме-

83

ре) природных предметов (камней, палок, костей). Результат их взаимодействия (т.е. орудие труда) определяется объективными свойствами таких природных предметов. Ставя во взаимо-действие между собой два природных предмета, человек получает возможность выделять их объективные свойства (удар одним камнем по другому дает совсем иной результат, чем удар камнем по дереву: так проявляется объективное свойство твердости). Взаимодействие двух ма-териальных предметов между собой позволяет выделять их объективные свойства, т.е. свойст-ва, не зависящие от того, кто ставит во взаимодействие эти предметы.

Это принципиально важно и во многом объясняет, почему труд является основой сознания, познания, мышления. Без учета объективных свойств материальных предметов систематиче-ское производство орудий труда просто невозможно. Другими словами, производя орудия тру-да, субъект получает возможность выявлять не только преимущественно ситуативные, относи-тельные связи между организмом и средой (что свойственно психике животных), но и объек-тивные связи между предметами, вещами самой природной среды. Животное непосредственно выделяет не объективные свойства предметов среды, а лишь те ее свойства, которые для него биологически значимы, определяются инстинктивными программами поведения. Объективные свойства среды отражаются животными только в ходе исторической эволюции вида, естествен-ного отбора, т.е. через смену поколений, отбор одних и вымирание других особей и др.

На уровне человека объективные связи, свойства среды проявляют себя, прежде всего, через устойчивые, повторяющиеся предметные действия субъекта. Их фиксация и выделение из мно-жества случайных, второстепенных действий есть не что иное, как обобщение. Если результат обобщения закрепляется в каком-нибудь знаке, то тогда он может, во-первых, передаваться другим членам коллектива, во-вторых, достаточно долго сохраняться в коллективной памяти.

Производство и воспроизводство сознания изначально носит коллективистский характер, оно невозможно вне деятельности и общения людей – развитие форм деятельности и общения есть условие развития сознания.

Обобщение, зафиксированное в некотором знаке, в самом широком смысле уже есть позна-ние. Таким образом, в сознании изначально заложен познавательный компонент. Когда мы го-ворим, что человек обладает сознанием, то, прежде всего, подразумеваем, что человек познает мир, обладает определенной системой знаний.

Знания – это выраженные в определенной системе знаков (слово, навык, жест, схема и др.) обобщенные элементы сознания, благодаря которым различаются вещи объективного мира, их существенные и несущественные свойства, сам человек и его отношение к внешнему миру.

Система знаний складывается в историческом опыте человечества. Каждый отдельный ин-дивид осваивает ее заново в процессе социализации, обучения, образования, воспитания и др. Безусловно, знание является ядром сознания, но содержание сознания не может быть сведено только к знанию. Оно обладает еще и эмоционально-волевой сферой переживания действитель-ности, которая выражает отношение субъекта к тому, что он отражает, преобразовывает. Это сфера выражения потребностей, интересов и целей. Человек не только познает мир, но и оцени-вает его свойства с точки зрения их значимости для удовлетворения своих потребностей.

Функцию оценки во многом выполняют эмоции человека. Богатая, разнообразная, но вместе с тем и мало управляемая эмоциональная сфера гоминид выступала базой исторического фор-мирования ценностного аспекта сознания человека. Эмоциональный мир человека складывает-ся по мере блокирования необузданной аффективности приматов развивающимися структурами мышления и волей, по мере подчинения эмоций целям и мотивам деятельности.

На начальных этапах сознание было предметно-действенным, было включено в акты пред-метных действий, отсутствовала логика отдельных идеальных действий, наличествовала лишь логика внешнего предметного действия. Поэтому человек не мог воспроизвести каких-либо действий по производству орудий труда в отрыве от них самих. Накапливавшийся опыт такого рода передавался в процессе коллективного подражания. На этом этапе еще не было устойчиво-го идеального целеполагания как сложившейся подсистемы сознания, о чем свидетельствует случайная, нестабильная форма орудий труда, создаваемых в результате еще во многом ин-стинктивных действий. В сознании еще не воспроизводилась закономерная связь между нача-

84

лом, процессом и результатом обработки предмета труда, поскольку логика практических дей-ствий была однозвенной (для производства орудий труда требовалось осуществление действий одного типа – скалывание заготовки отбойником). Орудия были однотипны и приспосаблива-лись не к объекту, а к человеку.

Качественное изменение характера труда и сознания связано с переходом к многозвенной структуре трудового процесса, к созданию составных и специализированных орудий. Сначала процесс производства разделился на два этапа: на первом изготавливались стандартизованные заготовки для орудий, на втором они превращались в собственно орудия. Вместе с этим возрас-тали опыт, квалификация, навыки работников, вырабатывались более совершенные приемы ис-пользования орудий труда, улучшалась организация труда, развивалось разделение труда. Ка-чественный переход завершился в эпоху мустье, когда действия по изготовлению орудий стали многоступенчатыми — изготовление заготовки из ядрища путем оббивки; скалывание; вторич-ная подправка.

