| Скачать .docx | Скачать .pdf |
Реферат: Концепции современного естествознания Курс лекций Хорошавина
Серия «Высшее образование»
С. Г. Хорошавина
КОНЦЕПЦИИ
СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
КУРС ЛЕКЦИЙ
Рекомендовано Министерствомобразования РФ
в качестве учебника для студентов высших учебных заведений
Издание четвертое
Ростов-на-Дону
«Феникс»
2005
УДК 50(075.8) ББК 20я73 КТК 100 X 82
Рецензенты:
профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, д. т. н., академик РАЕН,
президент Международного общественно-научного комитета
«Экология человека и энергоинформатика»
Волченко В.Н.;
зав. кафедрой философии религии РГУ, президент
Ассоциации «Духовной культуры», д. ф. н., профессор
Капустин Н.С.;
декан исторического факультета РГУ, доктор исторических
наук Узнародов И.М.
Хорошавина С. Г. X 82 Концепции современного естествознания: курс лекций / Изд. 4-е. — Ростов н/Д: Феникс, 2005. — 480 с. — (Высшее образование).
ISBN 5-222-07788-8
Предлагаемый курс способствует расширению представлений о едином процессе развития, охватывающем живую природу, неживое вещество и общество. Программа курса позволяет вооружить слушателей знаниями, отвечающими современному уровню развития естествознания, рассматриваются последние идеи и гипотезы, точки зрения на важнейшие вопросы современного естествознания, что дает возможность, овладев целостным научным мировоззрением, сформировать свою мировоззренческую позицию для успешной социальной адаптации.
Разработан в соответствии с государственным образовательным стандартом (Москва, Госкомитет РФ но ВО, 1995 г.) кандидатом технических наук, доцентом Ростовского-на-Дону института Бизнеса и Права, профессором Академии естествознания в 1995 г. В данной редакции рекомендуется студентам и преподавателям гуманитарных факультетов вузов для подготовки по специальности юриспруденция, менеджмент, экономика.
ISBN 5-222-07788-8
УДК 50(075.8) ББК 20я73
© С.Г. Хорошавина, 2003 © Оформление:
изд-во «Феникс», 2003
Содержание
1.1. ПРЕДМЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ.. 13
1.2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.. 14
1.2.1 .Необходимость и случайность. 14
1.2.2. Причины, от которых зависит развитие науки. 14
1.2.3. Роль практики в развитии естествознания. 14
1.2.4. Относительная самостоятельность в развитии науки. 16
1.2.5. Преемственность в развитии идей и принципов естествознания. 17
1.2.6. Критика и борьба мнений в науке. 18
1.2.7. Интернациональный характер развития науки. 18
1.2.8. Взаимодействие естественных наук. 19
1.2.9. Дифференциация и интеграция наук. 19
1.2.10. Социальные функции естествознания. 20
1.3. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.. 22
1.3.1. Натурфилософия как первая историческая форма знания. 22
1.3.1.1. Естествознание VII-VI вв. до н. э.23
1.3.1.2. Учение Гераклита об огне в виде первовещества. 24
1.3.1.3. Естествознание V в. до н. э. Учения философов Эмпедокла и Анаксагора. 25
1.3.1.4. Естествознание IV в. до н.э.26
1.3.1.5. Выделение медицины из натурфилософии и учение Гиппократа. 26
1.3.1.6. Естествознание IV-III вв. до н. э. Учения Платона, Аристотеля, Теофраста. 27
1.3.1.7. Философия Эпикура и Лукреция как завершение материалистических воззрений Древней Греции. 28
1.3.1.8. Средневековье и эпоха Возрождения. 29
1.3.1.9. Естествознание XVI-XVII вв.32
1.3.1.10. Естествознание XVIII в.33
1.3.1.11. Выдающиеся открытия XIX в. и конец натурфилософии. 34
1.3.3. Кризис в физике и нарушение прежних представлений. 36
1.3.4. Ленинский принцип неисчерпаемости материи. 37
1.3.4.1. Онтологическая сторона неисчерпаемости материи. 37
1.3.4.2. Гносеологическая сторона неисчерпаемости материи. 37
1.3.5. Новейшая революция в естествознании. 38
ТЕМА 2. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ... 40
2.1. НАУЧНАЯ ТЕОРИЯ. ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ.. 40
2.2. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ ТЕОРИИ.. 41
2.2.1. Структура естественнонаучной теории. 41
2.2.2. Основные способы построения естественнонаучной теории. 41
2.4. ЕСТЕСТВЕННАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ... 43
ТЕМА 3. КОРПУСКУЛЯРНАЯ И КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ44
3.2. МЕХАНИСТИЧЕСКИЙ АТОМИЗМ... 45
3.3. СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМА.. 45
3.4. ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ РАЗВИТИЯ АТОМИЗМА46
3.5. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА.. 46
3.6. СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в.47
3.7. КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ.. 47
3.8. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ... 48
3.9. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ... 48
ТЕМА 4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРЫ... 50
4.1. МАТЕРИЯ. ВСЕОБЩИЕ АТРИБУТЫ МАТЕРИИ.. 50
4.2. СТРУКТУРА И СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ.. 51
4.2.2. Структурная бесконечность материи. 51
4.3. СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КАК АТРИБУТ МАТЕРИИ.. 51
4.4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ.. 52
4.4.1. Микро-, макро- и мегамиры.. 52
4.4.2. Структурные уровни различных сфер. 53
ТЕМА 5. СТРУКТУРА И ЕЕ РОЛЬ В ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ... 55
5.2.1. Соотношение категорий часть и элемент. 57
5.2.2. Взаимодействие части и целого. 57
5.3. ДИАЛЕКТИЧЕСКОЕ ЕДИНСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ И ИНТЕГРАЦИИ ЧАСТЕЙ.. 58
5.4. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЕДИНИЧНОГО И ОБЩЕГО.. 59
5.5.1. Свойства интеграции. 61
5.5.2. Три механизма сборки. 62
5.5.2.1. Механический детерминизм.. 62
5.5.2.2. Связь по типу корреляции. 62
5.5.2.3. Связь по типу субординации. 62
ТЕМА 6. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В МИРЕ. ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.. 63
6.1. НЕУСТРАНИМОСТЬ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.. 63
6.2. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ИСКУССТВЕ.. 64
6.3. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В БИОЛОГИИ.. 67
6.4. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В ПРОБЛЕМАХ КИБЕРНЕТИКИ И КОМПЬЮТЕРНОЙ СВЯЗИ68
6.5. ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.. 68
6.6. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ И СЛУЧАЙ — РЕАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ РАЗВИТИЯ.. 68
6.7. СФЕРЫ ПРОЯВЛЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ. ВИДЫ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.. 69
6.8. ПАРАДОКС НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ.. 70
ТЕМА 7. ХАОС И ПОРЯДОК. ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ.. 72
7.1.1. Этимология понятия «хаос». 72
7.1.4. Социологизация понятий порядка и хаоса. 74
7.2. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ СООТНОШЕНИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА.. 75
7.3. ПОИСК МЕХАНИЗМОВ ОБЪЯСНЕНИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА.. 76
7.4. РОЛЬ ЭНТРОПИИ КАК МЕРЫ ХАОСА.. 77
7.5.1. Математизированный порядок. 78
7.5.2. Организмический стиль. 78
7.5.3. Психологическая версия порядка. 79
7.6. ДИАЛЕКТИЧЕСКОЕ ЕДИНСТВО 0-МЕРНОЙ ТОЧКИ.. 79
ТЕМА 8. ПРИНЦИПЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ, СУПЕРПОЗИЦИИ, ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ81
8.1. ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ.. 81
8.2. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ.. 81
8.3. ПРИНЦИПЫ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ.. 82
8.3.1. Принцип относительности Галилея. 82
8.3.2. Принцип относительности Эйнштейна. 82
8.3.3. Теория относительности Эйнштейна. 82
ТЕМА 9. ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ.. 83
9.1.1.1. История возникновения категорий симметрии. 84
9.1.1.2. Симметрия в архитектуре. 85
9.1.1.3. Симметрия в технике. 87
9.1.2.1. Асимметрия в живой природе. 88
9.1.2.2. Асимметрия как разграничивающая линия между живой и неживой природой. 88
9.1.2.3. Опыты Пастера и Кюри. 89
9.2.1. Отражение в плоскости симметрии. 90
9.2.2. Поворотная симметрия. 91
9.2.3.Отражение в центре симметрии. 91
9.2.4.Трансляция, или перенос фигуры на расстояние. 92
9.2.6. Симметрия и законы роста. 93
9.3. СИММЕТРИЯ В ПОЗНАНИИ.. 94
9.4. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ И ВНУТРЕННИЕ ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ.. 95
9.4.1. Пространственно-временные • принципы симметрии. 96
9.4.2. Внутренние принципы симметрии. 97
9.5. ПИФАГОР И ПИФАГОРЕЙСКИЙ СОЮЗ. 97
9.7. ЗОЛОТОЕ СЕЧЕНИЕ—ЗАКОН ПРОЯВЛЕНИЯ ГАРМОНИИ В ПРИРОДЕ.. 98
9.7.2. Золотое сечение в астрономии. 100
9.7.3. Золотое сечение в искусстве и музыке. 101
9.7.4. Обнаружение золотого сечения в различных областях внешнего мира. 103
ТЕМА 10. ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРИРОДЕ.. 105
10.1. ПРОБЛЕМЫ ДЕТЕРМИНИЗМА И ПРИЧИННОСТИ.. 105
10.2. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ... 106
10.2.1. Законы сохранения физических величин. 106
10.2.1.1. Закон сохранения массы.. 107
10.2.1.2. Закон сохранения импульса. 108
10.2.1.3. Закон сохранения заряда. 109
10.2.1.4. Закон сохранения энергии в механических процессах. 110
10.2.1.5. Законы сохранения в микромире. 111
10.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ... 112
10.4. ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ.. 113
10.4.1. Первый закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя первого рода113
10.4.2. Второй закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя второго рода113
10.5. ПРИНЦИП МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ.. 114
ТЕМА 11. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВ.. 115
11.1. ФОРМЫ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ.. 115
11.2. ВЕЩЕСТВА И ИХ СВОЙСТВА.. 116
11.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.. 117
11.4. СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.. 118
11.5. КАТАЛИЗАТОРЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.. 119
11.6. РАВНОВЕСИЕ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ.. 119
11.7. ПРИНЦИП ЛЕ ШАТЕЛЬЕ.. 120
11.8. МОДЕЛЬ, ОБЪЯСНЯЮЩАЯ РАВНОВЕСИЕ.. 120
ТЕМА 12. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ.. 121
12.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ИДЕИ РАЗВИТИЯ В БИОЛОГИИ.. 121
12.2. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИВОГО.. 122
12.2.1. Идея самопроизвольного происхождения жизни. 122
12.2.2. Опыты Пастера, доказывающие происхождение живого от живого. 123
12.2.3. Гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса. 123
12.2.5. Современные концепции происхождения жизни. 124
12.3. БИОЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБМЕН.. 124
12.4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ВЕЧНОСТЬ ЖИЗНИ.. 126
ТЕМА 13. ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ, ВОСПРОИЗВОДСТВА И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ129
13.1. ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ДАРВИНА.. 130
13.1.3. Связь между наследственностью и изменчивостью.. 132
13.1.4. Естественный отбор. 132
13.2. КЛАССЫ МЕХАНИЗМОВ ЭВОЛЮЦИИ.. 136
13.2.1. Адаптационные механизмы.. 136
13.2.2. Катастрофические, или пороговые, механизмы эволюции. 137
13.2.3. Принцип А. Пуанкаре. Закон дивергенции. 137
13.3. ТРИ ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ТЕОРИИ ДАРВИНА.. 138
13.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РАЗВИТИЯ.. 140
ТЕМА 14. ОТРАЖЕНИЕ КАК ВСЕОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИИ.. 142
14.1. ОТРАЖЕНИЕ И ДВИЖЕНИЕ.. 143
14.2. ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ СТОРОНЫ ОТРАЖЕНИЯ.. 143
14.3. ОТРАЖЕНИЕ— ВСЕОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИИ.. 144
14.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ОТРАЖЕНИЯ.. 145
14.4.3. Опережающее отражение действительности. 146
14.5. АДАПТАЦИЯ. ПРОБЛЕМЫ АДАПТАЦИИ ЖИВОГО И ПРИНЦИП ОТРАЖЕНИЯ.. 146
14.5.2. Проблемы адаптации живого и принцип отражения. 147
14.5.3. Взаимосвязь эволюции, адаптации и организации живого. 147
14.5.4. Исследование случайных и направленных процессов повышения приспособляемости148
14.6. КОНЦЕПЦИЯ АДАПТАЦИОННОГО СИНДРОМА, ИЛИ СТРЕССА.. 149
14.6.1. Стадии адаптационного синдрома, или стресса. 149
14.6.1.1. Реакция тревоги. 149
14.6.1.2. Резистивность, или сопротивление. 150
14.6.1.4. Стресс и адаптационная энергия. 150
14.6.1.5. Стресс и дистресс. 150
14.6.2. Формирование естественного кодекса поведения. 152
14.6.2.1. Связь между работой, стрессом и старением.. 153
14.6.2.2. Приемы, сводящие психическую ранимость к минимуму. 153
ТЕМА 15. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ.. 155
15.1. ПОНЯТИЯ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ.. 155
15.2. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ.. 156
15.3. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ.. 157
15.4. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ.. 157
15.5. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРЕ.. 158
15.5.1. Трехмерность пространства. 159
15.5.2. n-мерность пространства. 159
15.5.3. Социальное пространство. 162
15.6.1.1. Длительность времени. 165
15.6:1.2. Прерывность и непрерывность.166
15.6.1.3. Вечность времени. 166
15.6.1.4. Необратимость времени. 166
15.6.1.5. Одномерность времени. 167
15.6.2. Проекции времени на сознание человека. 168
15.6.4. Идеи и гипотезы профессора Н.А. Козырева. 171
ТЕМА 16. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ.. 173
16.1. СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМ САМООРГАНИЗАЦИИ В СВЕТЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ173
16.1.1. Связь проблем самоорганизации материи с кибернетикой. 173
16.1.1.1. Кибернетика и ее принципы.. 173
16.1.1.2. Самоорганизующиеся системы.. 175
16.1.1.3. Связь кибернетики с процессом самоорганизации. 176
16.1.2. Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований. 176
16.1.2.1. Понятие синергетики. 176
16.1.2.2. Отличие синергетики от кибернетики. 176
16.1.2.3. История становления синергетики как науки. 177
16.1.2.4. Связь синергетики с другими науками. 178
16.2.1. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации. 179
16.2.1.1. Структурные компоненты процесса самоорганизации. 179
16.2.1.2. Свойства самоорганизующейся системы.. 179
16.2.1.3. Механизм, обеспечивающий организационный процесс. 179
16.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА САМООРГАНИЗАЦИИ.. 180
16.3.3.1. Этимология понятия «информация». 182
16.3.3.2. Роль и место информации. 183
16.3.3.3. Понятие ценности информации. 183
16.3.3.4. Информация и память. 184
16.3.3.5. Две точки зрения на информацию.. 185
16.4. РОЛЬ СИНЕРГЕТИКИ В СТАНОВЛЕНИИ НОВОГО ПОНИМАНИЯ.. 185
16.4.1. Синергетика и трактовка единства мира в восточной философии. 186
16.4.2. Синергетика и глобальный эволюционизм.. 186
16.4.2.1. Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи187
16.4.2.2. Инфляционная теория. 188
16.4.2.3. Модель Большого взрыва. 188
16.4.2.4. Различные ветви эволюции. 189
16.4.2.5. Самоорганизация материи на Земле. 190
16.5. РАЗВИТИЕ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ КАК СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС.. 190
16.6. СИНЕРГЕТИКА И СОЦИАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ.. 191
16.7. СИНЕРГЕТИКА И СОВРЕМЕННОЕ ВИДЕНИЕ МИРА.. 192
ТЕМА 17. УЧЕНИЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ И НООСФЕРЕ.. 194
17.1. СУДЬБА НАУЧНЫХ ИДЕЙ В.И. ВЕРНАДСКОГО.. 194
17.1.1. Учение В.И. Вернадского. 194
17.1.2. Значение идей В.И. Вернадского. 195
17.2. БИОСФЕРА КАК ЖИВАЯ САМОРЕГУЛИРУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА.. 196
17.2.1. Возникновение учения о биосфере. 196
17.2.2. Основные идеи В.И. Вернадского по проблемам биосферы.. 196
17.2.3. Составные части биосферы.. 197
17.2.3.1. Атмосфера как составная часть биосферы.. 197
17.2.3.2. Гидросфера — водная оболочка Земли. 197
17.2.3.3. Литосфера — поверхность твердого тела Земли. 198
17.2.4. Биосфера как саморегулирующаяся система. 198
17.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОСНОГО И ЖИВОГО ВЕЩЕСТВ.. 199
17.3.2. Косное и живое вещества. 200
17.3.2.1. Круговорот органического вещества. 200
17.3.2.2. Формирование и эволюция биосферы.. 201
17.4. МНОГООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ— ОСНОВА ОРГАНИЗАЦИИ И УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ... 202
17,4.1. Распределение живого вещества. 203
17.4.2. Классификация живого вещества. 204
17.4.3. Миграция и распределение живого вещества. 205
17.4.4. Постоянство биомассы живого вещества. 206
17.4.5. Функции живого вещества в биосфере Земли. 206
17.5. ФАКТОРЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ В ПОЛЬЗУ ЗЕМНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ.. 207
17.6. КОСМОПЛАНЕТАРНЫЙ ХАРАКТЕР БИОСФЕРЫ... 208
17.6.1. Этап «химической эволюции». 208
17.6.2. Природно-радиационный фон. 208
17.6.3. Живое вещество как геологическая сила. 209
17.6.4. Влияние магнитных полей на космический характер биосферы.. 209
17.6.5. Компенсаторно-защитные функции биосферы.. 210
17.7. УЧЕНИЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО О ПРЕОБРАЗОВАНИИ БИОСФЕРЫ В НООСФЕРУ210
17.7.1. Ноосфера — сфера Разума. 211
17.7.1.1. Условия, необходимые для становления и существования ноосферы.. 211
17.7.1.2. Мировоззренческий смысл понятия «ноосфера». 213
17.7.1.3. Методологический смысл понятия «ноосфера». 214
17.7.2. Ноосфера и развитие общества. 215
17.8. ЕДИНАЯ КАРТИНА РАЗВИТИЯ МИРА.. 215
17.8.1. Биосфера и человек — самоорганизующиеся целостности. 216
17.8.2. Позиция универсального эволюционизма. 216
17.8.3. Ноосферный гуманизм и проблемы экологии. 217
ТЕМА 18. ЭКОЛОГИЯ. ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ.. 218
18.2.1. Законы экологии Коммонера. 219
18.2.2. Второе начало термодинамики и экология. 219
18.2.3. Взаимопронизывающие уровни метасистем.. 220
18.2.3.1. Уровень «человек — воздух». 220
18.2.3.2. Уровень «человек — вода». 222
18.2.3.3. Уровень «человек — почва». 224
18.2.4. Анализ законов экологии. 225
18.2.5. Дополнительные законы экологии. 225
18.3. ПРОБЛЕМА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ.. 225
18.3.1. Принципы охраны природы.. 226
18.3.2. Принципы защиты биосферы.. 226
18.3.3. Мероприятия по охране природы.. 227
18.3.3.1. Охрана земель и недр. 227
18.3.3.3. Охрана воздушной среды.. 228
18.3.3.4. Шумовые загрязнения. 229
18.3.3.5. Охрана растительности. 229
18.3.3.6. Охрана животных. 229
18.4. ЗАКОН НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ В ЭКОЛОГИИ.. 230
18.4.1. Проблема «человек — Вселенная». 230
18.4.2. Экология и культура. 230
18.4.3. Экология, право и мораль. 231
18.6. РЕСУРСНАЯ И БИОСФЕРНАЯ МОДЕЛИ РАЗВИТИЯ.. 234
18.6.2. Биосферная модель. 235
18.6.3. Виды воздействия на биосферу. 235
18.6.3.1. Сравнительная оценка разрушительного воздействия на биосферу различных стран235
18.7. МОДЕЛЬ УСТОЙЧИВОЙ МИРОВОЙ СИСТЕМЫ... 236
18.8. ПРОГНОЗЫ «РИМСКОГО КЛУБА». 236
ТЕМА 19. СОЦИАЛЬНО-ЭТИЧЕСКИЕ И ГУМАНИСТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ.. 238
19.1. СОЦИОЛОГИЯ И ЭТИКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ.. 239
19.2.2. Развитие генетики. 240
19.2.3. Основные понятия и термины современной генетики. 242
19.2.3.1. Механизм наследственности. 242
19.2.3.2. Формы изменчивости. 243
19.3. РАЗВИТИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ... 245
19.5. ПРОГРАММА «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА». 247
ТЕМА 20. ЧЕЛОВЕК: ФИЗИОЛОГИЯ, ЗДОРОВЬЕ, ЭМОЦИИ, ТВОРЧЕСТВО, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ. 249
20.2. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И МЕДИЦИНА.. 250
20.2.1. Здоровье человека. 251
20.2.2. Проблема болезни и здоровья. 252
20.2.3. Единство человека и природы.. 252
20.2.4. Валеология — новая наука о здоровье души и тела. 255
20.2.5. Валеологические уровни здоровья. 256
20.3. ЭМОЦИИ, ТВОРЧЕСТВО, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ. 257
20.3.1.1. Приспособительный характер эмоций. 257
20.3.1.2. Ориентировочный инстинкт эмоций. 258
20.3.1.4. Эмоции и общественное сознание человека. 260
20.3.3. Работоспособность. 261
20.3.4. Взаимосвязь здоровья, эмоций, творчества, работоспособности. 261
20.3.5. Самоактуализирующиеся личности. 261
20.4.1. Естественнонаучные данные о мозге человека. 263
20.4.3. Интеллект личности. 264
20.4.4. Информация и мозг. 265
20.4.5. Исследования в области человеческого мозга. 265
20.4.6. Моделирование функций человеческого мозга. 266
ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ.. 273
ВВЕДЕНИЕ
Современное человечество живет на грани тысячелетий, и уже одно это заставляет людей уделять больше внимания своему будущему и разумному осмыслению прошлого. Анализ проблем, волнующих человечество, показывает, что одной из важнейших стала проблема взаимодействия природы и общества. Противоречия между природой и обществом в условиях бурно развивающегося научно-технического прогресса (НТП) перерастают в антагонизм, угрожающий самой жизни на нашей планете.
Признаки глобального нравственно-экологического кризиса человечества, в котором оказался мир и следствием которого стали резкие нарушения экологического равновесия и несовместимость жизни человечества с созданной им средой обитания, ставят перед каждым конкретным человеком задачи овладения принципами управления своей жизнью, находящейся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, задачи рационального природопользования и освоения роли, места и значения человека в эволюции не только Земли, но и Космоса.
Достижения науки и техники создали у большинства людей представление об абсолютном превосходстве человека над природой. Космическая техника, наземный транспорт, успехи науки, позволившие получать новые вещества, не существовавшие до этого в природе, — все это усилило антропоцентризм по отношению к природе. Люди как бы стали забывать, что сами они — часть природы, биологический вид, жизнь которого определяется амплитудой природных условий, и все их могущество основано на использовании законов природы, вне которых развитие человеческой цивилизации невозможно.
Анализ барьеров, стоящих на пути выхода из кризиса, показывает, что самый главный из них — нравственно-психологический. Его преодоление состоит в освоении человечеством духовной структуры Вселенной, так как нравственность и бессмертие тесно связаны; в смене парадигм в социальной сфере и науке, разумном использовании законов природы.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
Цель данного курса состоит в том, чтобы через систему знаний о закономерностях и законах, действующих в природе, расширить представления студентов:
? о месте человека в эволюции Земли;
? о направлениях и путях развития в научно-технической и организационно-экономической сферах деятельности человека;
? об использовании новых подходов к достижению более высокого уровня выживания человечества в условиях надвигающейся экологической катастрофы.
В соответствии с поставленной целью данный курс имеет следующие задачи:
? ознакомить студентов с основными концепциями современного естествознания;
? дать слушателям представления о едином процессе развития, охватывающем неживую природу, живое вещество и общество; об уровнях организации материального мира и процессов, протекающих в нем, выступающих звеньями одной цепи;
? вооружить студентов знаниями закономерностей развития природы и общества;
? формировать умения и навыки практического использования достижений науки, ставящих конечной целью адаптацию человека к окружающей среде и достижение рационального природопользования;
? сориентировать в основных парадигмах единства материального и духовного миров;
? ознакомить с важнейшими приемами биоэтики;
? создать предпосылки для развития заложенного в каждом человеке интеллектуального потенциала, способствующего профессиональному и личностному росту и т.д.
Предлагаемый курс призван вооружить студентов знаниями, отвечающими современному уровню развития естествознания, давая логически обоснованную систему знаний. Здесь высказываются последние идеи, гипотезы, точки зрения на важнейшие вопросы современного естествознания.
Практика получения знаний в области естественных наук связана с умением применять эти знания, оперировать ими в своей повседневной деятельности. У студентов должно быть выработано оценочное отношение к тем или иным открытиям, они должны не столько пассивно воспринимать материал, но и стремиться обосновать факт появления тех или иных знаний о природе, выяснять, что они дают человечеству, на службу каких сил поставлены и тем самым выражать свою мировоззренческую позицию.
К концу курса у студентов должно быть выработано умение представлять знания как систему логически связанных общих и специальных положений науки, что дает им возможность лучше ориентироваться в сложных явлениях действительности и способствует формированию профессиональных качеств будущего специалиста.
Выводы, которые студенты смогут делать в процессе усвоения курса, должны быть не фактом механического заучивания, а плодом творческого мышления, что ведет к формированию общей культуры, более глубокому усвоению знаний, а значит, будет способствовать раскрытию физических и духовных резервов человека.
Изучение курса поможет студентам выработать активную жизненную позицию, повысит качество подготовки социально-активного специалиста, обладающего целостным научным мировоззрением, тем самым даст возможность оценивать последствия принимаемого решения, острее ощущать свою ответственность и солидарность в борьбе за сохранение жизни на нашей Земле, что будет способствовать успешной социальной адаптации.
ТЕМА 1. ПРЕДМЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ, ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ, ИСТОРИЯ, ПАНОРАМА И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
1.1. ПРЕДМЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ
Естествознание — совокупность наук о природе.
Наука — сфера человеческой деятельности, функция которой состоит в выработке и систематизации объективных знаний о действительности.
Непосредственная цель науки — описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, составляющих предмет ее изучения на основе открываемых ею законов.
Концепция — определенный способ понимания, трактовка каких-либо явлений, основная точка зрения.
Парадигма (от греч. paradeigma — пример, образец) — строго научная теория, господствующая в течение определенного исторического периода в научном обществе. Это модель постановки проблем, методов их исследования и решения.
Мировоззрение — система обобщенных взглядов на объективный мир и место человека в нем, на отношение человека к окружающей действительности и самому себе.
Предмет естествознания:
? различные формы движения материи в природе;
? лестница последовательных уровней организации материи и их взаимосвязи;
? основные формы всякого бытия — пространство и время;
? закономерная связь явлений природы как общего, так и специфического характера.
Цели естествознания:
? находить сущность явлений природы, их законы и на этой основе предвидеть или создавать новые явления;
? раскрывать возможности использования на практике познанных законов природы.
Можно сказать, что у естествознания есть ближайшая, или непосредственная, цель — это познание законов природы, а значит, и истины, и конечная цель — содействие практическому использованию этих законов. Таким образом, цели естествознания совпадают с целями самой человеческой деятельности.
1.2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
1.2.1 .Необходимость и случайность
История науки полна сообщений о случайных событиях: случайно были открыты гальванические элементы, радиоактивность, лучи Рентгена, радиоизлучение Галактики, пенициллин, фуксин, почти все химические элементы и многое другое. Более того: почти в каждом экспериментальном открытии есть элемент случайности.
Открытие есть обнаружение чего-то нового, неизвестного, необъяснимого, с точки зрения существующих научных представлений. Поэтому открытие и оказывается делом случая.
Но случайность и необходимость находятся в неразрывном единстве. В объективной действительности нет таких явлений, которые были бы только необходимыми или только случайными, которые были бы лишены случайных признаков или необходимой связи. Там, где есть необходимость, всегда есть и случайность и наоборот: случайность — это скрытая необходимость.
Необходимость вообще проявляется через массу случайностей, поэтому наличие случайностей того или иного рода в научных открытиях не может служить аргументом для отрицания закономерностей в развитии науки.
1.2.2. Причины, от которых зависит развитие науки
Развитие науки зависит от многих причин, среди которых можно выделить следующие:
? потребности материального производства;
? практические потребности общества;
? экономический строй;
? уровень развития культуры;
?
8
? формы общественного сознания;
? достигнутый уровень самой науки.
Значимость этих причин различна. Первичные знания возникали не из теоретических стремлений, а из непосредственных нужд и действий, как бы ощупью, без определенного плана. Поэтому их необходимо было привести в систему, установить связь и взаимосвязь явлений, простейшие закономерности.
Так возникли первые зачатки науки как особой отрасли умственной деятельности в рабовладельческих обществах древних Египта, Ассирии, Вавилонии, Греции, Рима.
Можно сказать, что наука зародилась в Древнем Риме в связи с потребностями общественной практики. В XVI— XVII вв. в ходе исторического развития наука превратилась в производительную силу и важнейший социальный статус, оказывающий влияние на все сферы общества. Объем научной деятельности с XVII в. удваивается примерно каждые 10—15 лет. Сюда входят рост открытий, число научных работников, объем научной информации.
1.2.3. Роль практики в развитии естествознания
Велика роль практики в развитии естествознания. Рассмотрим некоторые примеры, когда практические потребности привели к развитию той или иной области естествознания, а иногда даже вылились в целые научные направления.
1. Необходимость руководить земледелием, определять время начала земледельческих работ, потребности мореплавания, связанные с ориентацией ночью в длительных морских путешествиях требовали измерения времени, которое было связано с изучением видимого движения Солнца и других небесных светил. Это способствовало развитию астрономии.
2. Астрономия же может развиваться только используя знания математики, что выдвинуло вперед эту науку, причем прежде всего стали развиваться арифметика и элементарная геометрия. Строительство жилищ ставило перед геометрией практические задачи.
3. Человека и животных одолевали различные болезни, с которыми нужно было бороться. Это положило начало развитию медицины и ветеринарии.
4. В то же время успешное лечение болезней человека и животных было невозможно без знаний физиологии, анатомии, ботаники. Таким образом, медицина и ветеринария вызвали к жизни эти науки.
5. Для развития ремесел требовалась наука, которая исследовала бы свойства тел и формы проявления сил природы. Практические потребности, таким образом, стимулировали возникновение и развитие физики.
6. Техника производства часов требовала развития теории равномерного движения. Решение проблемы колебаний маятника было найдено X. Гюйгенсом и положило начало развитию теории колебаний.
7. Голландию можно считать страной, где зародилась такая наука, как гидростатика. В этой стране огромное количество озер и рек, поэтому гидротехнические сооружения имели здесь колоссальное значение. А сооружать порты, каналы, плотины невозможно было без знания законов и положений гидростатики.
8. Стремление получить совершенный тип парового двигателя привело к созданию паровой машины Уатта, а желание повысить коэффициент полезного действия (КПД) паровой машины послужило основой для развития термодинамики С. Карно.
9. Широкое распространение паровых машин оказало существенное влияние на открытие закона сохранения и превращения энергии.
10. Оптика тоже оказалась под сильным влиянием практических потребностей. С тех пор как Г.Галилей продемонстрировал значение зрительной трубы для мореплавания, эта область физики стала бурно развиваться. Были созданы бинокли. Желание заглянуть внутрь вещества способствовало появлению микроскопов, а стремление получше рассмотреть звезды — телескопов.
11. История науки убедительно доказывает, что как только обнаруживается практическая потребность того или иного открытия, сразу начинается интенсивное развитие соответствующей области науки. Так, например, исследование строения атома и атомного ядра шло сравнительно медленно до 1939 г. Итальянский физик Э. Ферми, впервые обнаруживший деление ядер урана, даже не заявил об открытии. Оно было сделано немецкими физиками О. Ганом и Ф. Штрассма-ном. Когда же обнаружилось, что можно использовать колоссальные запасы энергии, выделяющиеся при распаде атомных ядер для промышленных и военных целей, размах соответствующих исследований увеличился в десятки и сотни раз.
12. Огромная отрасль науки — кибернетика, основные принципы которой подробно изложены в ТЕМЕ 16 предлагаемого курса, — была создана не из чистой любознательности, хотя и вобрала в себя достижения логики. Во время второй мировой войны возникла необходимость наладить средства противовоздушной обороны (ПВО). Американцы поручили Н. Винеру и Дж. Биглоу изучить возможности автоматической регулировки стрельбы орудий ПВО. Решению этой проблемы и обязана своим появлением новая наука — кибернетика.
13. Роль практических потребностей велика в становлении химии. Металлургия и производство лекарств требовали бурного ее развития.
14. Изучение металлов стало вообще источником самых блестящих открытий. Решение проблем горения способствовало созданию целой новой отрасли знания — математической теории и физики горения и взрыва.
15. Развитие хлопчатобумажной промышленности связано с возникновением новых отраслей химической промышленности — производства серной кислоты, соды и хлора, которые были необходимы для обработки хлопка (серная кислота — для соды, а сода — для мыла, без которого невозможна промывка окрашенных тканей).
16. Создание взрывчатых веществ потребовало производ
ства азотной кислоты из чилийской селитры и сер
ной кислоты, следовательно, стали развиваться и эти
новые отрасли химической промышленности.
Однако не во всех науках, разумеется, можно обнару
жить столь очевидную зависимость от практических по
требностей.
Люди связаны определенными общественными условиями. Уровень социального развития общества ограничивает возможности ученого. Каждый исследователь — дитя своего времени, поэтому научные открытия совершались людьми, чьи мысли направлялись потребностями века.
Например, телефон не был создан раньше XIX в., так как в этом не было необходимости. Рыночные отношения, интенсивно развивающиеся в этом веке, требовали быстрой и качественной информации по телефонным каналам между абонентами, удаленными друг от друга практически на любое расстояние. В 1876 г. А.Г. Белл (США) изобрел телефонный аппарат, а первая телефонная станция была создана в 1878 г. в Нью-Хейвене. Таким образом, телефон был крайне необходим и не мог не появиться именно в это время.
Сегодня же одной телефонной связи недостаточно. Появление факсов, радиотелефонов, электронной почты, сотовой связи, сети «Интернет» также связано с потребностями получения быстрой и качественной информации. И этот процесс нельзя остановить: завтра могут появиться совершенно новые средства связи, обусловленные практическими потребностями.
1.2.4. Относительная самостоятельность в развитии науки
Относительная самостоятельность развития естествознания — не вьщумка философов, а закономерность его развития. Она находит свое выражение в стремлении к систематизации накопленного знания, упорядочению этих знаний. Практическое решение возникающих задач может быть осуществлено лишь по мере достижения определенных ступеней самого процесса познания природы.
Относительная самостоятельность развития естествознания проявляется в том, что сам процесс познания совершается от явлений — к сущности и от менее глубокой сущности — к более глубокой.
В науке одни научные идеи вытекают из других. Так, например, раз физики начали «ковыряться» в атомном ядре, это непременно привело бы к созданию атомной бомбы, что и наблюдалось в действительности.
Все физические теории в оптике связаны с развитием учения о природе света, которое прошло сложный и далеко не гладкий путь.
1. Первые теории о природе света были предложены И. Ньютоном (1672—1676 гг.) — свет как поток корпускул (частиц) — корпускулярная теория света, — и X. Гюйгенсом (1678 г.) — волновая теория света. Обе теории опирались на одни и те же факты, и каждая по своему, но одинаково хорошо объясняла их.
2. Изучение света привело к открытию явлений дифракции и интерференции света О. Френелем и Ара-го (1815—1818 гг.), которые склонили чашу весов в сторону волновой теории, так как хорошо объяснялись именно с этой точки зрения.
3. Исследования явления поляризации света и доказательство поперечности световых волн О. Френелем (1815—1821 гг.) также опирались на эту теорию. Впоследствии эти явления нашли широкое применение в науке и технике.
4. Однако открытие в 1887 г. Г. Герцем явления фотоэффекта и исследование его А. Г. Столетовым в 1888 г. показало, что первый закон фотоэффекта не может быть объяснен с волновой точки зрения.
5. В 1865 г. Дж. Максвелл установил электромагнитную природу света, в 1905 г. А. Эйнштейн создал квантовую теорию света. Обнаружение примерно в это же время Л. де Бройлем волновых свойств у элементарных частиц (дифракции электрона) позволило установить, что свет обладает двойственной природой, т.е. ему присущи и волновые и квантовые свойства, что получило название корпускулярно-волнового дуализма (см. ТЕМУ 3.8).
Таким образом, относительно независимые исследо вания привели к более глубокой сущности, но это был установлено не из потребностей производства, хотя в даль нейшем получило колоссальное применение, например, использование солнечных батарей в космосе основано на явлении фотоэффекта и т.п.
1.2.5. Преемственность в развитии идей и принципов естествознания
Помимо относительной самостоятельности развития науки существует проблема преемственности научных знаний. Наука — продукт деятельности многих поколений людей, она отражает преемственность в развитии материальной культуры. При этом содержание прежних знаний о природе получает дальнейшее развитие и обобщение.
Так, например, одно из основных положений моле-кулярно-кинетической теории во времена М. Ломоносова гласило: «Все вещества состоят из молекул и атомов». В дальнейшем ученые установили, что молекулы и атомы, в свою очередь, состоят из более мелких элементарных частиц и этот процесс деления все больше углубляется. То есть открытые в конце XIX — начале XX в. такие составные части атома, как электрон, протон, нейтрон, многими физиками рассматривались как абсолютно простые бесструктурные точечные образования, но дальнейшее развитие физики показало чрезвычайную сложность элементарных частиц.
Другой пример. В связи с новыми открытиями в области биологии, раскрытием молекулярных механизмов наследственности и изменчивости, объяснением роли нуклеиновых кислот потребовалось не только дополнение научного аппарата, но и уточнение некоторых теоретических положений о жизнедеятельности. Так было дополнено положение Ф. Энгельса о том, что жизнь есть способ существования не только белковых тел, но и нуклеиновых кислот.
Зададимся вопросом, что же и как использует наука из предыдущего опыта? Это:
? добытые факты;
? методы исследований;
? гипотезы, теории, понятия.
Наука развивает их дальше. Каждая наука опирается на законы (например, в основе динамики лежат три закона Ньютона); есть законы сохранения энергии, массы и т. д. (подробно этот материал рассмотрен в ТЕМЕ 10 настоящего курса). Эти законы неизбежно переносятся из одной системы в другую. А в новых системах появляются новые законы. Так, например, в микромире появляются законы сохранения спина, барионного, т. е. ядерного заряда, странности и т. п. (см. ТЕМУ 10.2.1.5).
Преемственность в развитии идей и принципов естествознания, теорий и понятий, методов и приемов исследования отражает неразрывность всего познания природы. Непонимание этого влечет за собой нигилистическое отношение к естествознанию предшествующих эпох, к утрате способности находить исторические корни современных воззрений.
При соблюдении принципов преемственности содержание прежних знаний о природе получает дальнейшее развитие и обобщение, преодолеваются прежние универсализация, абсолютизация законов и принципов, носящих в действительности лишь ограниченный характер.
1.2.6. Критика и борьба мнений в науке
Новые идеи, принципы, гипотезы, теории, законы не сразу утверждаются в науке и получают признание (вспомним, например, волновую и квантовую природу света И. Ньютона и X. Гюйгенса). Ученый не сразу находит искомое, идет не прямым путем, а преодолевает ряд заблуждений, ошибок, неправильных взглядов и, наконец, приходит к истине. Эти ошибки и заблуждения в процессе познания не только возможны, но и неизбежны. Никогда не ошибается только очень осторожный ученый, но зато он никогда и не открывает ничего нового.
Развитие техники и возникновение новых средств и методов исследования приводят к открытиям ранее неизвестных в науке явлений, фактов, не укладывающихся в рамки старых представлений. Поэтому необходимым условием развития естествознания является свобода критики, беспрепятственное обсуждение любых спорных вопросов, неясностей, открытое столкновение мнений с целью выяснения истины путем свободных дискуссий, что и способствует творческому решению возникающих проблем. Вот почему огромное значение имеют всякого ранга конференции, школы-семинары, где ученые обмениваются мнениями и сообщают о последних достижениях в той или иной отрасли знаний.
1.2.7. Интернациональный характер развития науки
Наука интернациональна по своим задачам и сущности, по тем задачам, которые перед ней стоят, и конечным целям. Она необходима для формирования мировоззрения.
Конечные цели науки:
? познавать мир;
? облегчать труд;
? улучшать условия жизни людей.
Естественно, что это не может касаться только одной страны. Это относится ко всем нациям в целом.
Свое мировоззрение, т.е. определенное представление о мире, человек формирует в своем сознании на основании знаний о мире, накопленных человечеством за всю историю своего существования, а также на основании личного опыта. Мировоззрение человека находится в постоянном развитии, оно может существенно меняться под влиянием открытий в области естественных и гуманитарных наук. Гуманистическое общество не предъявляет жестких требований к мировоззрению человека, считая это его личным делом. Во всем этом и проявляется интернациональный характер развития науки.
1.2.8. Взаимодействие естественных наук
Одной из закономерностей развития естествознания является взаимодействие естественных наук, взаимосвязь всех отраслей естествознания. Наука, таким образом, единое целое.