При этом происходит интериоризация сознания, т.е. предметное действие человека, выра-жающее обобщенное значение, уходит во внутренний план, а непосредственным носителем мысли становится язык.

Предметно-действенное сознание сменяется мифологическим – обобщение мира происходит в форме не предметных действий, а идеальных чувственных образов, одновременно развивается стихийно-эмпирическое накопление первобытных рациональных знаний

Генезис языка

Генезис и развитие сознания неразрывно связаны с генезисом и развитием языка, речи. Н все детали этого процесса известны, но в общих чертах можно воспроизвести его основные на-правления.

Коммуникация животных – необходимое условие их жизнедеятельности, обеспечивающая их взаимодействие и согласованность, стадную организацию, в конечном счете, безопасность. Исходной предпосылкой формирования человеческого языка являлись виды коммуникации животных: зрительно-двигательная, жестовая (позы, жесты, движения, выражающие страх, уг-розу, подчинение и др.), действующая только при дневном свете и в пределах видимости; обо-нятельная (с помощью запахов); звуковая.

Звуковая коммуникация имеет ряд несомненных преимуществ: звуки дифференцированы и выражают широкий спектр эмоциональных состояний; звуковой сигнализации не мешает тем-нота; она воспринимается практически мгновенно.

Современные теории языка исходят из того, что у человекообразных обезьян и первобытных людей в зачаточной форме сосуществовали два типа языка – первичный и вторичный. Первич-ный язык развивался на основе зрительно-двигательной (жестовой) коммуникации и выражал информацию об эмоциональном состоянии и поведенческих установках особи, значимую для другой особи.

Вторичный язык формировался на базе звуковой коммуникации, в основе которой были эмоционально окрашенные крики и нейтральные шумы, не сопровождавшиеся видимым воз-буждением.

В современной приматологии существует целое направление, исследующее способности че-ловекообразных обезьян к жестовой коммуникации. Обучение обезьян языку глухонемых, раз-личным искусственным языкам показало, что обезьяны способны в определенных пределах по-нимать значения символов языка, оперировать ими и даже создавать новые значения, а также понимать устную речь человека.

На начальных этапах антропосоциогенеза, когда развивалось предметно-действенное созна-ние, развитие и преимущество получила зрительно-двигательная, жестовая коммуникация.

Но язык жестов является несовершенной формой коммуникации. Поскольку жест осуществ-лялся с помощью рук – главных рабочих органов, то он не всегда был возможен (когда руки просто заняты). Жестовый язык не стал полноценным вторым (наряду с предметным действи-

85

ем) материальным носителем мысли. Для этой роли приемлемы звуковой носитель мысли, зву-ковая коммуникация.

Процесс становления человека включал в себя наряду с развитием языка жестов и парал-лельное непрерывное совершенствование звуковой коммуникации. Постепенно она приобрета-ла характер вокально-информационной системы. Так, если у человекообразных обезьян было 20 – 30 сигналов, то у австралопитековых их могло быть уже несколько десятков и даже свыше сотни.

Язык развивался вместе с развитием речи. Можно предположить, что членораздельная речь возникла в эпоху формирования питекантропа. В его речи присутствовали щелкающие и носо-вые звуки; наряду с жестами слова обозначали предметы и лишь в отдельных случаях перехо-дили в слова-предложения; речь носила диалогический характер. Но в целом в речи питекан-тропов и синантропов еще велика доля жестовой коммуникации, а речевые акты подобны теле-графному стилю.

Основная тенденция в историческом развитии речи – переход от диалогической к монологи-ческой речи, и далее – к внутренней речи, «проговариванию про себя». Эта тенденция опреде-лила интериоризацию сознания, его уход во внутренний план. Очевидно, этот переход осуще-ствлялся в эпоху неандертальцев. У неандертальцев совершенствовалась артикуляция. Правда, возможно, были затруднения с произнесением отдельных гласных. Постепенно формировалась простейшая грамматика и синтаксис; появилась монологическая речь; расширялась лексика. Как показывают новейшие макетные исследования ротовой полости неандертальца, неандер-тальцы в принципе могли общаться с помощью членораздельной звуковой речи, у них уже об-разовались сложные формы высказываний, синтаксически сложные предложения.

Язык всегда предполагает определенную систему знаков. С развитием языка зарождается сложная система знаков как выразителей смыслов и значений сознания. Генезис сознания, ста-новление языка и речи завершились при переходе к верхнему палеолиту, к первобытно-общинному строю, к чувственно-образному мифологическому сознанию.

Концепция коэволюции Современное естествознание вводит новое понятие – «коэволюция», означающее взаимное

приспособление видов. Именно коэволюция обеспечивает условия взаимного сосуществования и повышения устойчивости биоценоза как системы. Коэволюция является новой перспективной идеей естественных и социальных наук.