Главными путями взаимодействия являются следующие:
? изучение одного предмета одновременно несколькими науками (например, изучение человека);
? использование одной наукой знаний, полученных другими науками, например, достижения физики тесно связаны с развитием астрономии, химии, минералогии, математики и используют знания, полученные этими науками;
? использование методов одной науки для изучения объектов и процессов другой. Чисто физический метод — метод «меченых атомов» широко применяется в биологии, ботанике, медицине и т. д. Электронный микроскоп используется не только в физике: он необходим и для изучения вирусов. Явление парамагнитного резонанса находит применение во многих отраслях науки. Во многих живых объектах природой заложены чисто физические инструментарии, например, гремучая змея имеет орган, способный воспринимать инфракрасное излучение и улавливать изменения температуры на тысячную долю градуса; у летучей мыши есть ультразвуковой локатор, позволяющий ей ориентироваться в пространстве и не натыкаться на стены пещер, где она обычно обитает; мыши, птицы и многие животные улавливают инфразвуковые волны, распространяющиеся перед землетрясением, что побуждает их покидать опасный участок; буревестник же, наоборот, воспринимая волны низкой, инфразвуковой частоты, «гордо реет» над простором моря и т.д.;
? взаимодействие через технику и производство, осуществляемое там, где используются данные нескольких наук, например, в приборостроении, кораблестроении, космосе, автоматизации, военной промышленности и т.д.;
? взаимодействие через изучение общих свойств различных видов материи, ярким примером чему служит кибернетика — наука об управлении в сложных динамических системах любой природы (технических, биологических, экономических, социальных, административных и т. п.), использующих обратную связь. Процесс управления в них осуществляется в соответствии с поставленной задачей и происходит до тех пор, пока цель управления не окажется достигнутой (подробно этот материал изложен в ТЕМЕ 16).
1.2.9. Дифференциация и интеграция наук
В процессе развития человеческого познания наука все больше дифференцируется на отдельные отрасли, изучающие частные вопросы многогранной действительности. С другой стороны, наука вырабатывает единую картину мира, отражающую общие закономерности его развития, что приводит к более широкому синтезу наук, т.е. ко все более углубленному познанию природы.
Единство мира лежит в основе единства наук, к которому в конечном счете направлено развитие знания на каждом отдельном витке человеческого познания. Путь к единству наук лежит через интеграцию ее отдельных отраслей, что предполагает интеграцию различных теорий и методов исследования.
Таким образом, в процессе развития современных наук процессы дифференциации переплетаются с процессами интеграции наук: физика подразделяется на механику, а та, в свою очередь, на кинематику, динамику и статику; молекулярную, атомную, ядерную физику, термодинамику, электричество, магнетизм, оптику и т.д.; медицинские институты готовят врачей самых разных специальностей: терапевтов, хирургов, психиатров, кардиологов, окулистов, урологов и т.д. — спектр специализаций очень широк, но любой выпускник медицинского института — врач.
Дифференциация научного знания на отдельные области побуждает выявлять необходимые связи между ними. Возникает много пограничных наук, например, на границе между физикой и химией возникли новые отрасли науки: физхимия и химфизика (в Москве при Российской академии наук (РАН) есть институты физической химии и химической физики); на границе между биологией и химией — биохимия; биологией и физикой — биофизика. Отдельные области биологии и физиологии перекрещиваются с физиологией высшей нервной деятельности. А. Эйнштейн в свое время объединил в теории относительности положения неэвклидовой геометрии и механики. На границе между психологией и языкознанием была создана теория коммуникации, взявшая за основу теорию информации. Пересечение логики с математикой способствовало созданию математической логики; на основе языкознания и логики появилась новая наука — семиотика и т.д. Вышеперечисленное характеризует все более высокую степень синтеза между науками.
Эта тенденция в развитии научного знания трансформируется в постановку комплексных проблем, повсеместное распространение комплексных исследований, поиск путей синтеза методов познания окружающего мира. Но так как сами методы в качестве своих предельных теоретических оснований имеют принципы познания, задача сводится к выявлению объективной основы — интеграции принципов, которая с неизбежностью ведет к новым формам их синтеза. В силу единства науки интеграция принципов в одной из ее областей обязательно связана с интеграцией в другой.
Обобщая вышесказанное, можно констатировать тот факт, что дифференциация и интеграция естествознания — процесс незавершенный, открытый. Естествознание не является замкнутой системой, и вопрос о сущности естествознания с каждым новым открытием становится яснее.
1.2.10. Социальные функции естествознания
Рассматривая закономерности развития естествознания, нельзя обойти вопрос о социальной функции естествознания. Однако этот вопрос настолько глубок и обширен, что вынесен в отдельную лекцию и подробно рассмотрен в ТЕМЕ 19. Поэтому охарактеризуем пока кратко суть проблемы.
Опасные последствия использования достижений современного естествознания вынуждают многих исследователей задуматься над вопросами о социальной функции естествознания, роли ученого и научного познания в современном мире.
Все отчетливее становится понимание того непреложного факта, что если не будут в геометрической прогрессии возрастать социальная ответственность ученых, роль нравственного, этического начала в науке, то человечество, да и сама наука, не смогут развиваться даже в прогрессии арифметической.
Наука не развивается в социальном вакууме, она является особым социальным инструментом, предназначение которого — обслуживание человека, его потребностей. Это особенно относится к современной биологии, которая активно служит удовлетворению человеческих потребностей через комплекс сельскохозяйственных и медицинских дисциплин. Человек все в большей степени становится объектом исследования, открываются новые возможности управления процессами его жизнедеятельности.
Быстрое развитие генетики человека и все более широкое использование ее результатов в системе здравоохранения, а также прогресс исследований в области общей и особенно молекулярной генетики вызывают острые дискуссии относительно возможностей применения новых методов и путей воздействия на биологические основы жизни, развитие и здоровье отдельного человека и всего человечества (см. ТЕМУ 19.1, 19.2).
Во всем мире тратятся миллионы долларов на исследования генетики. В недалеком будущем такие болезни, как СПИД или рак, будут лечить с помощью генов. Можно будет продлить человеку жизнь и сделать его значительно здоровее, обеспечить с помощью клонирования человека донорскими органами. Но здесь, как у любой медали, — две стороны: вследствие лечения будет происходить накопление в генофонде нации плохого материала, так как чем активнее будут лечит человека, тем хуже будет генофонд.
Каждый ученый, работающий в области генетики, должен сегодня занять четкую позицию, ибо упование на более мудрые будущие поколения служит тем, кто призывает к антигуманному использованию возможностей генетики, пусть даже в современных условиях еще фактически не реализуемых. Говоря о будущем генетики, оценке ее общественной и идеологической значимости, необходимо помнить, что принципы и нормы любой морали отражают реальные потребности реальных людей.
Вопрос о том, какие цели следует ставить, осуществляя определенные меры с помощью общей генетики человека, какие интересы людей должны быть удовлетворены, благодаря этим мерам, будет возникать всегда, так как от его решения зависит направление и обоснованность соответствующих исследований конкретных генетических мер.
Одним из реальных направлений генетики человека является возможность заранее предугадать пол ребенка, но американские социологи подсчитали, что это может повлечь за собой одностороннее предпочтение мужского пола, что приведет, по самым осторожным оценкам, к избытку новорожденных мальчиков в 7% дополнительно к естественному их избытку в 2,5%.
К очень перспективным направлениям относится так называемая генная инженерия (см. ТЕМУ 19.4), предметом исследований которой является как организм в целом, так и его молекулярный уровень: хромосомный, клеточный, а также уровень тканей, организмов и популяций. Американский публицист и футуролог О. Тоффлер, обобщая прогнозы некоторых ученых, пишет: «Мы сможем выращивать детей со зрением или слухом гораздо выше нормы, с необычайной способностью к различению запахов, с повышенной мускульной системой и музыкальными талантами. Мы сможем создавать сексуальных суператлетов, девушек с макси-бюстом...» Конечно, недооценивать грядущие успехи генной инженерии нельзя, но хочется надеяться, что человечество отойдет от животноводческого подхода и не даст превратить себя в подопытное стадо. Использование достижений биологии, в частности возможности воздействовать на генетическую структуру организма, не должно иметь серьезных негативных последствий.
Новые возможности открываются также при исследовании мозга человека. Ученые обнаружили, что если стимулировать у человека определенную структуру мозга, то возможности памяти и интеллекта возрастают в два раза. Эти работы сразу же сделали секретными, так как это можно использовать только для лечения, а не для того, чтобы человек стал умнее (см. ТЕМУ 20.4.5), ведь за все в жизни надо платить и не известно еще, чем заплатит человечество за эти знания.
В целом же можно отметить, что наука развивается в гармонии с гуманистическими идеалами и целями социального прогресса. Однако развитие науки неоднозначно по своим последствиям для человека. Любые научные открытия, теории и идеи можно использовать и употреблять во вред человечеству (например, смертоносное термоядерное и бактериологическое оружие). Имеются реальные опасности негативных изменений психики и генетики, вообще здоровья человека. Острота этой проблемы объясняется не только опасностью все увеличивающегося воздействия на человека канцерогенных факторов, ионизирующих излучений, химических мутантов, вредящих здоровью человека. Увеличиваются также масштабы экспериментирования на человеке. Возникает все более реальная опасность манипулирования его генотипом.
Высокая сущность науки как орудия познания природы состоит не только в удовлетворении, но и в определении наших духовных потребностей. Этические принципы науки не должны поэтому рассматриваться отдельно от социальных факторов, отрываться от общих этических и гуманистических ценностей человечества.
Социально-этическое и гуманистическое регулирование науки, к которому наука и общество в целом приходят как к жизненной необходимости, может и должно стать новой, гуманистической основой современного этапа развития науки.
Социальная ответственность ученого и свобода научного поиска не исключают друг друга. Предложения и действия в области генной инженерии должны находиться под действенным контролем общества. Это необходимо для защиты наследственных основ человечества, являющихся уникальным продуктом развития материи.
1.3. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
На всех этапах развития человеческого познания наблюдается сложная взаимосвязь результатов философских и биологических исследований. Между философией и естествознанием всегда существовала тесная взаимосвязь, которая восходит своими истоками к глубокой древности — античному периоду становления науки.
, Первичное знание о мире, накопленное в течение многих столетий первобытно-родового общества, еще не включало в себя ни философии, ни естествознания, а являлось совокупностью эмпирических (от греч. empeiria — опыт) сведений, верований, мифов, устно передававшихся от поколения к поколению. С изобретением письменности и развитием материального производства темпы накопления знаний растут, и это приводит к возникновению науки, содержащей систему сведений и знаний о мире, а затем — к дифференциации наук.
Уже в Древней Греции в V—III вв. до н. э. наряду с философскими концепциями мироздания стали формироваться такие науки, как астрономия, математика (арифметика и геометрия в первую очередь), география, медицина, история.
Накапливались дифференцированные знания о практических сферах деятельности людей, таких как ведение сельского хозяйства, строительство, изготовление предметов быта, искусство военных операций и т.д. Вместе с тем изучались вопросы бытия и познания:
? какова сущность мира?
? в чем смысл жизни?
? познаваем ли мир и каковы законы и методы этого познания?
1.3.1. Натурфилософия как первая историческая форма знания
Первая историческая форма философского знания — натурфилософия, или философия природы, — сыграла значительную роль в становлении биологической науки. Благодаря материалистическому взгляду на природу, позволившему обобщить результаты человеческой практики, натурфилософия представляла собой целостное учение об окружающем мире, едином в своей сущности.
Древние философы (китайские, индийские, греческие) рассматривали в качестве материи какое-нибудь чувственно-конкретное вещество, которое они считали первоосновой всего сущего в мире. Сутью такого подхода явился поиск основы (субстанции) мира.
Субстрат — общая материальная основа всех процессов и явлений.
1.3.1.1. Естествознание VII-VI вв. до н. э.
Первые материалистические учения древности связаны с именами Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена.
Древнегреческий философ Фалес из Милета, живший в 640—564 до н. э., считал, что первоначалом всех вещей является вода и все произошедшее от нее наделено свойствами жизни, одушевлено. Мир, по его представлениям, возник из воды. Даже Земля, по его мнению, плавала в воде, подобно куску дерева. Принятие такого взгляда позволяет объяснить значение воды для жизни.
Фалес Милетский — философ, физик, математик, астроном — явился первым человеком в истории, который исследовал электрические явления, был автором нескольких геометрических теорем и в особенности их доказательств. Считается, что он был купцом, поддерживавшим оживленные связи между Грецией, ее колониями и Востоком, который много путешествовал, видимо, посетил Египет, где познакомился со знаниями египтян в таких науках, как математика и астрономия. Этот ученый данной эпохи предвидел солнечное затмение 585 до н. э., измерил высоту пирамиды, а также расстояния к недоступным предметам. Фалесу принадлежат первые сведения о том, что янтарь (по-греч. — «электрон») после трения приобретает свойства притягивать легкие тела, а также, что магнит может притягивать железо. Таким образом, круг вопросов, интересовавших его, был очень широк.
Анаксимандр — ученик Фалеса (640—547 до н. э.), древнегреческий философ, представитель милетской школы, автор первого философского сочинения на греческом языке «О природе». Первовещество он представлял себе более абстрактным, более неопределенным, бесконечным началом, или «апейроном», породившим и воздух и воду, в которой возникла жизнь. Им была высказана идея о происхождении человека «от животных другого вида» — рыб.
Представитель той же милетской школы, Анаксимен основой мироздания, или первоначалом всего, считал воздух, который явился, по его представлениям, источником не только жизни, но и психических явлений. Все вещи, по его мнению, происходили из воздуха за счет его сгущения и разряжения: воздушные испарения, поднимаясь вверх и разряжаясь, превращаются в огненные небесные светила и, наоборот, твердые вещества — земля, камни и т.п. — есть не что иное, как сгустившийся и застывший воздух. Воздух находится в непрерывном движении, которое мы воспринимаем в виде ветра, облаков, пламени. Значит, по Анаксимену, все вещи есть модификация воздуха, а воздух тогда — всеобщий субстрат вещей.
В рационалистическом отношении к внешнему миру первых греческих философов развивалось научное осмысление природы, общества, самой человеческой личности. В истории античной общественной мысли эта эпоха была отмечена решительным поворотом от преобладавшего ранее религиозно-мифологического восприятия к новому, научному его истолкованию.
1.3.1.2. Учение Гераклита об огне в виде первовещества
Идею о первовеществе глубоко развил Гераклит, считая, что таковым является не вода, воздух или апейрон, а огонь, ибо природа находится в вечном изменении, а из всех веществ наиболее изменчив именно огонь.
Гераклит (540—480 до н. э.) учил, что «мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим». Огонь, по Гераклиту, — это первовещество и первосила. Благодаря изменениям огня материя превращается в воду и землю, тем самым единое становится многим и всем. Этот процесс умирания огня Гераклит называет «путем вниз». Но «путь вверх и вниз один и тот же: одновременно из воды возникает огненный смерч, все становится единым, все вещи превращаются в огонь, он воспламеняется, рождается». Выбор в качестве первостихии огня у Гераклита мог быть предопределен распространенными народными представлениями о всесокрушающей силе огненной стихии. Свою роль здесь, как и далее в учении Гераклита о борьбе противоположностей, могли сыграть также идеи древневосточной, а именно — персидской религиозной философии, воплощением которой является солнечный бог Митра, обеспечивающий победу силам света в их борьбе с силами тьмы. Обоснованный выбор огня в качестве вечносущей, всепроникающей и наделенной способностью к развитию основы мира, по существу, является материальной первостихией, но в то же время соответствует духу ранней греческой философии, не лишенной некоторого мистического свойства.
Точное знание обогатилось тремя великими идеями Гераклита:
? идеей вечного движения;
? идеей единства Вселенной;
? идеей закономерности явлений.
Для биологии они впоследствии означали признание изменения живой природы, единство живых форм, закономерностей и явлений материального мира.
Мир существует в представлении Гераклита от века, но его существование связано с круговоротом материи: «Смерть земли — рождение воды, смерть воды — рождение воздуха, смерть воздуха — рождение огня и наоборот». Главным элементом, однако, всегда остается огонь, а далее огненное вещество в мире — товарная сущность. «Все обменивается на огонь и огонь — на все, подобно тому, как золото — на товары, а товары — на золото».
Великолепно сопоставление Гераклитом жизненного процесса с водным потоком:
«На входящих в ту же самую реку набегают все новые и новые волны»;
«В ту же реку мы вступаем и не вступаем, существуем и не существуем»;
«Нельзя в ту же реку войти дважды»;
«Рассеивается и вновь собирается, приходит и уходит»;
«Холодное нагревается, горячее охлаждается, влажное сохнет, сухое увлажняется» и т.д.
Изменение, по Гераклиту, является результатом борьбы противоположных начал. Жизнь и смерть — тоже непрерывно борющиеся противоположности. «Враждующее соединяется, из расходящихся — прекрасная гармония, и все происходит через борьбу... Бессмертные смертны, смертные бессмертны, смертью друг друга они живут, жизнью друг друга они умирают...». «Одно и то же живое и умершее, проснувшееся и сияющее, молодое и старое, ибо первое исчезает во втором, а второе — в первом». «Следует знать, — говорит Гераклит, — что борьба всеобща, что справедливость — в распре и что все рождается через распрю и по необходимости».
Борьба противоположностей, таким образом, составляет суть жизненного процесса, является стержнем существования, она оказывается той гармонией, на которой держится целое: «Противоречивость сближает, разнообразие порождает прекраснейшую гармонию, и все через распрю создается».
Венчает всю эту диалектическую конструкцию закономерное в этой связи утверждение об относительности всего сущего: «Прекраснейшая из обезьян безобразна, если ее сравнивать с родом человеческим». Но и человеку гордиться особо нечем: «Мудрейший из людей — обезьяна перед Богом как по мудрости, так и по виду и во всем другом».
Важнейшей частью учения Гераклита является учение о логосе, душе, Боге. Жизнь мира подчинена известной закономерности, которую он именует логосом (по-греч. «слово», «речь», а также «смысл», «разум»). Эта закономерность существует от века, раньше даже возникновения Земли. Она пронизывает весь космос, включая населяющих этот мир людей.
Душа мыслится у Гераклита как важнейшее одухотворяющее начало в человеке: «Душе смерть — воде рождение, воде смерть — земле рождение, из земли ведь вода рождается, а из воды — душа». Главное в учении Гераклита о душе состоит в установлении связи между душой человека и общим логосом, душа у него сопричастна последнему и этим объясняются неисчерпаемые потенциальные возможности человеческого разума. «Идя к пределам души, их не найдешь, даже если пройдешь весь путь: таким глубоким она обладает логосом. Душе присущ самообогащающийся логос». «Истинная мудрость, — указывает Гераклит, — состоит в постижении логоса, т.е. общей закономерности, направляющей жизнь космоса: ведь существует единственная мудрость: познать замысел, устроивший все через все». «Высшая мудрость заключается в постижении общего, в умении абстрагировать, а это, — как подчеркивает Гераклит, — сплошь и рядом не под силу даже философу». «Разумение — величайшая добродетель, а мудрость в том, чтобы говорить правду и действовать в согласии с природой, ей внимая».
Таким образом:
1. Гераклит первым протянул нити от жизни природы к жизни духа.
2. Гераклит развил цельный взгляд на природу мира и пронизывающую его закономерность.
1.3.1.3. Естествознание V в. до н. э. Учения философов Эмпедокла и Анаксагора
Конечно, трудно было представить, что в основе разнообразия вещей и процессов находится что-то одно. Поэтому впоследствии философы стали рассматривать в качестве первоосновы мира (материи) несколько веществ сразу.
Материалистические традиции философов VI в. до н. э. нашли свое продолжение в философских воззрениях V в. до н. э. Здесь необходимо выделить учение Эмпедокла о любви и вражде как основе существования всех веществ. Эмпедокл из Агригента (490—430 до н. э.) основу существования всех веществ видел в соединении и разложении четырех корней: огня, воздуха (эфира), воды и земли, которые осуществляются благодаря действию двух противоположных сил: любви и вражды. Первая стихия соединяет, а вторая — разъединяет. Их гармония приводит к устойчивому равновесию мира — Сферосу.
Эти четыре элемента: вода, земля, огонь и воздух являются корнями всех вещей, корни вечны, неизменны, не могут ни возникать из чего-то другого, ни переходить друг в друга. Все вещи получаются в результате соединения этих элементов в определенных пропорциях.
Эмпедокл высказал догадку об эволюции живых существ в результате естественного отбора. По мнению Эмпедокла, сначала возникают отдельные органы животных, затем они случайно соединяются между собой, в результате чего выживают те из животных, части которых оказались наиболее подходящими друг другу. Поэтому его можно считать отдаленным предшественником Ч. Дарвина, так как он пытался объяснить происхождение различных целесообразных форм живой природы путем борьбы и выживания наиболее приспособленных из них.
Анаксагор — первый крупный представитель философской мысли V в. до н. э. Анаксагор из Клазомен (в Малой Азии) (500—428 до н. э.) — известный государственный деятель древних Афин в период их расцвета. Движущей силой, обуславливающей соединение и разделение элементарных частиц, он считал ум, который представлял как тончайшее вещество. Он создал учение о частицах, которое впоследствии послужило основой возникновения атомистического материализма. Этот мыслитель древности считал, что человеческое тело, пища — все состоит из «семян», делимых до бесконечности частиц. В каждой вещи есть частица другой, в белом заключено черное, в черном — белое, в тяжелом — легкое и т.д. «Жизнь мира, — подчеркивал Анаксагор, — есть процесс». Он сделал первый шаг к признанию структурности, организованности мира. Укрепляясь по мере развития знаний о мире, оно наиболее прочное обоснование получило в атомистических представлениях древних философов.
1.3.1.4. Естествознание IV в. до н.э.
Идеи атомистического материализма
в учениях Левкиппа и Демокрита
Основные идеи атомистического материализма воплотились в изучении свойств живой природы древнегреческим ученым Левкиппом и его учеником Демокритом (IV в. до н. э.). Левкипп считается одним из создателей античной атомистики и известен в истории как учитель Демокрита. Демокрит был первым энциклопедическим умом среди греков. Его смелый взгляд на сущность природы предвосхитил на многие столетия развитие науки. Демокрит исходил из того, что в основе мироздания лежат атомы, которые неделимы, подвижны, отличаются по форме и положению в пространстве, что и определяет свойства вещей.
По Демокриту, существует два первоначала вещей: атомы и пустота, а бытие складывается из движущихся в пространстве атомов и пустоты. Атомы геометричны, например, душа состоит из круглых атомов. Они не подвергаются никакому воздействию извне, не способны ни к какому изменению, вечны и неуничтожимы. Они обладают определенными размерами, массой, могут сталкиваться, ударяясь друг о друга. Глазу атомы не видны. «Жизнь, — с точки зрения Демокрита, — это соединение атомов, смерть — их разложение». Душа тоже смертна, ибо ее атомы могут разлагаться. Из вихревого движения атомов происходит бесконечное множество «рождающихся и умирающих» миров, которые не сотворены богами, а возникают и уничтожаются естественным путем, по закону необходимости.
Свою теорию познания Демокрит основывал на предположении о том, что из тел истекают, отделяются легкие «оболочки» вещей, которые воздействуют на органы чувств. Знание посредством разума доходит до обнаружения атомов и пустоты. Продолжателями материализма Демокрита стали греческий философ Эпикур, а позднее — римский философ Лукреций.
1.3.1.5. Выделение медицины из натурфилософии и учение Гиппократа
В ходе развития научного знания общие представления о сущности жизни постепенно конкретизировались, в результате чего связь философии и специальных наук становилась более опосредованной. В V— IV в. до н. э. начинается выделение из натурфилософии медицины. Выдающийся врач античного мира Гиппократ (460—370 до н. э.) и его последователи призывали приступить к изучению конкретных явлений, поставляемых медицинской практикой, и отказаться от умозрительных заключений. Они накопили сведения о строении и функциях отдельных органов, внутренних и хирургических болезнях, способах их лечения, причинах болезней через призму представлений об основных силах природы.
Древнегреческий врач, реформатор античной медицины, Гиппократ, оставил труды, ставшие впоследствии основой дальнейшего развития клинической медицины, в которых отражены представления о целостности организма, индивидуальном подходе к больному и его лечению. С именем Гиппократа связано положение о высоком моральном облике и образе эстетического поведения врача. Сжатая формулировка моральных норм поведения врача изложена в тексте, называемом «клятвой Гиппократа», которую должны давать выпускники медицинских училищ и институтов.
1.3.1.6. Естествознание IV-III вв. до н. э. Учения Платона, Аристотеля, Теофраста
В IV—III вв. до н. э. формируются идеалистические представления. Выдающийся древнегреческий ученый Платон (428—348 до н. э.) создал учение о том, что все компоненты Вселенной упорядочил Бог. Он рассматривал материю как проекцию мира идей. Для того чтобы материя, по Платону, превратилась в реальность, в ней должна воплотиться какая-нибудь идея. Мир идей Платон считал первичным, а мир чувственных вещей — вторичным и производным. Вещи для Платона — лишь тени мира идей, т.е. предметы природы, например, дерево, лошадь, вода являются порождением потусторонней идеи дерева, идеи «лошадности» и т.п. Он утверждал, что чувства не могут быть источником истинного знания, поскольку они не выходят за пределы предметного мира. Источником истинного знания являются воспоминания бессмертной души человека о мире идей, созерцаемом ею до вселения в смертное тело.
Живой организм у Платона также создается из четырех компонентов: огня, воды, воздуха и земли, которые в нормальном организме характеризуются общими пропорциями, взаимосвязями. Платон создал также учение о насильственной и естественной смерти, которые затем, спустя более 20 веков развил И.И. Мечников. Сочинения Платона являются высокохудожественными диалогами. Важнейшие из них, касающиеся естествознания: «Федр» — учение об идеях; «Теэтет» — теория познания; «Тимей» — натурфилософия.
С именем Платона связан платонизм — направление в древнегреческой философии IV в. до н. э. В широком смысле платонизм — идеалистические течения в философии, находящиеся под влиянием Платона и в первую очередь, — его учения об идеях. Прямое или косвенное воздействие платонизма испытала вся европейская идеалистическая философия.
У последователя и ученика Платона Аристотеля (384—322 до н. э.) материя тоже существует как возможность реального мира, которая превращается в действительность только в результате его соединения с формой. Формы же в конечном итоге берут свое начало от Бога. Возможность реализации формы происходит благодаря движению и изменению, ведущим к определенной цели.
Аристотель родился в греческой колонии Стагира во Фракии в семье придворного врача Македонии. В возрасте 17 лет он отправился в Афины, в то время центр культуры и науки, где в Академии Платона в течение 20 лет, вплоть до смерти своего учителя, приобретал философские знания. В 343 до н. э. по приглашению царя Македонии Филиппа прибыл в столицу этой страны, чтобы учить и воспитывать его сына Александра, впоследствии одного из самых знаменитых полководцев древности — Александра Македонского.
С ранних лет Аристотеля интересовали явления природы. Кроме того, он увлекался почти всеми областями знаний своего времени и оставил много трудов по логике, психологии, истории, политике, этике, эстетике, зоологии, физике, географии, астрономии, ботанике, т.е. охватывал своим гениальным умом весь доступный круг знаний древнего мира в области естественных и гуманитарных наук.
Аристотель дал трактовку строения, развития и свойств организмов, поэтому по праву считается основателем биологической науки. Как уже отмечалось, каждая вещь, по Аристотелю, состоит из двух начал: материи и формы. Форма материализуется, материя формируется. Форма всех форм — мысль, разум, который «мыслит сам по себе», — это Бог, играющий роль двигателя мира, который един и вечен. Однако идеалистические воззрения сочетались у него с развитием точного знания. Он заложил основы зоологии, систематики животных, общей морфологии и сравнительной анатомии, а также развил идею Платона о связи строения и функций животных с их образом жизни.
Аристотелю принадлежит формулировка закона корреляции: «Природа не может одновременно направлять один и тот же материал в разные места. Расщедрившись в одном направлении, она экономит на других... Изменения в одном органе вызывают перемены в другом». У Аристотеля рассуждения о корреляции органов связаны с представлениями о целостности природы организмов.
Ученик и друг Аристотеля Теофраст (372—287 до н. э.) впервые систематизировал философские воззрения древнегреческих ученых от Фалеса до Платона, изложив их в 18 томах. Он создал ряд фундаментальных трудов, посвященных изучению жизни растений (к сожалению, все труды Аристотеля по ботанике не сохранились), и по праву является одним из первых ботаников древности. Теофраст — автор свыше 200 трудов по естествознанию (физике, минералогии, физиологии и др.), философии и психологии. Он создал классификацию растений, систематизировал накопленные наблюдения по морфологии, географии и медицинскому использованию растений. В отличие от Аристотеля, видевшего в природе целесообразность, Теофраст обнаружил в ней и бесполезные, вредные части организации, например, рудиментарные органы у животных. Он высказал также соображение, что большинство растений размножается посредством семян.
1.3.1.7. Философия Эпикура и Лукреция как завершение материалистических воззрений Древней Греции
Высшим этапом атомистического материализма была философия Эпикура (341—270 до н. э.), явившаяся завершением материалистических воззрений Древней Греции. В 306 до н. э. в Афинах он обосновал философскую школу. Философию Эпикур делил на физику (учение о природе), канонику (учение о познании) и этику. В физике Эпикур следовал атомистике Демокрита. Все существующее, по Эпикуру, есть результат движения и столкновения атомов, т.е., возрождая атомизм Демокрита, он внес в него оригинальные изменения, высказал гениальные догадки, подтвержденные дальнейшим развитием науки.
«Вселенная состоит из тел и пространства, в числе тел одни есть соединения, а другие — то, из чего состоят соединения. Эти последние неделимы и неизменяемы. Вселенная безгранична», — говорил Эпикур. В его воззрениях прослеживается связь со взглядами Демокрита, Гераклита, Аристотеля. Философские представления Эпикура о безграничности Вселенной лежат в основе его понимания жизни как безграничного явления.
Основой познания Эпикур признавал ощущения, которые сами по себе всегда истинны, так как исходят из объективной реальности. Ошибки возникают из истолкования ощущений. Утверждая материальность и смертность души, Эпикур выступает против невежества и суеверия, порождающих страх перед богами и смертью. Он признавал бытие блаженно-безразличных богов в пространстве между бесчисленными мирами, но отрицал их вмешательство в жизнь космоса и людей. Он также признавал вечность материи, обладающей внутренним источником движения.
Девиз Эпикура: «Живи уединенно». Цель жизни, по Эпикуру, — это отсутствие страданий, здоровье тела и безмятежное состояние духа. Для достижения счастья следует освободиться от предрассудков, овладеть знанием законов природы, которое освобождает от страха смерти, суеверий и религии вообще. Эпикур пытается построить этическую теорию разумного наслаждения, в основе которой лежит индивидуалистический идеал уклонения от страданий и достижение спокойного и радостного состояния духа.
Толкователем и популяризатором философии Эпикура был римский поэт и философ Лукреций (99—55 до н. э.). В своем произведении «О природе вещей» Лукреций в поэтической форме излагает философию атомистического материализма. В полном согласии с греческими философами Демокритом и Эпикуром он провозглашает основные положения материализма:
? в мире нет ничего, кроме вечно существующей, движущейся материи, состоящей из мелких, неделимых частей — атомов;
? Вселенная бесконечна и состоит из бесчисленных миров, вечно возникающих, развивающихся и гибнущих;
? из ничего не творится ничто по божественной воле.
Все разнообразие вещей в мире, по учению Лукреция, есть только разнообразие сцепления частиц материи, атомов. Уничтожение вещей есть только распад атомов. Основным условием образования вещей природы, по мысли Лукреция, является наличие пустоты. Материя и пустота составляют единство, без которого невозможно движение, а следовательно, сцепление и распад атомов.
Лукреций стоял на позициях познаваемости материального мира. Источником познания внешнего мира является чувственное восприятие. Будучи разнообразными по форме (круглые, угольные, шероховатые, гладкие и т.д.), атомы воздействуют на органы чувств, вызывая различные восприятия. Чувства служат как бы орудием мысли, без них невозможно познание.
Лукреций в поэме «О природе вещей», которая несколько раз издавалась на русском языке, большое внимание уделял описанию явлений природы: грому, молнии, дождю и т.д. Атомизм Лукреция содействовал распространению науки и оказывал огромное влияние на ее последующее развитие.
Кроме вышеизложенного Лукреций высказал ряд собственных оригинальных идей:
? раз Вселенная безгранична, значит, жизнь существует не только на Земле, но и в других мирах;
? признавал естественное происхождение живых существ, хотя считал, что все состоит из атомов:
? считал, что жизнестойкие организмы формируются не сразу, а проходят через стадии уродливых превращений, тем самым закладывал основу эволюционных воззрений на живую природу.
1.3.1.8. Средневековье и эпоха Возрождения
Господствующей философией в средние века была религия. Природа понималась как результат божественного творения. В средневековую эпоху природа и человек как бы уравновешиваются, так как все в руках Бога. В этой связи средневековая философия всегда противопоставляла природе, т.е. земному, некое абсолютное, духовное начало — Бога, стоящего и над природой и над людьми. Отношение людей средневековой эпохи к природе выражалось уже не как стремление слиться с ней, жить с ней в согласии, что было характерно для античной философии, а возвышением над ней, как чем-то неизменным.
Несогласных с догматами церкви именовали еретиками и в эпоху средневековья сжигали на кострах. Тем не менее уже в XIII в. Р. Бэкон заявил, что живые и неживые тела природы состоят из одних и тех же материальных частиц. Работы Р. Бэкона были опубликованы лишь в XVIII в., так как его идеи могли оказать нежелательное влияние на современников.
К XV—XVI вв. фактически заканчивается история средневековой философии и наступает так называемая эпоха Возрождения, в которой наблюдается обращение не только к проблемам человека, но и к развивающемуся естествознанию, заново осмысливаются космогонические проблемы. В эпоху Возрождения было воскрешено и развито то рациональное, что содержалось в трудах великих греческих философов.
Труды Николая Коперника, Галилео Галилея, Джордано Бруно и др. разрушили монопольное господство религиозных взглядов на мир.
Николай Коперник (1473—1543) — великий польский астроном, творец гелиоцентрической системы мира, а также теории о вращении Земли вокруг Солнца, о суточном вращении Земли вокруг своей оси, которая вступала в противоречие с существовавшими представлениями о Земле как избраннице Божией, стоящей, согласно схеме Птолемея, в центре мира.
Галилео Галилей (1564—1642) — великий итальянский астроном и физик, создатель основ механики, борец за передовое мировоззрение. Галилей развивал и защищал систему Коперника. Родился он в Арчетри, близ Флоренции, в семье купца. Отец хотел, чтобы он стал врачом, поэтому послал его в Пизу. В возрасте 25 лет Галилей стал профессором математики. Велики его заслуги в области астрономии:
? открыл 4 спутника Юпитера;
? открыл пятна на Солнце и кольца Сатурна;
? принял теории Коперника о строении Вселенной;
? считался «отцом» экспериментальной физики, так как верным считал только то, что может быть доказано опытным путем;
? единственным критерием истины считал чувственный опыт, практику.
Джордано Бруно (1548—1600) — итальянский ученый эпохи Возрождения, провозгласивший новое прогрессивное мировоззрение, за что был сожжен инквизицией на костре в Риме. Дополнил систему Коперника рядом новых положений:
? о существовании бесконечного количества миров;
? о том, что Солнце не является неподвижным, а меняет свое положение по отношению к звездам;
? о том, что атмосфера Земли вращается вместе с нею.
Главная идея Д. Бруно — идея о материальном единстве Вселенной как совокупности бесчисленных миров, таких же планетных систем, как наша. В познании при роды, считал Д. Бруно, наряду с опытом существенную роль должен играть человеческий разум, а величайшей задачей человеческого разума является познание законов природы.
Восточная культура — народов Кавказа, Средней Азии, арабов и др. — опережала в средние века, вплоть до XIII в., культуру Западной Европы. Передовых деятелей восточной культуры занимали вопросы естествознания, медицины, географии, техники. Арабы и близкие к ним по языку и культуре народы ввели в европейский обиход магнитную иглу, порох, бумагу и т. д. Наиболее передовые философы Востока, такие, как Ибн Сина (Авиценна), живший в Средней Азии и Иране, арабский философ и врач Ибн Рущд (Аверроэс), оказали сильное положительное влияние на западноевропейских мыслителей.
Эпоха Возрождения — это переходный период от средневековых воззрений к культуре нового времени. Идейное развитие стран Западной Европы различалось: в Италии эпоха Возрождения относится к XIV—XVI вв., в других странах — концу XV — началу XVII в.
Отличительной чертой эпохи Возрождения является гуманистическое мировоззрение. Творчество деятелей Возрождения проникнуто верой в безграничные возможности человека, его воли и разума. Пафос утверждения идеала гармоничной, раскрепощенной творческой личности, красоты и гармонии действительности, обращение к человеку как высшему началу бытия, ощущение цельности и стройности закономерности мироздания — все это придает творениям этой эпохи большую идейную значимость, величественность. Начиная с эпохи Возрождения, растет амбициозность человека по отношению к природе. Природа рассматривалась как некая инертная сила, требующая покорения, установления над нею господства разума. В соответствии с этой позицией, которая сохранилась вплоть до середины XX в., природа рассматривалась лишь как источник ресурсов для человека и место для его обитания. Ресурсы природы казались неисчерпаемыми, а следовательно, человеку нечего было ждать милостей у природы — взять их у нее — историческая миссия.
Из ученых этого периода необходимо выделить Леонардо да Винчи, который считал исходным пунктом познания опыт. Путь к истине, с его точки зрения, пролегает через синтез теории и практики, метод индукции должен дополняться дедукцией (дедукция — вывод по правилам логики; цепь умозаключений, звенья которой логически связаны; основное средство доказательства), анализ — синтезом. «Я хочу сначала установить факт, а затем доказать при содействии разума, почему этот факт такого, а не иного рода». Это и является тем методом, которым надо руководствоваться всякому исследователю явлений природы. Общепризнано, что применение таких методов познания природы берет свое начало от Р. Бэкона и Г. Галилея, но родоначальником этого этапа развития справедливо считается Леонардо да Винчи.
Гениальный итальянский ученый, художник, инженер, один из выдающихся представителей науки и искусства эпохи Возрождения, родился 15 апреля 1452 г. (умер в 1519 г.) в небольшом городе Винчи, откуда в 1469 г. семья переселилась во Флоренцию. Здесь юноша учился черчению, живописи, скульптуре, изучал основы математики, анатомии, астрономии. Полученные знания стали фундаментом его разнообразной деятельности. Он занимался геологией, ботаникой, анатомией человека и животных, механику называл «раем» математических наук. В механике был поклонником экспериментальных исследований, как уже отмечалось выше. Пытался построить летательные аппараты (среди сохранившихся рисунков были найдены эскизы парашютов и вертолета), занимался проектированием больших гидротехнических сооружений и конструкций, которые в те времена не были осуществлены.
Много внимания Леонардо да Винчи уделял проблемам оптики, был близок к формулировке волновой природы света. Он задумывался также над космогонией, вносил новаторские идеи.
Велики заслуги Леонардо да Винчи в области биологии: он открыл щитовидную железу, изучал связь нервов и мускулов, доказал, что большое количество свойств и их разнообразие — это признак совершенства, что потом развивалось Ч. Дарвином.
Обобщая вышесказанное, можно сказать, что эпоха Возрождения:
? выдвинула в качестве главного признака философствования гуманизм;
? поставила в центре своего внимания проблему человека.
Это привело к обновлению вопросов, продолжавших оставаться центральными на протяжении десятков и сотен лет:
? Каков путь познания?
? Какую роль играют разные методы и способы познания?
? Что важнее: эмпирический опыт или теоретическое знание?
1.3.1.9. Естествознание XVI-XVII вв.
На вышеперечисленные и подобные вопросы пытаются ответить в XVI—XVII вв. Ф. Бэкон и Р. Декарт.
Ф. Бэкон (1561—1626) положил начало науке, основанной на точных знаниях и эксперименте. Р. Декарт (1596—1650) в теории познания является основателем рационализма, сторонник дедуктивного метода познания.
Рационализм (от лат. rationalis — разумный) — направление в теории познания, признающее разум единственным источником точного, истинного знания в отличие от эмпиризма, считающего единственным источником познания чувственный опыт.
Виднейшими представителями рационализма были Р.Декарт и Б. Спиноза. Декарт, будучи родоначальником рационализма, обосновал всесилие разума, считал, что критерий истины — в разуме. В отличие от Ф. Бэкона, Р. Декарт полагал, что опытные данные о вещах часто бывают обманчивы, а дедукция, или чистый вывод одного из другого, проведенная разумом, никогда не может быть неверна.
Декарт считал, что, подобно тому, как математик силой ума решает математические задачи, так и философ может постичь истину одной лишь силой ума. Рационалисты видели идеал науки в математике, для них это была «чистая наука», якобы не зависящая от опыта. Спиноза тоже считал, что знания, получаемые из опыта, являются недостоверными, случайными, тогда как разум дает нам достоверное и необходимое знание.
Декарт признавал сомнения методом рассуждения, посредством которого можно избежать всяких предвзятых и привычных понятий и прийти к установлению достоверных истин. Он заявлял, что сомневается как в правильности наших представлений о мире, так и в существовании самого мира: «Я мыслю, следовательно, я существую». Отправляясь, таким образом, от факта существования своего собственного «Я», Декарт приходит к заключению о существовании всего остального мира. Он считал, что истина постигается непосредственно разумом, присущей ему интуицией, правильность же истины проверяется не практикой, а правильностью и четкостью наших понятий. Критерий истины, по мнению Декарта, находится не вне разума, а в нем самом.