«По человечески», но не «по природному, животному» и не «по понятиям в обществе» зву-чит, что решающую роль играет не борьба за существование, а взаимопомощь, согласованность и «сотрудничество» различных видов, в том числе и не связанных между собой генетическими узами.

Критика дарвинизма велась со дня его возникновения. Русский ученый и революционер П.А. Кропоткин придерживался точки зрения, в соответствии с которой взаимопомощь являет-ся более важным фактором эволюции, чем борьба. Но это не могло поколебать общей теории эволюции, вплоть до появления под влиянием экологических исследований концепции, которая смогла объяснить возникновение полов и другие феномены. Как химическая эволюция – ре-зультат взаимодействия химических элементов, так по аналогии биологическая эволюция мо-жет рассматриваться как результат взаимодействия организмов. Случайно образовавшиеся бо-лее сложные формы увеличивают разнообразие и, стало быть, устойчивость экосистем. Удиви-тельная согласованность всех видов жизни есть следствие коэволюции.

Концепция коэволюции хорошо объясняет эволюцию в системе «хищник – жертва» - посто-янное совершенствование и того, и другого компонентов системы. В системе «паразит – хозя-ин» естественный отбор должен вроде бы способствовать выживанию менее опасных для хо-зяина паразитов и более устойчивых к паразитам хозяев (резистентных). Но так происходит не всегда. Паразиты являются неизбежной системой, обязательной частью каждой экосистемы. Коэволюционная гонка вооружений способствует большему разнообразию экосистемы. Пара-зиты препятствуют уничтожению хозяевами других видов.

86

Совместная эволюция организмов хорошо видна на следующем примере. Простейшие жгу-тиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы переваривать древесину и расщеплять ее до сахаров. Встречая в природе симбиоз, можно предположить, что его конечной стадией является образование более сложного организма. Тра-воядные животные могли развиваться из симбиоза животных и микроскопических паразитов растений. Паразит уже обрел некогда способность производить ферменты для переваривания веществ, имеющихся в организме его хозяина-растения. Животное же делится с паразитом пи-тательными веществами из растительной массы.

Концепция коэволюции объясняет и факты альтруизма у животных: заботу о детях, устра-нение агрессивности путем демонстрации «умиротворяющих поз», повиновение вожакам, взаимопомощь в трудных ситуациях и т.п.

Глобальные экологические проблемы в системе «человек – общество – биосфера»

Большинство ученых задумываются не о том, какое же будущее ожидает человечество с точки зрения развития вида и старении вида, а о последствиях все большего загрязнении био-сферы различного рода отходами, повышения уровня радиации, увеличении мутационной опасности химических загрязнителей и т.п. Угроза дальнейшему существованию человека свя-зана с его культурой бытия.

Усиление антропогенного влияния на окружающую среду, технологического давления на мир обусловило начало эпохи глобальных кризисов. В мире ежегодно добывают 3,5 млрд. т нефти, 4,5 млрд. т каменного и бурого угля, такие объемы потребления стали показывать огра-ниченные возможности природных комплексов поглощать и нейтрализовывать отходы челове-ческой жизнедеятельности. Создавая мир искусственного, человек активно вмешивается и пе-рестраивает естественные биогеохимические циклы. Загрязнение природы следует расценивать как величайшее нарушение природного порядка.

Причинами нарушении природного равновесия (глобальный кризис) к началу XXI в являют-ся усиленный рост потребностей человечества, возросшие масштабы технических средств воз-действия общества на природу, истощение природных ресурсов.

Особой проблемой становятся новые тенденции развития семьи и семейных отношений (как социальную аномалию следует рассматривать семьи нетрадиционного типа, в принципе не спо-собных к продолжению рода), социальное расслоение и неравенство, нищета и антисанитария планетарного масштаба.

Глобальная компьютерная революция и интенсивность процессов информатизации стиму-лирует лавинообразный рост Н-Т развития. Обилие информации ведет к возникновению син-дрома информационной усталости, а также к различным психическим расстройствам.

Учеными предлагается в рамках социальной экологии коэволюционная стратегия развития цивилизации XXI века, нацеленная на утверждение в сознании людей новой экологической нравственности. В осмыслении кризисных аспектов складывающейся в мире ситуации огром-ную роль играет Римский клуб. В 1976 г был опубликован третий доклад Римского клуба «Пе-ресмотр международного порядка», в котором обсуждались условия более устойчивого разви-тия мировой системы.

Глобальной проблемой становится общее потепление климата от сжигания топлива и выде-ления в атмосферу углекислого газа в больших количествах, истощение озонового слоя, пре-пятствующему распространению до поверхности Земли космического излучения, катастрофи-ческий дефицит пресной воды, которая составляет всего 2% всех водных запасов Земли.

Человечество подошло к черте, после которой должно быть развитие по новому направле-нию – экотехнологии или технологии на экологической основе. Принципиальным требованием новой технологической парадигмы будет не просто защита природы от техногенного воздейст-вия, а совмещение техники с законами саморегулируемых систем.