Естествознание XVII в. характеризовалось формированием механистического подхода. Основы были заложены итальянским ученым Г. Галилеем, создавшим один из главных разделов механики — динамику (науку о вращении небесных тел), открывшим законы свободного падения тел, законы движения маятника. В конце XVII — начале XVIII в. перед И. Ньютоном встала задача описания законов механического движения, что им и было с блеском сделано. Естествознание этого периода было механическим, так как ко всем процессам природы применялся исключительно масштаб механики. Но уже в конце XVII — начале XVIII в. в математике И. Ньютоном и Г. Лейбницем создается анализ бесконечно малых, Р. Декартом — аналитическая геометрия, М.Ломоносовым развивается атомно-кинетическое учение, формируется идея развития в биологии К. Вольфом.
Революция в естествознании, которую принято связывать с именами Коперника, Галилея, Ньютона, способствовала возникновению научного метода, которому мы сегодня обязаны всеми достижениями науки и техники. Научный метод отражает фундаментальные особенности информационного анализа, осуществляемого мозгом, который определяет априорные границы развития науки в понимании Вселенной. Наука возникает как инструмент, позволяющий снимать природную ограниченность мозга. Мозг человека в отличие от мозга животного может производить новую информацию и делать альтернативные предсказания: появляется абстрактное мышление. Наука возникла тогда, когда стало очевидным, что полученный на основе представлений индивидуального мозга образ мира может быть ошибочным, а значит, будет мешать общественному прогрессу.
Одной из фундаментальных функций мозга (подробно о мозге см. ТЕМУ 20.4) является конструирование представлений об окружающей среде и соответствующих причинных взаимодействий внутри нее и использование этой информации для предсказания событий. Отсюда возникает физика как видоизменение этих естественных функций мозга. Это видоизменение было создано человеком для расширения и дополнения предсказательных функций и операций, присущих мозгу, которое снимает его природные и временные ограничения.
Становление теоретического естествознания, основанного на экспериментах и наблюдениях, начинается с XVII в. В XVII—XIX вв. бурно развиваются математика, астрономия, биология, другие естественные и гуманитарные науки, в расцвете находится натурфилософия.
Г. Лейбниц (1646—1716) стремился примирить религию и науку, объяснить бедствия, испытываемые людьми ссылкой на волю Бога. В основе природы, по Лейбницу, лежат самостоятельные духовные субстанции — «монады», являющиеся основой всех вещей, всей жизни. Верховная монада — Бог, творящий все бесконечное многообразие существующих монад, устанавливающий иерархию и связь между ними, образующую предустановленную гармонию. Поэтому, как утверждал Лейбниц, «все к лучшему в этом лучшем из миров». Неорганический мир представляет собой сочетание низших монад, человек является сочетанием высших монад. Вся природа, по Лейбницу, есть природа органическая, неживой природы нет.
Большие заслуги имеет Лейбниц в области математики. Независимо от Ньютона он создал дифференциальное и интегральное исчисление (анализ бесконечно малых), которое является мощным средством познания мира, так как позволяет естествознанию изображать не только состояния, но и процессы, а значит, движение. Лейбниц является основателем и с 1700 г. председателем Бранденбургского научного общества, позднее ставшего Берлинской академией наук. По просьбе Петра I им были разработаны проекты развития образования и государственного управления в России.
Лейбниц:
? вывел закон непрерывности — природа никогда не делает скачков, а развитие происходит непрерывно;
? разработал учение о лестнице существ — непрерывном ряде всех живых существ, которое в XVIII в. получило широкое распространение в биологической науке;
? высказал идею о единстве живого, которая в. дальнейшем послужила формированию эволюционного учения.
1.3.1.10. Естествознание XVIII в.
В этот период большое значение приобретает динамическая концепция материи как формы проявления активной энергии, вложенной Богом в момент создания мира, разработанная И. Кантом (1724—1804). Он сделал попытку подойти к природе с точки зрения ее развития, выдвинул гипотезу происхождения Солнечной системы из первоначальной туманности, т. е. явился одним из создателей первой космогонической теории. Он уже обратил внимание на то, что в картине мира, сложившейся в концу XVIII в., существует противоречие: Космос, Вселенная — сами по себе, а человек как феномен — сам по себе. Истинно научными считались лишь те знания, которые не зависели от человека, являвшегося лишь сторонним наблюдателем.
Во второй половине XVIII в. во Франции появляется новое течение, названное впоследствии французским материализмом, представители которого — выдающиеся ученые Дидро, Д'Аламбер, Лаплас — развили цельное понимание природы как движущейся материи, вечной во времени и бесконечной в пространстве, находящейся в постоянном саморазвитии в виде круговоротов и закономерно порождающей жизнь и разум на планетах, где для этого существуют благоприятные условия.
Д. Дидро (1713—1784) внес в материалистическое учение элементы диалектики, которую он понимал как объективное отражение диалектики природы. Идея развития и идея всеобщей связи — это в совокупности и есть диалектический взгляд на природу, и он логично приводит Дидро к выводу о взаимосвязи живых существ, а поэтому — к идее об их эволюции. Различие между человеком и животным Дидро видел в организации, присущей им, т.е. в определенном характере взаимосвязи элементов, из которых образуются тела природы. Представления об эволюции живых существ содержат и идею о выживаемости наиболее приспособленных форм, что является предвосхищением теории Ч. Дарвина о естественном отборе как механизме эволюции живой природы. Постепенно вывелись чудовища, исчезли все неудачные комбинации материи, а сохранились лишь те, строение которых не заключало в себе серьезного противоречия и которые могли существовать самостоятельно и продолжать свой род.
Д'Аламбер (1717—1783) — автор шеститомного труда по истории астрономии, почетный член Петербургской академии наук.
П. Лаплас (1749—1827) — французский астроном, математик, физик, автор классических трудов по теории вероятностей и небесной механике, в которой достиг выдающихся результатов, подытоженных в пятитомнике «Трактат о небесной механике». Сделал почти все то, что не смогли сделать его предшественники для объяснения движения тел Солнечной системы на основе закона всемирного тяготения. Лаплас решил сложные проблемы движения планет и их спутников, доказал устойчивость Солнечной системы в течение очень длительного времени и высказал гипотезу ее происхождения. Как председатель Палаты мер и весов активно внедрял в жизнь новую метрическую систему мер.
Аристократической реакцией на французский материализм явилась философия Г. Гегеля (1770—1831), которой он пытался нанести сокрушительный удар французскому материализму и реставрировать идеализм. Гегель предложил законы саморазвития и самопознания духа, но если теория не подходила под его трактовку, он ее отвергал. К. Маркс и Ф. Энгельс очистили ценные идеи Гегеля и спасли для немецкой философии сознательную диалектику. Учения Гегеля, Маркса, Энгельса подробнорассматриваются в курсе философии.
1.3.1.11. Выдающиеся открытия XIX в. и конец натурфилософии
Концепция единства и эволюции живой природы постепенно пробивала себе дорогу. Ряд великих открытий, сделанных в XIX в., послужил становлением исторического метода исследований. Они были представлены:
? законом сохранения энергии Джоуля, Гельмгольца;
? учением об электромагнитном поле М. Фарадея;
? разработкой клеточной теории Т. Шванна;
? созданием эволюционной теории Ч. Дарвина.
В XIX в. материалистическая натурфилософия находит свое отражение в трудах и исследованиях П. Лапласа, Дж. Дальтона, Л. Фейербаха, А.И. Герцена, Н.Г. Чернышевского, М. Фарадея, Дж. Максвелла, Ч. Дарвина, Л. Больцмана и др. Они разрабатывали философию понимания природы на основе данных и достижений науки и сами были авторами великих открытий и фундаментальных теорий. Для этого периода характерно, что новые естественнонаучные концепции сначала формулировались авторами в виде философских идей, а затем по мере их разработки, эмпирического и теоретического исследований превращались в конкретные научные теории.
Период натурфилософии можно считать законченным в середине XIX в. Ф. Энгельс (1820—1895), понимая ограниченность натурфилософии, ее неспособность дать естествознанию нужную методологию, в которой оно так нуждалось, приступает в 70-х гг. XIX в. к разработке труда «Диалектика природы», целью которой было сделать диалектико-материалистический анализ достижений науки в понимании природы, раскрытии всеобщих свойств и законов движения материи. Диалектико-материалис-тические воззрения Ф. Энгельса складывались под влиянием эволюционного учения Ч. Дарвина, благодаря которому в учении о науке сформировался, а затем и утвердился исторический метод исследования.
Ф. Энгельс не только по достоинству оценил три великих открытия XIX в. (закон сохранения и превращения энергии, теория клеточного строения организмов и эволюционная теория Ч. Дарвина), но и прозорливо определил тенденции развития науки в этих областях знания, что впоследствии получило блестящее подтверждение.
Если XVIII в. можно назвать веком И. Ньютона, то XIX в. — это век Ч. Дарвина. Создание эволюционной теории играет принципиальную роль для развития всего естествознания в целом. В этой связи к концу века происходит размежевание наук: возникают точное естествознание, к которому мы теперь относим физические и естественные науки, и в первую очередь — биологию, и науки об обществе, о его развитии, самом человеке. Но все эти науки развивались отдельно, так как считалось, что каждая из сфер нашего мира существует как бы сама по себе и подчиняется своим законам.
Но в том же XIX в. начали формироваться и иные тенденции. Во второй половине XIX в. в России возникает своеобразное умонастроение, называемое теперь «русским космизмом». Оно не было школой в научном понимании, а являлось именно умонастроением широких кругов демократической интеллигенции. В литературе было представлено Л.Н. Толстым, Ф.М. Достоевским, в философии — рядом таких блестящих умов, как П. Флоренский, В. Соловьев, Н. Федоров и многими другими. К течению «русского космизма» были близки и многие естествоиспытатели и ученые, такие как К.Э. Циолковский, Д.И. Менделеев, И.М. Сеченов и др. Суть этого учения и его основные черты:
1. Человек — это составная часть природы.
2. Человека и Природу следует не противопоставлять друг другу, а рассматривать в единстве.
3. Человек и все, что его окружает, — это части единого целого — Вселенной.
В этом контексте не так уж важно, что одни называют Богом, а другие — Вселенной.
Для русского естествознания второй половины XIX в. характерны рассмотрение любых фактов во всех их взаимосвязях, стремление к обобщающим схемам. Яркими примерами этому служат периодическая система Д.И. Менделеева, высказывание И.М. Сеченова о том, что человека нужно изучать в единстве его плоти, духа и окружающей среды, учение о ноосфере русского ученого В.И. Вернадского.
В рамках этого течения мысли зародилось понимание противоречия между Человеком и Природой, человеком и окружающей средой. И вместе с тем пришло понимание ответственности Разума за отыскание путей разрешения этого противоречия, а также того, что эти противоречия могут привести однажды к экологической катастрофе. В этой связи возникли идеи совершенства нравственного начала, создание некоего нового мирового правопорядка, актуальность которого возросла только в наши дни. Новый правопорядок и новая моральная основа человеческого общества — это необходимое условие дальнейшего развития цивилизации, всего человеческого рода (см. ТЕМУ 18.7). Нужны не слепое подчинение обстоятельствам и констатация фактов, а попытки конструктивного решения возникающих коллизий и всевозможных трудностей, попытки принять тот общепланетарный порядок, который необходим для продолжения развития цивилизации. Нужны новые знания и новая нравственность — вот основной мотив всего того направления мысли, которое получило название «русский космизм».
Необходимо также отметить, что представители этого направления полагали, будто мысль и сознание являются такой же принадлежностью природы, как и «звезды, Галактика, микробы, камни». Эта цельность восприятия мира оказала существенное влияние на развитие русской естественнонаучной мысли и послужила причиной того глубокого взаимопроникновения научной и философской мысли, которое наблюдалось в России во второй половине XIX в. Это привело к стремлению построить обобщающие, синтетические конструкции и схемы, что стало ведущей тенденцией развития русского естествознания этого периода. Ярким примером построения таких схем является знаменитая периодическая таблица элементов Д. Менделеева. Другой пример — высказывания И, Сеченова о том, что человека нужно изучать в единстве его плоти, духа и окружающей среды, которое опередило на многие десятилетия развитие физиологии не только в России. Десятком лет позже К. Маркс скажет, что в будущем все науки о природе и обществе должны будут слиться в единую науку о Человеке.
Таким образом, вместо исследовательской парадигмы, рожденной эпохой Просвещения, приходит понимание того, что Человек — активный фактор Природы, который не может быть сторонним наблюдателем. Даже в процессе изучения и наблюдения природных явлений человек может вносить в них необратимые изменения (например, катастрофическое «засорение» Космоса за счет исследовательской деятельности человека). Однако потребовалось еще много десятков лет, прежде чем эта интуитивная истина стала превращаться в строго научные утверждения.
1.3.3. Кризис в физике и нарушение прежних представлений
Конец XIX — начало XX в. характеризуется кризисом в физике, который сопровождался нарушением прежних представлений о строении материи, ее свойствах, формах движения и типах закономерностей.
Ряд выдающихся открытий в физике — рентгеновских лучей, радиоактивного излучения урана, электрона — опровергали сложившиеся представления о материи и ее формах. М. Планком была создана теория квантов и энергии микрообъектов, А. Эйнштейном вскрыта количественная связь между массой и энергией связи атомов.
Рухнуло основное положение атомистического материализма о неделимости и неуничтожимости атома. Однако тезис о том, что в связи с новыми открытиями в физике материя исчезла, был правомерно оспорен В.И. Лениным. Характеризуя подлинный смысл выражения «материя исчезла», В.И. Ленин доказал, что исчезла не материя, а тот предел, до которого эту материю знали.
Таким образом, с развитием естествознания происходит смена одного научного представления о материальном мире — одной парадигмы, т. е. стереотипа в понимании различных явлений (см. определение парадигмы в ТЕМЕ 1.1), — другим. В прошлом ученые общались редко, обмен научной информацией отсутствовал, но острая полемика в сфере науки была всегда.
Значение философского наследия В.И. Ленина для современного естествознания велико. Это огромное количество его трудов, среди них можно выделить такие как «Материализм и эмпириокритицизм», «Философские тетради», «О значении воинствующего материализма», «Карл Маркс» и др., которые подробно изучаются в курсе философии.
1.3.4. Ленинский принцип неисчерпаемости материи
Суть Ленинского принципа неисчерпаемости материи
состоит в его положении: «Электрон также неисчерпаем, как и атом. Природа бесконечна» (Полн. собр. соч. Т. 18. С. 277). Идея о неисчерпаемости материи — атома, электрона и других элементарных частиц — результат конкретизации основных положений о движении материи. Открытые в конце XIX — начале XX в. такие составные части атома, как электрон, протон, нейтрон, многими физиками рассматривались абсолютно простыми бесструктурными точечными образованиями, но дальнейшее развитие физики показало чрезвычайно сложный состав элементарных частиц. В настоящее время неисчерпаемость электрона и других материальных частиц становится метрологическим принципом в истолковании все более широкого круга явлений материального мира.
Методология — учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности.
Методология науки — учение о принципах построения, формах и способах научного познания.
Очевидно, что формирование новых теорий, воззрений и принципов в естествознании становится возможным лишь на основе методологии, которая наиболее полно и адекватно отражает явления материального мира.
1.3.4.1. Онтологическая сторона неисчерпаемости материи
Можно выделить две стороны неисчерпаемости материи: онтологическую и гносеологическую. Рассмотрим первую.
Онтология — учение о бытии, в котором исследуются всеобщие основы и принципы бытия, его структуры и закономерности.
Онтологическая сторона неисчерпаемости материи выражает неисчерпаемость материального мира самого по себе, т. е. бесконечность его структуры, свойств, связей, взаимодействий, существующих независимо от познающего субъекта. Неисчерпаемость материи в онтологическом смысле выражает:
? бесконечность всего многообразия природы, с одной стороны;
? бесконечность структуры вглубь любого конечного материального объекта, с другой стороны.
1.3.4.2. Гносеологическая сторона неисчерпаемости материи
Гносеология — теория познания — изучает закономерности и возможности познания, отношения знания к объективной реальности, исследует ступени и формы процесса познания, условия и критерии его достоверности и истинности.
Гносеологическая сторона неисчерпаемости материи включает в себя:
? признание принципиальной познаваемости внешнего мира, с одной стороны;
? утверждение о невозможности полного, абсолютного знания свойств и структуры материального мира на каждом данном этапе развития теории и практики, с другой стороны.
Познание — бесконечный процесс углубления наших знаний в сущность вещей, переход от одного уровня знания к другому.
Относительное, неполное знание шаг за шагом приближается к абсолютному, полному знанию.
Абсолютное познание является предельным состоянием бесконечно развивающейся вширь и вглубь науки. Научное познание, научные истины являются лишь приблизительным отражением действительности. На любой сколь угодно высокой ступени своего развития познание ограничено своими собственными достижениями. Даже общественная практика не является абсолютным критерием истины. Абсолютного критерия вообще не существует.
Характер разрешения противоречий между принципиальной возможностью исчерпывающего знания всех свойств и связей, наблюдаемых у явлений материального мира, и невозможностью этого абсолютного знания на каждом уровне развития науки лежит в представлении об идеализированных образах вещей, обладающих конечным числом свойств и конечной структурой. Например, в физике вводятся понятия абсолютно твердого тела, идеального газа, идеальной жидкости; разрабатываются для них теории и законы, а затем делаются поправки на реальные случаи. Этот же принцип используется при построении любых математических моделей, когда реальное число свойств ограничивается, но модели тем не менее хорошо «работают». Такая идеализация является необходимым условием познания свойств реальных вещей, так как каждый идеализированный образ более или менее точно и полно отражает свойства реальных вещей.
В завершении рассмотрения этого вопроса вернемся еще раз к неисчерпаемости электрона и атома. Ученые обнаруживают все новые и новые частицы, одни из которых живут долго по сравнению с человеческой жизнью, другие — доли секунды. Частицы могут трансформироваться, обнаруживать как корпускулярные, так и волновые свойства (см. ТЕМУ 3, 3.8, 3.9). Все это — исследование атома, которое сейчас уже не вызывает былого энтузиазма, а открытие новой частицы не делает сенсации.
Другое дело — Вселенная. Как зародилась наша Вселенная? Из чего и когда? Где конец и начало нашей Вселенной? На эти вопросы пытаются ответить физика, астрономия, астрофизика и др. Любое открытие или просто известие, касающееся этой темы, вызывает сенсацию. Следовательно, пока четкие границы Вселенной не обозначены и не доказаны, ее можно считать такой же неисчерпаемой, как и атом.
Таким образом, на макро- и микроуровнях, через онтологическую и гносеологическую теории мы приходим к выводу о неисчерпаемости материи, выступающей против догматизации и абсолютизации научного знания.
1.3.5. Новейшая революция в естествознании
Период новейшей революции в естествознании совпал с вступлением капитализма в стадию империализма. Новые потребности техники оказали стимулирующее воздействие на естествознание, приведшее к тому, что в середине 90-х гг. XIX в. началась новейшая революция в естествознании, главным образом в физике, и в ней можно выделить три этапа.
1. Первый этап новейшей революции в физике и во всем естествознании связан:
? с открытием электромагнитных волн Г. Герцем (1888 г.);
? с открытием светового давления П.Н. Лебедевым (1899 г.);
? с созданием теории относительности А. Эйнштейном (1905 г.);
? с изобретением радио А.С. Поповым (1895 г.);
? с возникновением в химии и биологии генетики на основе законов Г. Менделя (1856—1863 гг.);
? с созданием Н. Бором (1913—1921 гг.) на основе представлений об атоме и атомном ядре теории водородо-подобного атома, основанной на двух его постулатах (см. ТЕМУ 3, 3.5), которые позволили решить противоречия между классической физикой и вновь полученными экспериментальными данными и разработка которых велась в соответствии с периодической таблицей Д. Менделеева.
2. Второй этап новейшей революции в естествознании начался в середине 20-х гг. XX в. в связи:
? с возникновением квантовой механики (см. ТЕМУ 3.5),
? с сочетанием ее с теорией относительности;
? с образованием общей квантово-релятивистской концепции.
3. Началом третьего этапа новейшей революции в естествознании явились:
? первое овладение атомной энергией в результате от
крытия деления атомного ядра немецкими физиками О. Ганом и Ф. Штрассманом в 1938 г., за что они были удостоены Нобелевской премии по химии в 1946 г.;
? последующие исследования (1940—1947 гг.), с которыми связано зарождение ЭВМ и новой науки — кибернетики (см. ТЕМУ 16.1.1.1)
Полное развитие этот этап получил в середине XX в. Его отличительной особенностью является то, что наряду с физикой теперь в естествознании лидирует целая группа отраслей:
? химия (особенно микрохимия, химия полимеров);
? биология (особенно генетика, молекулярная биология);
? кибернетика;
? космонавтика и др.
ТЕМА 2. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ
Очень многие вопросы, касающиеся естественнонаучной теории, уже косвенно изложены в предыдущей теме, в содержание которой они органически вливаются. Поэтому в данной теме рассмотрены только те вопросы, которые удалось выделить из предыдущей темы.
2.1. НАУЧНАЯ ТЕОРИЯ. ОСНОВНАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ
Наука (см. ТЕМУ 1.1) включает в себя как деятельность по получению нового знания, так и ее результат — сумму знаний, лежащих в основе научной картины мира.
Задача науки состоит в объяснении наиболее общих количественно-формулируемых законов природы. Действием таких законов можно объяснить все явления, которые привычны и, казалось бы, не нуждаются в объяснении.
Метод науки — способ изучения реальной действительности; общие, необходимые принципы, на которых базируется данная наука.
Методика — путь исследования, теория, учение.
Теоретическое знание — основная форма знания. В нем собраны фундаментальные знания об изучаемом объекте.
Фактологическое знание — эта форма присуща любому виду знаний и не является научной. Его цель — описание форм проявления объектов такими, какими они предстают в чувственном восприятии, а также классификация и систематизация по определенным признакам.
Эмпиризм (от греч. empeiria — опыт) — философское направление, признающее чувственный опыт единственным источником знаний, наиболее достоверным.
Гипотеза — мнение о действительном положении вещей, выработанное под строгим надзором разума.
Научная теория — знания, опирающиеся на определенную научную форму и содержащие методы объяснения и предсказания некоторой предметной области. Форма достоверного научного знания о некоторой совокупности объектов, представляющая собой целостную систему утверждений и доказательств. Это отражение основных законов природы. Для науки характерны:
? диалектическое, т. е. отражающее развитие и всеобщую связь, сочетание процессов;
? дифференциация и интеграция (см. ТЕМУ 1.2.9);
? развитие фундаментальных и прикладных исследований.
В развитии науки чередуются экстенсивные (связанные с увеличением объема исследований, расширением их) и революционные периоды — целые научные революции, приводящие к изменению структуры науки и принципов ее познания, категорий, методов и форм ее организации.
2.2. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ ТЕОРИИ
Структура (от лат. structura — строение, расположение, порядок) — совокупность устойчивых связей элементов. Структура — это относительно устойчивое единство элементов и их отношений в целостном объеме (см. ТЕМУ 5, 5.1, 5.2). Через понятие «структура» можно изучать чрезвычайно широкий круг явлений как материального, так и духовного миров. Структура является одним из аспектов понятия «система», если под системой понимается любой аспект науки.
2.2.1. Структура естественнонаучной теории
Для построения естественнонаучной теории необходимо:
1. Иметь определенный круг (банк) экспериментальных данных.
2. Выбрать различие опытных данных и экспериментальных закономерностей и создать на их основе модели и теории.
3. Осуществлять обратную связь между моделью и экспериментальными данными.
4. Сделать качественные выводы и сравнить их с экспериментальными данными.
5. Осуществлять корректировку модели.
6. Обязательно перевести модель на язык математики.
7. Провести аналогию с какой-либо теорией, выявить аналогичные связи, обнаруженные между экспериментальными закономерностями.
8. Определить физический смысл вводимых понятий. Все физические теории носят модельный характер и
требуют доказательства теоремы существования.
2.2.2. Основные способы построения естественнонаучной теории
Можно выделить два основных способа построения естественнонаучной теории:
1. Способ, связанный с предварительным построением модели из чувственно-наглядных элементов с последующим построением знаковой модели. Для реализации этого способа необходимо иметь банк экспериментальных данных, на основании которых строится математическая модель (см. ТЕМУ 2.2.1).
2. Способ, основанный на первоначальном построении знаковой модели с последующим нахождением ее физического смысла или практического применения (например, все прикладные вопросы математики).
Структура построения любой естественнонаучной теории определяется двумя основными факторами:
? выбором тех или иных основных посылок;
? типом логического вывода.
Если начальные положения неверны, то теория обречена на неудачу. Так, например, ошибались создатели космогонических теорий, беря за начало отсчета центр мира — Землю или Солнце. Результаты исследований должны быть завершены логическими выводами.
Процесс создания единой картины мира, интегрирующей данные различных наук, далеко не закончен. В настоящее время в сфере знания функционируют частные картины мира: физика, химия, биология и т. д., причем наиболее разработана картина мира, описывающая физическую реальность. Анализ категорий пространства и времени (см. ТЕМУ 15), с точки зрения их вхождения в различные естественнонаучные теории, даст возможность нащупать наиболее общие черты будущей естественнонаучной картины мира. Подходя к процессу познания как к единой картине знаний, нужно научиться представлять знания как систему, логически связывать общие и специфические закономерности и положения.
Культура (от лат. cultura — возделывание, воспитание, образование, развитие, почитание) — определенный уровень развития общества, творческих сил и способностей человека, выраженный в типах и формах организации жизни и деятельности людей, а также в создаваемых ими материальных и духовных ценностях.
В более узком смысле слово «культура» означает сферу духовной жизни людей. Она включает в себя предметные результаты деятельности человека, а также человеческие силы и способности, реализуемые в деятельности (знания, умения, навыки, уровень интеллекта, нравственного и эстетического развития, мировоззрение, способы и формы общения людей).
Каждая общественно-экономическая формация характеризуется определенным типом культуры, который меняется с переходом от одной общественно-экономической формации к другой; при этом наследуется все ценное из прошлого.
Развитие культуры, а значит, развитие любого общества зависит от множества факторов: производственно-экономических, социальных, политических, этнических, идеологических и т. д. Но всегда творцом культуры остается живой человек.
Процессы овладения культурой новыми поколениями и механизмы их приобщения к достижениям культуры изучаются специалистами. В настоящее время выявлено три типа трансляции культуры:
1. Способ приобщения культуры через обучение старшими поколениями младших. Этот тип культуры достаточно консервативен и господствует в традиционных обществах. Здесь люди неохотно включаются в процессы нововведений, не любят самостоятельности и инициативы. Творчество здесь не связано с созданием чего-то принципиального.
2. Обучение взрослых и детей у своих сверстников. В этом случае новации и нововведения, самостоятельное творчество характерны для людей любого поколения. При этом типе культуры формируется высокий творческий потенциал общества. Именно такая передача культурных достижений свойственна всем великим цивилизациям Земли. 3. Приобщение к культуре, когда старшие поколения учатся у своих детей. Молодежь значительно легче схватывает новшества, она не отягощена грузом прошлого опыта, ее характеризует склонность к переменам и у нее достаточно высоко развит творческий потенциал (подростки, например, гораздо быстрее осваивают компьютер, чем люди старшего поколения; то же относится и к современной радио-, теле-и видеопродукции). К такому виду культур переходит все большее количество народов, в том числе и Россия делает шаги в направлении от традиционной трансляции культуры к формированию современного творческого потенциала.
Интересен взгляд современных исследователей: они рассматривают цивилизацию как нечто внешнее по отношению к человеку, противостоящее ему и на него воздействующее, в то время как культура всегда является внутренним достоянием человека, показывает меру его развития и служит как бы символом его духовного богатства. Сегодня все больше приверженцев получает триада: «человек, человечество, человечность», т. е. все определеннее проявляется стремление уравнять ритмы истории и ритмы жизни человека и человечества, приподнять ценности гуманизма. В настоящее время коренные изменения в культуре происходят на протяжении жизни уже одного поколения. Потеря национального культурного разнообразия равноценна утрате разнообразия генетического и очень опасна для будущего человечества. Люди должны научиться жить вместе, что может стать основой новой морали и новых отношений в мире человечества. Единство человечества и национальное разнообразие — две стороны одной и той же медали.
2.4. ЕСТЕСТВЕННАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ
Развитие физики, биологии, общественных наук дало нам необозримое множество факторов, которые невозможно охватить единым взглядом. Ученые, работающие в близких областях, перестают понимать друг друга. Можно ли с этой точки зрения говорить о физиках, экономистах, юристах, биологах и т. д. как о представителях единой культуры, вносящих вклад в общую цивилизацию?
Английский физик, философ и романист Чарльз Сноу говорил, что в мире существует две культуры — естественников и гуманитариев (вспомним деление на «физиков и лириков» в 60- и 70-х гт. XX в.). Между ними образовалась пропасть, которая все время углубляется и расширяется, так как духовное и физическое необъединимы.
Без высокого профессионализма, конкретных детальных знаний дальнейшие исследования могут исчерпать себя. Но необходим и комплексный разноплановый анализ, опирающийся на данные различных наук, требующий синтеза знаний, появления единых точек зрения. Этот процесс приводит не только к объединению различных дисциплин, развитию конкретных областей знаний, но и к новому, целостному видению мира. И оно не менее необходимо для человека, чем конкретные знания конкретных наук.
Истоки нашей европейской цивилизации лежат в античной Греции, создавшей культуру, обладающую удивительной целостностью и единством. Древним эллинам удалось не только выжить и выстоять в окружении более богатых и могущественных народов, но и оказаться родоначальниками того рационального гуманизма, который сегодня определяет черты европейской культуры.
Греки обладали на редкость целостным и ясным миропониманием: был Космос, Небо, там жили боги. Боги вмешивались в судьбы людей, готовы были им помогать, были очень похожи на людей. Боги могли даже поднимать людей на небо и делать их равными себе, но могли и карать, хотя их никогда не покидал дух доброжелательства.
В эпоху средневековья влияние античного мира, связь с греческой культурой не прерывались. В эту эпоху появились готика, иконы Рублева, сохранилось аристотелевское видение мира, т. е. того неразрывного единства, где живут вместе и Бог, и Космос, и Человек.
С возникновением научного метода единый и цельный мир распался: человек оказался изъятым из него. Космос стал жить сам по себе, а Человек с его непредсказуемостью, с его духовным миром — сам по себе. Эпоха Просвещения довершила эту разобщенность. Мир человека и общества, созданного им, мир неживой материи и живого вещества никак не были связаны в сознании ученых. Научные дисциплины в этих трех сферах знания еще долгое время жили самостоятельной жизнью. Чтобы воспроизвести единую, цельную картину мира не хватало эмпирического материала. Таким связующим звеном стало в начале XX в. учение В.И. Вернадского о ноосфере, потребовавшее обобщения огромного эмпирического материала, но этому посвящена целая тема (см. ТЕМУ 17).
ТЕМА 3. КОРПУСКУЛЯРНАЯ И КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ ПРИРОДЫ
Одним из наиболее важных и существенных вопро сов как философии, так и естествознания является про блема материи. Представления о строении материи на ходят свое выражение в борьбе двух концепций: прерывности (дискретности) — корпускулярная концепция, и непрерывности (континуальности) — континуальная концепция. С ними тесно связаны проблемы взаимодействия материальных объектов, которые проявлялись как концепция дальнодействия (передача действия без физической среды) и концепция близкодействия (передача действия от точки к точке).
Концепция прерывности была создана И. Ньютоном Подход Ньютона определил исходное положение атомиз ма, который основывался на признании дальнодействующих сил.
В натурфилософии, подробно рассмотренной в ТЕМЕ 1.3.1, выделяется материалистическая направленность выдающихся мыслителей древности. Атомизм, основу которого представляла проблема материи:
? упоминается в учении о частицах, созданном Анаксагором в V в. до н. э.(см. ТЕМУ 1.3.1.3);
? нашел свое отражение в трудах видных представителей атомизма древности Демокрита и Левкиппа (см. ТЕМУ 1.3.1.4). Из вихря атомов, по Демокриту, образуются как отдельные тела, так и бесчисленные миры;
? последователями этих учений были Эпикур и Лукреций (см. ТЕМУ 1.3.1.7). Древнегреческий поэт и философ Лукреций, популяризатор учения Эпикура, создал дидактическую поэму «О природе вещей», — единственное полностью сохранившееся систематическое изложение материалистической философии древности. Философия Эпикура явилась высшим этапом развития атомистического материализма и завершением материалистических воззрений древнегреческой философии.
Общая тенденция атомистики выражалась в стремлении свести все многообразие свойств материальных объектов к ограниченному числу исходных объективных свойств и закономерностей элементарных материальных частиц.
Основополагающими признаками атомистики явились:
? неизменность атомов (т.е. несотворимость и неуничтожимость материи);
? противопоставление атомов пустому пространству (признание объективности пространства и движения).
Классическая механика XVII—XVIII вв. явилась дальнейшей разработкой атомистики. И. Ньютон в 1672— 1676 гг. распространил атомистику на световые явления и создал корпускулярную теорию света. Свет он считал потоком корпускул (частиц), однако на разных этапах рассматривал и возможность существования волновых свойств света, в частности, в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую природу света. По своему мировоззрению И. Ньютон был вторым после Р. Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании XVII—XVIII вв. Р. Декарт (см. ТЕМУ 1.3.1.9) стремился построить общую картину природы, в которой все явления природы объяснялись как результат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи.
Недостатки механистической атомистики:
? отсутствие достоверного экспериментального материала;
? не являлась достаточно обоснованной естественнонаучной теорией;
? атомы рассматривались как частицы, лишенные возможности превращения;
? единственной формой движения принималось механическое движение;
? стремилась все явления природы рассматривать как модификацию механического движения.
3.3. СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМА
Сокрушительный удар по принципам механицизма был нанесен открытиями XIX—XX вв.:
? открытием рентгеновских лучей и радиоактивного излучения в 1896 г. А. Беккерелем и исследованием его в 1898 г. П. Кюри и М. Склодовской-Кюри. Радиоактивный распад показал, что радиоактивность не связана с внешними, механическими воздействиями, а определяется внутренними процессами, проявляющимися в виде статистических закономерностей;
? созданием теории электромагнитного поля Дж. Максвеллом (1860-1865 гг.);
? открытием явления электромагнитной индукции М. Фарадеем (1831 г.). Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала XX в. М. Фарадей и Дж. Максвелл впервые обнаружили ее непригодность и неприменимость к электромагнитным явлениям;
? экспериментальным доказательством делимости атомов и открытием электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном (1897 г.), за что он был удостоен Нобелевской премии в 1906 г. В 1903 г. им была предложена одна из первых моделей атома, согласно которой атом представлял собой положительно заряженную сферу с вкрапленными в нее электронами (п добно булке с изюмом). В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд, проводил пыты по рассеянию альфа-частиц атомами различных элементов, установил наличие в атоме плотного ядра диаметром около 10—12 см, заряженного положительно, и предложил для объяснения этих экспериментов планетарную модель атома. Модель подчинялась классической механике (движение ядра и электронов) и классической электродинамике (взаимодействие частиц). Электроны в этой модели, подобно планетам Солнечной системы, вращались вокруг ядра. Состояние атомов в классической физике определяется заданием координаты и скорости его составных частиц, т. е. можно получить мгновенный снимок его строения. Однако это противоречило экспериментальным данным.
3.4. ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО УРОВНЯ РАЗВИТИЯ АТОМИЗМА
Противоречия между существовавшими представлениями классической физики и экспериментальными данными, полученными Э. Резерфордом, были решены в 1913 г. датским ученым Н. Бором, который сделал вывод о необходимости принятия принципиально новой теории — квантовой — для построения модели атома. Применимость квантовых представлений и разработка квантовой теории Н. Бором создали возможность систематизировать и объяснить огромный экспериментальный материал. Постулаты Бора правильно отражали закономерности движения частиц и давали возможность подойти к раскрытию внутренних процессов атома. Однако у теории Бора были недостатки:
1. Постулаты Бора являлись гениальной догадкой.
2. Рассматривая орбиты, Бор пользовался методами классической физики, а объяснял излучение с квантовой точки зрения, т. е. использовал как классические, так и квантовые представления.
3. Постулаты были промежуточной фазой между классической и квантовой механикой, которая была сформирована в 20-х гг. XX в.
Значение теории Бора:
? показала неправомерность абсолютизации классических принципов в физике;
? вскрыла ограниченность ньютоновских представлений;
? убедила научный мир в том, что господствующая физическая теория дает приблизительное, относительно верное описание явлений действительности и в процессе развития науки будет неизменно обогащаться, уточняться, полнее отражать действительность, способствуя созданию более последовательных фундаментальных теорий.
Это не означает, что отжившая теория теряет всякую научную ценность. Возникшая новая теория определяет границы применимости старой теории, т. е. указывает рамки ее применимости, использования и получения значительного научного эффекта.
Все это относится к теории Бора, так как она создала предпосылки для создания нового, более высокого уровня развития атомизма — квантовой теории атомных процессов.
3.5. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА
Квантовая теория строения атома — это определенный раздел квантовой механики, объясняющий разнообразие свойств мельчайших частиц вещества. Основоположники ее — австрийский физик-теоретик Э. Шредин-гер, французский физик Л. де Бройль и немецкий физик-теоретик В. Гейзенберг — показали наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, которые определяли характер современного атомизма:
? корпускулярно-волновой природы элементарных частиц;
? то, что волновые характеристики — это различные проявления единого материального образования. Исследования Л. де Бройля показали, что квантово-
механическая природа есть у всех видов материи. Классическая механика исключала возможность дифракции электрона, протона, нейтрона, а экспериментальные данные подтвердили гипотезу де Бройля и определили новый подход к пониманию процессов микромира.
Совершенно новыми оказались и свойства объектов современной атомистики. Принятые в классической механике понятия, характеризующие положение частицы в пространстве и ее движение, теряют теперь всякий смысл. В классической физике траектория давала возможность описать путь, она могла быть представлена в виде линии. В современном атомизме частицы не имеют траектории: можно лишь указать область пространства, в котором имеется определенная вероятность обнаружить частицу.
3.6. СУЩЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в.
К существенным особенностям атомизма XX в. можно отнести следующие:
1. Состояние частицы не может быть определено классическими понятиями.
2. Вводится волновая функция, дающая полное кванто-во-механическое описание физического состояния частицы.
3. Обнаруживается всеобщая взаимопревращаемость элементарных частиц, обоснованная огромным экспериментальным материалом, которая выражает взаимную связь и взаимопревращение объектов микромира и свидетельствует о качественном многообразии форм материи и их взаимообусловленности.
Таким образом, открытие квантово-механических свойств привело к переосмыслению соотношения дискретности и непрерывности.
Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении материи были односторонними и не давали возможности объяснить ряд экспериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. теория электромагнитного поля показала, что признанная концепция не может быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М. Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле — это самостоятельная физическая реальность.
Таким образом, в науке произошла определенная переоценка основополагающих принципов, в результате которой обоснованное И. Ньютоном дальнодействие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретности выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электромагнитных полях.
Вся обстановка в науке в начале XX в. складывалась так, что представления о дискретности и непрерывности материи получили свое четкое выражение в двух видах материи: веществе и поле, различие между которыми явно фиксировалось на уровне явлений микромира. Однако дальнейшее развитие науки в 20-е гг. показало, что такое противопоставление является весьма условным.
3.8. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ
В 1900 г. М. Планк показал, что энергия излучения или поглощения электромагнитных волн не может иметь произвольные значения, а кратна энергии кванта, т.е. волновой процесс приобретает окраску дискретности. Идея Планка о дискретной природе света получили свое подтверждение в области фотоэффекта. Де Бройль открыл примерно в это же время у частиц волновые свойства (дифракция электрона).
Таким образом, частицы неотделимы от создаваемых ими полей и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства. В этой неразрывной связи частиц и полей можно видеть одно из наиболее важных проявлений единства прерывности и непрерывности в структуре материи.
Для характеристики прерывного и непрерывного в структуре материи следует также упомянуть единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов представляет собой одно из фундаментальных противоречий современной физики и конкретизируется в процессе дальнейшего познания микроявлений. Изучение процессов макромира показали, что прерывность и непрерывность существуют в виде единого взаимосвязанного процесса. При определенных условиях макромира микрообъект может трансформироваться в частицу или поле и проявлять соответствующие им свойства.
В соответствии с достижениями квантовой физики основополагающим понятием современного атомизма является понятие элементарной частицы, но им присущи такие свойства, которые не имели ничего общего с атомизмом древности.
Развитие физики микромира показало неисчерпаемость свойств элементарных частиц и их взаимодействий. Все частицы, имеющие достаточно большую энергию, способны к взаимопревращениям, но при соблюдении ряда законов сохранения. Число известных элементарных частиц постоянно растет и превышает уже 300 разновидностей, включая неустойчивые резонансные состояния. Важнейшим свойством частицы является ее масса покоя. По этому свойству частицы делятся на 4 группы:
1. Легкие частицы — лептоны (фотон, электрон, позитрон). Фотоны не имеют массы покоя.
2. Частицы средней массы — мезоны (мю-мезон, пи-мезон).
3. Тяжелые частицы — барионы. К ним относятся нуклоны — составные части ядра: протоны и нейтроны. Протон — самый легкий барион.
4. Сверхтяжелые — гипероны. Устойчивых разновидностей немного:
? фотоны (кванты электромагнитного излучения);
? гравитоны (гипотетические кванты гравитационного поля);
? электроны;
? позитроны (античастицы электронов);
? протоны и антипротоны;
? нейтроны;
? нейтрино — самая загадочная из всех элементарных частиц.
Нейтрино было открыто в 1956 г., тогда как название его было дано в 1933 г. Э. Ферми, а гипотезу о его существовании высказал в 1930 г. швейцарский физик В. Паули. Нейтрино играет большую роль в космических процессах во всей эволюции материи во Вселенной. Время их жизни практически бесконечно. По подсчетам ученых, нейтрино уносят значительную долю излучаемой звездами энергии. Наше Солнце теряет за счет излучения нейтрино примерно 7% энергии, на каждый квадратный сантиметр Земли перпендикулярно солнечным лучам ежесекундно падает примерно 300 миллионов нейтрино. Однако они не регистрируются нашими органами чувств и приборами ввиду их слабого взаимодействия с веществом. Дальнейшая судьба этого излучения неизвестна, но, очевидно, нейтрино должно вновь включиться в круговорот материи в природе. Скорость распространения нейтрино равна скорости света в вакууме.
Особенностью элементарных частиц является то, что большинство из них могут возникать при столкновении с другими частицами достаточно высокой энергии: протон большой энергии превращается в нейтрон с испусканием пи-мезона. При этом элементарные частицы распадаются на другие: нейтрон — на электрон, протон и антинейтрино, а нейтральный пи-мезон — на два фотона. Пи-мезоны, таким образом, являются квантами ядерного поля, объединяющими нуклоны и ядра.
В ходе развития науки открываются все новые свойства элементарных частиц. Взаимная обусловленносто свойств частиц свидетельствует о сложной их природе, наличии многогранных связей и отношений. В зависимости от специфики элементарной частицы может появиться тот или иной вид взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое. Сильное взаимодействие обуславливается ядерными силами, оно обеспечивает устойчивость атомных ядер. Электромагнитные взаимодействия, слабые взаимодействия — в процессах распада нейтронов, радиоактивных ядер и предполагают участие в этих взаимодействиях нейтрино. Слабые взаимодействия в 1010—1012 раз слабее сильных. Этот вид взаимодействий в настоящее время достаточно хорошо изучен.
У большинства элементарных частиц есть античастицы, отличающиеся противоположными знаками электрических зарядов и магнитных моментов: антипротоны, антинейтроны и т.д. Из античастиц могут быть образованы устойчивые атомные ядра и антивещество, подчиняющееся тем же законам движения, что и обычное вещество. В больших количествах антивещество в космосе не обнаружено, поэтому существование «антимира», т.е. галактик из антивещества является проблематичным.
Таким образом, с каждым новым открытием строение микромира уточняется и оказывается все более сложным. Чем глубже мы уходим в него, тем больше новых свойств обнаруживает наука.
1. Наука идет по пути дальнейшего познавания все новых свойств неисчерпаемости материального мира.
2. Современный атомизм обогащает и конкретизирует такие основные категории, как единство мира, неисчерпаемость материи, всеобщая взаимосвязь и взаимодействие материальных объектов и т.п.
ТЕМА 4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРЫ
4.1. МАТЕРИЯ. ВСЕОБЩИЕ АТРИБУТЫ МАТЕРИИ
Слово «материя» многозначно. В быту им пользуются для обозначения той или иной ткани. Иногда придают иронический смысл, говоря о «высокой материи». Человека окружает множество различных вещей и процессов: животные и растения, машины и инструменты, химические соединения, произведения искусства, явления природы и т.д. Современная астрономия сообщает, что видимая Вселенная насчитывает сотни тысяч звезд, звездных туманностей и других небесных тел. У всех предметов и явлений, несмотря на их разнообразие, есть общая черта: все они существуют вне сознания человека и независимо от него, т.е. являются материальными. Люди открывают все новые и новые свойства природных тел и процессов, производят бесконечное множество несуществующих в природе вещей, следовательно, материя, как уже отмечалось выше, неисчерпаема.
Из свойств материальных объектов можно выделить всеобщие, универсальные, называемые атрибутами. К всеобщим атрибутам материи относятся: связь, взаимодействие, движение, пространство и время, структурность, системная организация, вечность во времени, структурная и пространственная бесконечность, способность к саморазвитию, отражение, единство прерывности и непрерывности, о котором говорилось выше.
Материя и ее атрибуты несотворимы и неуничтожимы, существуют вечно и бесконечно разнообразны по форме своих проявлений. Все явления в мире обусловлены естественными материальными связями и взаимодействиями, причинными отношениями и законами природы. В этом смысле в мире нет ничего сверхъестественного и противостоящего материи. Человеческая психика и сознание тоже определяются материальными процессами в мозгу человека и являются высшей формой отражения внешнего мира.
4.2. СТРУКТУРА И СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ
Структурность и системная организация материи относятся к числу ее важнейших атрибутов, выражают упорядоченность существования материи и те конкретные формы, в которых она проявляется.
Под структурой материи обычно понимают ее строение в макромире, т.е. существование в виде молекул, атомов, элементарных частиц и т.д. Это связано с тем, что человек является макроскопическим существом и для него привычными являются макроскопические масштабы, поэтому понятие структуры ассоциируется обычно с различными микрообъектами.
Но если рассматривать материю в целом, то понятие структуры материи будет охватывать также макроскопические тела, все космические системы мегамира, причем в любых сколь угодно больших пространственно-временных масштабах. С этой точки зрения, понятие «структура» проявляется в том, что она существует в виде бесконечного многообразия целостных систем, тесно взаимосвязанных между собой, а также в упорядоченности строения каждой системы. Такая структура бесконечна в количественном и качественном отношениях.
4.2.2. Структурная бесконечность материи
Проявлениями структурной бесконечности материи выступают:
? неисчерпаемость объектов и процессов микромира;
? бесконечность пространства и времени;
? бесконечность изменений и развития процессов.
Из всего многообразия форм объективной реальности эмпирически доступной всегда остается лишь конечная область материального мира, которая ныне простирается в масштабах от 10-15 до 1028 см, а во времени — до 2х109 лет.
4.3. СИСТЕМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КАК АТРИБУТ МАТЕРИИ
Структурность и системная организация материи относятся к числу важнейших ее атрибутов. Они выражают упорядоченность существования материи и те ее конкретные формы, в которых она проявляется.
Материальный мир един: мы подразумеваем, что все его части — от неодушевленных предметов до живых существ, от небесных тел до человека как члена общества — так или иначе связаны.
Системой является то, что определенным образом связано между собой и подчинено соответствующим законам.
Системы бывают объективно существующие и теоретические, или концептуальные, т.е. существующие лишь в сознании человека.
Система — это внутреннее или внешнее упорядоченное множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов.
Упорядоченность множества подразумевает наличие закономерных отношений между элементами системы, которое проявляется в виде законов структурной организации. Внутренняя упорядоченность имеется у всех природных систем, возникающих в результате взаимодействия тел и естественного саморазвития материи. Внешняя характерна для созданных человеком искусственных систем: технических, производственных, концептуальных и т.п.
4.4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ
Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.
Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:
? пространственно-временные масштабы;
? совокупность важнейших свойств;
? специфические законы движения;
? степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;
? некоторые другие признаки.
4.4.1. Микро-, макро- и мегамиры
Известные в настоящее время структурные уровни материи могут быть выделены по вышеперечисленным признакам в следующие области.
1. Микромир. Сюда относятся:
? частицы элементарные и ядра атомов — область порядка 10-15 см;
? атомы и молекулы 10-8 —10-7 см.
2. Макромир: макроскопические тела 10-6 —107 см.
3. Мегамир: космические системы и неограниченные масштабы до 1028 см.
Разные уровни материи характеризуются разными типами связей.
1. В масштабах 10-13 см — сильные взаимодействия, целостность ядра обеспечивается ядерными силами.
2. Целостность атомов, молекул, макротел обеспечивают электромагнитные силы.
3. В космических масштабах — гравитационные силы.
С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитное взаимодействие в атоме будет в 1039 больше, а взаимодействие между нуклонами — составляющими ядро
частицами — в 1041 раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.
Деление материи на структурные уровни носит относительный характер. В доступных пространственно-временных масштабах структурность материи проявляется в ее системной организации, существовании в виде множества иерархически взаимодействующих систем, начиная от элементарных частиц и кончая Метагалактикой.
Говоря о структурности — внутренней расчлененности материального бытия, можно отметить, что сколь бы ни был широк диапазон мировидения науки, он тесно связан с обнаружением все новых и новых структурных образований. Например, если раньше взгляд на Вселенную замыкался Галактикой, затем расширился до системы галактик, то теперь изучается Метагалактика как особая система со специфическими законами, внутренними и внешними взаимодействиями.
4.4.2. Структурные уровни различных сфер
В современной науке широко используется метод структурного анализа, при котором учитывается системность исследуемых объектов. Ведь структурность — это внутренняя расчлененность материального бытия, способ существования материи. Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо вида и характеризуются особым способом взаимодействия между составляющими их элементами, применительно к трем основным сферам объективной действительности эти уровни выглядят следующим образом.
| СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ МАТЕРИИ | |||
№ п/п |
Неорганическая природа | Живая природа | Общество |
| 1 | Субмикроэлементарный | Биологический макромоле- кулярный |
Индивид |
| 2 | Микроэлементарный | Клеточный | Семья |
| 3 | Ядерный | Микроорганический | Коллективы |
| 4 | Атомарный | Органы и ткани | Большие социальные группы (классы, нации) |
| 5 | Молекулярный | Организм в целом | Государство (гражданское общество) |
| 6. | Макроуровень | Популяции | Системы государств |
| 7 | Мегауровень (планеты, звездно-планетные системы, галактики) | Биоценоз | Человечество в целом |
| 8 | Метауровень (метагалактики) | Биосфера | Ноосфера |
Каждая из сфер объективной действительности включает в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Внутри этих уровней доминирующими являются координационные отношения, а между уровнями — субординационные.
Системное исследование материальных объектов предполагает не только установление способов описания отношений, связей и структуры множества элементов, но и выделение тех из них, которые являются системообразующими, т.е. обеспечивают обособленное функционирование и развитие системы. Системный подход к материальным образованиям предполагает возможность понимания рассматриваемой системы более высокого уровня. Для системы обычно характерна иерархичность строения, т.е. последовательное включение системы более низкого уровня в систему более высокого уровня.
Таким образом, в структуру материи на уровне неживой природы (неорганической) входят элементарные частицы, атомы, молекулы (объекты микромира, макротела и объекты мегамира: планеты, галактики, системы метагалактик и т.д.). Метагалактику часто отождествляют со всей Вселенной, но Вселенная понимается в предельно широком смысле этого слова, она тождественна всему материальному миру и движущейся материи, которая может включать в себя множество метагалактик и других космических систем.
Живая природа также структурирована. В ней выделены уровень биологический и уровень социальный. Биологический уровень включает подуровни:
? макромолекул (нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, белки);
? клеточный уровень;
? микроорганический (одноклеточные организмы);
? органов и тканей организма в целом;
? популяционный;
? биоценозный;
? биосферный.
Основными понятиями данного уровня на последних трех подуровнях являются понятия биотоп, биоценоз, биосфера, требующие пояснения.
Биотоп — совокупность (сообщество) особей одного и того же вида (например, стая волков), которые могут скрещиваться и воспроизводить себе подобных (популяции).
Биоценоз — совокупность популяций организмов, при которых продукты жизнедеятельности одних являются условиями существования других организмов, населяющих участок суши или воды.
Биосфера — глобальная система жизни, та часть географической среды (нижняя часть атмосферы, верхняя часть литосферы и гидросферы), которая является средой обитания живых организмов, обеспечивая необходимые для их выживания условия (температуру, почву и т.п.), образованная в результате взаимодействия биоценозов (см. ТЕМУ 17.2).
Общая основа жизни на биологическом уровне — органический метаболизм (обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой) — проявляется на любом из выделенных подуровней:
? на уровне организмов обмен веществ означает ассимиляцию и диссимиляцию при посредстве внутриклеточных превращений;
? на уровне экосистем (биоценоза) он состоит из цепи превращений вещества, первоначально ассимилированного организмами-производителями при посредстве организмов-потребителей и организмов-разрушителей, относящихся к разным видам;
? на уровне биосферы происходит глобальный круговорот вещества и энергии при непосредственном участи факторов космического масштаба.
На определенном этапе развития биосферы возникают особые популяции живых существ, которые, благодаря своей способности к труду образовали своеобразный уровень — социальный. Социальная действительность в структурном аспекте разделяется на подуровни: индивидов, семьи, различных коллективов (производственных), социальных групп и т.д.
Структурный уровень социальной деятельности находится в неоднозначно-линейных связях между собой (например, уровень наций и уровень государств). Переплетение разных уровней в рамках общества порождает представление о господстве случайности и хаотичности в социальной деятельности. Но внимательный анализ обнаруживает наличие в нем фундаментальных структур — главных сфер общественной жизни, которыми являются материально-производственная, социальная, политическая, духовная сферы, имеющие свои законы и структуры. Все они в определенном смысле субординированы в составе общественно-экономической формации, глубоко структурированы и обуславливают генетическое единство общественного развития в целом.
Таким образом, любая из трех областей материальной действительности образуется из ряда специфических структурных уровней, которые находятся в строгой упорядоченности в составе той или иной области действительности.
Переход от одной области к другой связан с усложнением и увеличением множества образованных факторов, обеспечивающих целостность систем. Внутри каждого из структурных уровней существуют отношения субординации (молекулярный уровень включает атомарный, а не наоборот). Закономерности новых уровней несводимы к закономерностям уровней, на базе которых они возникли, и являются ведущими для данного уровня организации материи. Структурная организация, т.е. системность, является способом существования материи.
ТЕМА 5. СТРУКТУРА И ЕЕ РОЛЬ В ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Система — это комплекс элементов, находящихся во взаимодействии. В переводе с греческого это целое, составленное из частей, соединение.
Претерпев длительную историческую эволюцию, понятие система с середины XX в. становится одним из ключевых научных понятий.
Первичные представления о системе возникли в античной философии как упорядоченность и ценность бытия. Понятие система сейчас имеет чрезвычайно широкую область применения: практически каждый объект может быть рассмотрен как система.
Каждая система характеризуется не только наличием связей и отношений между образующими ее элементами, но и неразрывным единством с окружающей средой.
Можно выделить различные типы систем:
? по характеру связи между частями и целым — неорганические и органические;
? по формам движения материи — механические, физические, химические, физико-химические;
? по отношению к движению — статистические и динамические;
? по видам изменений — нефункциональные, функциональные, развивающиеся;
? по характеру обмена со средой — открытые и закрытые;
? по степени организации — простые и сложные;
? по уровню развития — низшие и высшие;
? по характеру происхождения — естественные, искусственные, смешанные;
? по направлению развития — прогрессивные и регрессивные.
Согласно одному из определений, целое — это то, у чего не отсутствует ни одна из частей, состоя из которых, оно именуется целым. Целое обязательно предполагает системную организованность его компонентов.
Понятие целого отражает гармоническое единство и взаимодействие частей по определенной упорядоченной системе.
Родственность понятий целого и системы послужило основанием для не совсем верного их полного отождествления. В случае системы мы имеем дело не с отдельным объектом, а с группой взаимодействующих объектов, взаимно влияющих друг на друга. По мере дальнейшего совершенствования системы в сторону упорядоченности ее компонентов, она может перейти в целостность. Понятие целого характеризует не только множественность составляющих компонентов, но и то, что связь и взаимодействие частей являются закономерными, возникающими из внутренних потребностей развития частей и целого.
Поэтому целое есть особого рода система. Понятие целого является отражением внутренне необходимого, органического характера взаимосвязи компонентов системы, причем иногда изменение одного из компонентов с неизбежностью вызывает то или иное изменение в другом, а нередко и всей системы.
Свойства и механизм целого как более высокого уровня организации по сравнению с организующими его частями не могут быть объяснены только через суммирование свойств и моментов действия этих частей, рассматриваемых изолированно друг от друга. Новые свойства целого возникают в результате взаимодействия его частей, поэтому, чтобы знать целое, надо наряду со знанием особенностей частей знать закон организации целого, т.е. закон объединения частей.
Поскольку целое как качественная определенность является результатом взаимодействия его компонентов, необходимо остановиться на их характеристике. Являясь составляющими системы или целого, компоненты вступают в различные отношения между собой. Отношения между элементами могут быть разделены на «элемент — структура» и «часть — целое». В системе целого наблюдается подчиненность частей целому. Система целого характерна тем, что она может создать недостающие ей органы.
Элемент — это такой компонент предмета, который может быть безразличен к специфике предмета. В категории структуры могут найти отношение связи и отношения между элементами, безразличными к его специфике.
Часть — это тоже составной компонент предмета, но, в отличие от элемента, часть — это компонент, который не безразличен к специфике предмета как целого (например, стол состоит из частей — крышки и ножек, а также элементов — скрепляющих части шурупов, болтов, которые можно применять для крепления других предметов: шкафов, тумб и т.д.)
Живой организм как целое состоит из многих компонентов. Одни из них будут просто элементами, другие в то же время и частями. Частями являются лишь такие компоненты, которым присущи функции жизни (обмен веществ и т.д.): внеклеточное живое вещество; клетка; ткань; орган; система органов.
Всем им присущи функции живого, все они выполняют свои специфические функции в системе организации целого. Поэтому часть — это такой компонент целого, функционирование которого определено природой, сущностью самого целого.
Кроме частей в организме имеются и другие компоненты, которые сами по себе не обладают функциями жизни, т.е. являются неживыми компонентами. Это элементы. Неживые элементы имеются на всех уровнях системной организации живой материи:
? в протоплазме клетки — зерна крахмала, капли жира,
кристаллы;
? в многоклеточном организме к числу неживых компонентов, не обладающих собственным обменом веществ и способностью к самовоспроизведению, относятся волосы, когти, рога, копыта, перья.
Таким образом, часть и элемент составляют необходимые компоненты организации живого как целостной системы. Без элементов (неживых компонентов) невозможно функционирование частей (живых компонентов). Поэтому только совокупное единство и элементов и частей, т.е. неживых и живых компонентов, составляет системную организацию жизни, ее целостность.
5.2.1. Соотношение категорий часть и элемент
Соотношение категорий часть и элемент весьма противоречиво. Содержание категории часть отличается от категории элемент: элементами являются все составные компоненты целого, независимо от того, выражается в них специфика целого или нет, а частями являются лишь те элементы, в которых непосредственно выражена специфика предмета как целого, поэтому категория части уже категории элемента. С другой стороны содержание категории части шире категории элемента, так как лишь определенная совокупность элементов составляет часть. И это можно показать применительно к любому целому.
Значит, существуют определенные уровни или границы в структурной организации целого, которые отделяют элементы от частей. В то же время различие между категориями часть и элемент являются весьма относительными, так как они могут взаимопревращаться, например, органы или клетки, функционируя, подвергаются разрушению, значит, из частей превращаются в элементы и наоборот, они снова строятся из неживого, т.е. элементов, и становятся частями. Элементы, не выведенные из организма, могут превращаться в солевые отложения, которые уже являются частью организма, причем довольно нежелательной.
5.2.2. Взаимодействие части и целого
Взаимодействие части и целого состоит в том, что одно предполагает другое, они едины и друг без друга существовать не могут. Не бывает целого без части и наоборот: нет частей вне целого. Часть становится частью лишь в системе целого. Часть приобретает свой смысл только благодаря целому, так же как и целое есть взаимодействие частей.
Во взаимодействии части и целого ведущая, определяющая роль принадлежит целому. Части организма не могут самостоятельно существовать. Представляя собой частные приспособительные структуры организма, части возникают в ходе развития эволюции ради целого организма.
Определяющую роль целого по отношению к частям в органической природе как нельзя лучше подтверждают явления автотомии н регенерации. Ящерица, схваченная за хвост, убегает, оставив кончик хвоста. То же самое происходит с клешнями крабов, раков. Автотомия, т.е. самоотсечение хвоста у ящерицы, клешней у крабов и раков, является защитной функцией, способствующей приспособлению организма, выработавшейся в эволюционном процессе. Организм жертвует своей частью в интересах спасения и сохранения целого.
Явление автотомии наблюдается в тех случаях, когда организм способен восстановить утраченную часть. Недостающая часть хвоста у ящерицы вырастает заново (но, правда, один раз). У крабов и раков тоже часто вырастают отломанные клешни. Значит, организм способен сначала потерять часть ради спасения целого, с тем чтобы потом эту часть восстановить.
Явление регенерации еще больше свидетельствует о подчиненности частей целому: целое обязательно требует выполнения в той или иной мере утраченных частей. Современная биология установила, что регенерационной способностью обладают не только низкоорганизованные существа (растения и простейшие), но и млекопитающие.
Существует несколько видов регенерации: восстанавливаются не только отдельные органы, но и целые организмы из отдельных его участков (гидра из кольца, вырезанного из середины ее тела, простейшие, коралловые полипы, кольчатые черви, морские звезды и т.д.). В русском фольклоре нам известен Змей-Горыныч, у которого добры-молодцы отрубали головы, тут же снова выраставшие... В общебиологическом плане регенерация может рассматриваться как способность взрослого организма к развитию.
Однако определяющая роль целого по отношению к частям не означает, что части лишены своей специфики. Определяющая роль целого предполагает не пассивную, а активную роль частей, направленную на обеспечение нормальной жизни организма как целого. Подчиняясь в общем системе целого, части сохраняют относительную самостоятельность и автономность. С одной стороны, части выступают как компоненты целого, а с другой — они сами являются своеобразными целостными структурами, системами со своими специфическими функциями и структурами. В многоклеточном организме из всех частей именно клетки представляют наиболее высокий уровень целостности и индивидуальности.
То, что части сохраняют свою относительную самостоятельность и автономность, позволяет проводить относительную самостоятельность исследования отдельных систем органов: спинного мозга, вегетативной нервной системы, систем пищеварения и т.д., что имеет большое значение для практики. Пример тому — исследование и раскрытие внутренних причин и механизмов относительной самостоятельности злокачественных опухолей.
Относительная самостоятельность частей в большей мере, чем животным, присуща растениям. Им свойственно образование одних частей из других — вегетативное размножение. Каждому, наверное, в своей жизни приходилось видеть привитые, например, на яблоне черенки других растений.
5.3. ДИАЛЕКТИЧЕСКОЕ ЕДИНСТВО ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ И ИНТЕГРАЦИИ ЧАСТЕЙ
Все изменения в организме и его частях идут в направлении наилучшего приспособления к постоянно меняющимся условиям окружающей среды. Французский зоолог М. Эдвардо говорил: «Природа совершенствует организм преимущественно посредством разделения труда». Тело живого организма как животного, так и растения похоже на мастерскую, где органы как члены мастерской функционируют для обеспечения жизнедеятельности организма как целого. У более совершенных организмов каждая часть выполняет свою определенную функцию, отличную от других. О степени дифференциации целого организма можно судить по числу разнородных частей. Но дифференциация органов организма не беспредельна: новые функции и новые органы появляются не в силу неограниченного стремления организма к разнообразию, а в силу строгой необходимости. Прежде чем прибегать к новым средствам, организм исчерпывает все средства, которыми располагает. Новые функции и новые органы появляются только тогда, когда старые функции и старые органы не удовлетворяют возрастающим потребностям организма.
Правильная оценка принципа дифференциации содержится у Ч. Дарвина: лучшим определением высоты организации служит степень дифференциации частей, а естественный отбор и приводит именно к этому в силу того, что отдельные части получают возможность с большим успехом выполнять свои функции.
С позиции естественного отбора, по Ч. Дарвину, можно выделить следующие причины и факторы, обеспечивающие дифференциацию частей:
1. Приспособление организма к окружающей среде — основной фактор, обеспечивающий прогрессивную дифференциацию частей.
2. Необходимость разнообразить строение тела, так как чем разнообразнее строение тела, тем легче тело будет приспосабливаться к окружающей среде. Ч. Дарвин сказал: «Наибольшая сумма жизни осуществляется при наибольшем разнообразии строения».
3. Тенденция к приобретению наиболее совершенных форм, так как естественный отбор действует путем сохранения форм, обладающих преимуществами перед другими. Это ведет к постепенному повышению организации, лучшим выражением которой является дифференциация и специализация частей.
4. Осуществление единства с окружающей средой. Дифференциация является формой усиления и усложнения связей между организмом и средой.
5. Дифференциация происходит в единстве с противоположным процессом — интеграцией, т.е. объединением и соподчинением частей в системе целого.
Тогда возникает вопрос: как же объяснить существование наряду с высшими множества низших форм? Оказывается, высокое развитие высших форм не влечет за собой обязательное вымирание тех групп, которые устроены проще, но непосредственно не конкурируют с высшими формами. Низшие формы будут долго сохраняться, если они хорошо приспособлены к более простым условиям существования.
Таким образом, возрастание дифференциации частей у организмов по мере прогрессивной эволюции является не абсолютным, а относительным. Эволюцию простейших Ч. Дарвин объяснял увеличением числа однородных частей, т.е. полимеризацией. В процессе эволюции выполнение той или иной функции закрепляется за соответствующей частью организма, естественный отбор усиливает такую специализацию и ограничивает возможность ее изменения в другом направлении.
5.4. ВЗАИМОСВЯЗЬ ЕДИНИЧНОГО И ОБЩЕГО
Каждое явление так или иначе связано с бесчисленным множеством других явлений, которые вследствие взаимодействия с ним вносят в него соответствующие изменения. Но все, что неповторимо в явлении, что присуще только ему и отсутствует у других явлений, составляет единичное. Единичным выступают папиллярные узоры поверхности концов пальцев, так как у каждого человека они свои, неповторимые. Единичным для каждой нации является неповторимое в ее культуре, психологическом складе, языке, традициях, обычаях и т.д.
Обладая неповторимыми чертами, свойствами, каждое отдельное явление составляет часть единой материи, звено в бесконечной цепи ее развития. Поэтому каждое явление наряду с неповторимым должно иметь повторяющееся, свойственное не только ему, но и другим явлениям. Повторяющееся в явлениях, то, что присуще не одному, а многим явлениям, составляет общее. Общим в том или ином человеке является то, что он является разумным существом, его сознание отражает его общественное бытие и т.д., т.е. все то, что свойственно не только ему, но и другим людям.
Взаимосвязь единичного и общего проявляется как взаимосвязь целого и части. Ни общее, ни единичное не обладают самостоятельным существованием. Всякое общее лишь приблизительно охватывает предметы, всякое отдельное не полностью входит в общее, так как наряду с общим, отдельные предметы имеют единичное, наряду с повторяющимися свойствами — неповторимые. Существуя в отдельных предметах, единичное и общее органически связаны между собой и при определенных условиях переходят друг в друга: единичное становится общим, а общее — единичным.
Это наглядно иллюстрируется при анализе процесса возникновения и исчезновения тех или иных свойств и материальных образований живой природы. Оказываясь при расселении в различных условиях жизни, особи приобретают те или иные приспособленческие функции и свойства, которые по мере усиления тех или иных условий превращаются в общие свойства, характеризующие вначале разновидность, а затем и вид в целом. Если взять эти особи одного и того же вида из разных мест, отличающихся определенными чертами окружающей среды, или степень проявления этих черт, то можно обнаружить все ступени превращения того или иного свойства из единичного отклонения в общее свойство вида и, наоборот, общего свойства — в единичное.
Как уже отмечалось, дифференциация — это разделение целого на части, а интеграция — это объединение соподчинением частей системе целого. При объединении системы, т.е. при переходе к макроуровню, происходит образование новой структуры, обладающей новыми специфическими качествами. Целое характеризуется новыми качествами и свойствами, не присущими отдельным частям, но возникающим в результате их взаимодействия в определенной системе связей.
Например, атомы различных химических элементов, известных из таблицы Д. Менделеева, соединяясь друг с другом, образуют молекулы. Разновидностей молекул уже сотни тысяч: примерно 50 тысяч неорганических, около миллиона органических. Если взять две молекулы водорода и одну молекулу кислорода, то из них можно получить две молекулы воды, но это совсем не означает, что молекула воды «унаследует» свойства составляющих ее частей. Получается совершенно новое образование, отличающееся даже агрегатным состоянием.
Химические элементы натрий и хлор, взятые порознь, не обладают теми свойствами, какими обладает их соединение — известная всем поваренная соль. Однако как один атом кислорода и два атома водорода, из которых состоит вода, так и атомы натрия и хлора, из которых строится молекула поваренной соли, являясь частями целого, не теряются в этом целом, не сливаются с его качеством, а сохраняют свою специфическую качественную определенность, обладают известной особенностью и самостоятельностью, что позволяет им занимать в целом строго определенное место и играть строго определенную роль.
Целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его частей, и не равно сумме элементов, не объединенных системообразующими связями. При сложении системного целого образующаяся интеграция подчиняется иным законам формирования, функционирования и эволюции.
Группа отдельно рассматриваемых деревьев, как и одно дерево, — еще не лес. Для леса необходимо сочетание всех его экологических компонентов, составляющих именно эту экосистему, образование собственного биологического климата и т.п.
Процессы сборки в мире неживой природы очень сложны. Отсюда ясно, сколь же глубоки они в мире живого вещества и общества. Механическое сосредоточение химических элементов, тканей, органов не даст организма в целом, для этого требуются системная целостность, обмен веществ и множество других свойств данной биосистемы.
Рассматривая объединение отдельных элементов в систему, неизбежно сталкиваемся с необходимостью рассматривать ее как некоторый процесс, учитывающий ее историю, неопределенность, наследственность.
Существует специальная наука о поведении животных — этология. Она изучает также особенности поведения стадных животных. Стадо северных оленей, например, становится стадом и начинает обладать присущими стаду свойствами лишь при достижении определенной численности. Несколько отдельных оленей, даже если они находятся вместе, не проявляют тех свойств совместного поведения, которые свойственны большому стаду. Если в стадо попадают домашние животные, то они в первую очередь становятся добычей волков.
Таким образом:
? чтобы изучить поведение стада, его свойства как некоторой системы, недостаточно знать поведение отдельных животных. Механизм сборки особей — процесс, требующий неизмеримо большего, чем изучение поведения отдельных животных. Этот процесс порождает определенное кооперативное поведение, обеспечивает оптимальное функционирование системы;
? в процессе сборки возникают новые системные свойства, не выводимые из свойств объектов более низкого уровня. При переходе к изучению общественных характеристик человеческого общества это свойство коллективов и любых организаций общества приобретает важнейшее значение. В проблеме же коэволюции (т.е. совместного эволюционного развития) — решающее;
? развитие нашего мира на всех его уровнях — это некоторый процесс непрерывного возникновения и разрушения новых систем, новых организационных структур. Механизмы сборки, определяющие процессы становления этих структурных систем, возникновение новых свойств, нового качества являются стержнем всего мирового развития.
Как уже говорилось, в случае сложноорганизованных объектов целое несводимо к сумме частей. Эта особенность любого целостного образования, которую можно назвать свойством интеграции, позволяет понять и все остальные черты целого. К этим чертам относятся:
? возникновение нового в процессе развития;
? появление новых типов целостности;
? разделение целостных систем на органические и неорганические, основанное на том, что в неорганической системе (атом, молекула) свойства частей хотя и отражают природу целого, но все же определяются внутренней природой частей, тогда как в органической системе (биологические и социальные объекты) свойства частей целиком определяются свойствами целого.
Между частями и целым существует не простая функциональная зависимость, а значительно более сложная система разнокачественных связей, субординаций, управления, структурных, генетических связей и т.п., в рамках которых причина одновременно выступает как следствие, как предпосылка. Взаимосвязь частей такова, что она представляется не в виде линейного причинного ряда, а в виде своеобразного замкнутого круга, внутри которого каждый элемент связи является условием другого и обусловленного им.
Современное познание разрешает и известный познавательный парадокс: как познать целое раньше части, если это предполагает знание частей раньше целого? Он осуществляется одновременно? Выделяя части, мы анализируем их как элементы данного целого, в результате синтеза целое выступает как состоящее из частей. Изучение частей является единственным возможным путем изучения целого. В то же время результаты исследования частей входят в систему научного знания лишь благодаря тому, что они выступают как новое знание о целом.
Рассматривая алгоритм сборки частей в целое, можно выделить три механизма сборки:
? механический детерминизм;
? связь по типу корреляции;
? связь по типу субординации.
5.5.2.1. Механический детерминизм
Детерминизм — это учение о закономерной, необходимой связи всех событий и явлений и их причинной обусловленности.
Механическому детерминизму подчинена при сборке вся неживая природа. В живой природе связь частей по принципу механической детерминации наиболее рельефно проявляется при наблюдении за ранними стадиями развития эмбриона. Исследование подобных связей получило применение в экспериментальной эмбриологии, которая сумела показать, каким образом формируется развитие первого зачатка, и этим глубоко раскрыла суть процессов формообразования в индивидуальном развитии.
Историческая полемика вокруг проблемы целостности складывалась так, что, ориентируясь лишь на механическую детерминацию частей в целом, сводили высшие типы целого лишь к простой сумме составляющих его частей.
Это приводило к формированию витализма как одного из ведущих направлений в сфере биологического познания. Виталистические представления были довольно широко распространены в биологии периода XVIII — начала XIX в. Стремительное развитие биологического познания, накопление большого количества новых данных, бурное развитие исследований все больше свидетельствовали о том, что организм не является простым агрегатом атомов, молекул, клеток, что процессы жизнедеятельности нельзя объяснить лишь механическим воздействием, аддитивным суммированием элементарных физико-химических составляющих. Задача теоретико-познавательного осмысления этих данных, создания концепций целостности, преодолевающих ограниченность механицизма и витализма, была поставлена с новой остротой.
5.5.2.2. Связь по типу корреляции
Коррелятивное взаимодействие частей — это такая форма связи, при которой осуществляется взаимозависимая детерминация множества частей. В этой взаимозависимой детерминации основание детерминируется следствием: одна часть влияет на другую, которая, в свою очередь, изменяясь определенным образом, оказывает действие на причину, ее вызывающую. Например, существует корреляция между безрогостыо коз и их короткошерст-ностью, голубыми глазами и глухотой у белых кошек и т.д. Можно привести примеры с демонстрациями, митингами, где возникают связи по типу корреляции.
Таким образом, связь по типу корреляции представляет собой такое взаимодействие, когда всякое изменение одной части отражается на остальных, и, в свою очередь, является ответом на изменение других частей, воздействующих на нее.
5.5.2.3. Связь по типу субординации
Связь по типу субординации подразумевает происхождение коррелированных частей из какой-то единой, общей основы. Самым существенным выражением господствующего отношения субординирующего фактора является преодоление ими замкнутого круга равнозначного отношения частей при коррелятивной связи и обеспечение саморазвития целостной системы. Саморазвитие живой системы является формой самоорганизации системы, причем достаточно своеобразной. Своеобразие ее заключается в том, что если саморегулирующиеся системы неживой природы являются конечными, угасающими, т.е. неспособными к самовоспроизведению самостоятельно, без активного вмешательства и поддержки внешних факторов, то саморегуляция живой природной системы характеризуется способностью к самовоспроизведению на основе самостоятельного создания внутренних предпосылок существования.
На уровне общественного проявления принцип субординации наиболее ярко проявляется на примере армии.
ТЕМА 6. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В МИРЕ. ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
6.1. НЕУСТРАНИМОСТЬ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Состояние неопределенности интуитивно знакомо каждому человеку. Это:
? смутное беспокойство;
? неумение оценить ситуацию и сделать правильный выбор;
? непонимание сути происходящего из-за отсутствия каких-то звеньев;
? разлад между намерениями человека и результатом его деятельности;
? неадекватная оценка и т.д.
Все это заставляет сомневаться, колебаться, задумываться. «Что день грядущий мне готовит?» — этот вопрос, указывающий на быстротечность событий, мешает жить в согласии с собой и миром. Поэтому естественно стремление освободиться от смутных предположений и замешательства, перейти к точным определениям, прояснить ситуацию и действовать так, чтобы каждый поступок не вызывал мучительных колебаний.
Можно выделить бросающиеся в глаза видимые причины неопределенности:
? это и бурлящий водоворот жизненных стихий, который захватывает и поглощает так, что сами события наступают быстрее, чем требуется времени для их прогнозирования;
? и недостаточно глубокое проникновение в природу вещей;
? и поверхностность путанных, субъективных переживаний;
? и огромный массив недальновидных и неразумных человеческих деяний и т. д.
Но за всеми ними стоит глубинная порождающая основа неопределенности — всеобщая стохастичность, т.е. случайность.
Народный эпос богат пословицами, нацеливающими на неминуемую встречу с неопределенностью. Присказка «Пойди туда — не знаю куда, принеси то — не знаю что» — пример целевой неопределенности, а «В некотором царстве, в некотором государстве» или «За тридевять земель, в тридесятом царстве» — примеры пространственной неопределенности. Есть и весьма отрезвляющие замечания в фольклоре: «Знал бы, где упасть, — там соломки постлал бы». Здесь неопределенность включает в себя всю полноту изменений, всю их новизну. Мы не знаем, что нас ждет, но возможно ли точное знание о событиях будущего и нужно ли такое знание ждущему?
Если неопределенность плоха и удручающа, а определенность так хороша и комфортна, то почему так притягательны удивление, наслаждение новизной, надежды, желания, пульсация жизни? Почему действительность не сочетается с самыми лучшими предначертаниями и самыми точными формулами?
Оставшаяся в наследство от классической науки ориентация на строго однозначную закономерность тускнеет перед картинами многовариантного процесса развития. Сегодня стало практической явью не логическое единообразие, а ветвящаяся графика отклонения от прямой, не гарантированная направленность к заведомо прогрессивным формам, а постоянное воспроизведение ситуации выбора.
Неопределенностные процессы обнаруживаются в громадном массиве реалий действительности. В сфере социально-политических отношений они дают о себе знать:
? неожиданными коллизиями;
? резкими сменами исторических декораций;
? бессистемностью массовых Движений;
? проявлениями совокупностей непреднамеренных последствий и побочных продуктов целесообразной деятельности человека.
Независимо от того, осознана или нет природа неопределенности, она живет во всеобщей системе взаимодействий, выступая реальным компонентом развития. Сами по себе процессы неопределенности, как и процессы определенности, не являются ни чем-то сугубо отрицательным, ни чем-то исключительно положительным. Они пронизывают ткань бытия, обнаруживают себя в поведении сложных систем и таким образом НЕУСТРАНИМЫ.
6.2. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ИСКУССТВЕ
В обозримую протяженность нашей эпохи неопреде-ленностные процессы настойчиво вводятся новейшими направлениями искусства. Порожденные временем такие авангардистские течения, как кубизм, футуризм, абстракционизм, сюрреализм, экспрессионизм, импрессионизм, постимпрессионизм и т.д., являются автографами XX в., отражающими его неопределенность. Они размывают классическую определенность форм, пытаются выразить смысл, сводя к минимуму предметность. В авангардизме проступает стремление быть чем-то большим, чем просто искусством, упорядочивающим бытие при помощи символических идеальных средств. Авангардизм претендует на собственный тип существования в бытии, которое утратило способность сохранять и восстанавливать порядок.
Кубизм характеризуется многоосевой системой изображения мира, где сдвинутые оси, несмотря на твердость граней, рождают ощущение неустойчивости. Кубизм — это модернистское течение в изобразительном искусстве первой четверти XX в. Возникновение кубизма относят к 1907 г., когда П. Пикассо написал картину «Авиньонские девицы», необычную по своей острой гротескности: деформированные, огрубленные фигуры, изображенные без каких-либо оттенков светотени и перспективы как комбинация расположенных на плоскости объектов. В 1908 г. в Париже образовалась группа, куда входили также Ж. Брак, X. Грис, где сложились и были последовательно выражены основные принципы кубизма.
Сведя к минимуму изобразительно-познавательные задачи искусства, кубизм выдвинул на первый план формальные эксперименты:
? конструирование объемной формы на плоскости;
? выявление простых, устойчивых геометрических форм;
? разложение сложных форм на простые.
Они изображали предметный мир в виде комбинаций правильных геометрических объемов: куба, шара, цилиндра, конуса. Кубизм своим рождением знаменовал решительный разрыв с традициями реалистического искусства. Кубизм, таким образом, — это искусство, тяготеющее к аналитическому началу. Для кубизма характерны также многоцветные живописные композиции, образованные плоскими фрагментами каких-либо предметов.
Геометрические объемные формы появились в 1910 г. в скульптуре. Так, французский скульптор Лоран и другие мастера создают произведения, в которых реальный изобразительный мотив трансформируется в композицию, где эти формы приобретают самодовлеющее значение и исходный мотив угадывается с трудом, иногда лишь при помощи названия.
Кубисты создавали новые формы многомерной перспективы. Разлагая объект на геометрические формы, художники изображали его с самых разных сторон, в том числе и обычно невидимых. На картинах пересекались различные плоскости и геометрические фигуры. Таким образом, кубисты пытались обнаружить некий энергетический центр объекта, его внутреннее содержание.
Кубизм явился предшественником многих позднейших модернистских течений. Так, например, дальнейшим развитием кубизма стал созданный К. Малевичем супрематизм. Мир его картин вне земного притяжения: на белом фоне — символе чистого света — как бы парят геометрические фигуры, лишенные всяких содержательных элементов в беспредельном космосе. Наиболее известным произведением Малевича стал «Черный квадрат». Помещая на белом фоне уравновешенную форму черного идеального квадрата, Малевич создавал символ вечного противостояния двух сил: света и тени, небытия и жизни, прошлого и неизвестного будущего. У Малевича прослеживается приверженность миру идеальных геометрических тел, парящих в идеальном духовном космосе искусства.
Эти поиски мастеров авангарда не следует рассматривать как поиски совершенства технического мастерства. Это были поиски в духе философии того времени.
Футуризм накладывает на видение настоящего динамику форм, устремленных в будущее. Футуризм (от лат. futurum — будущее) — авангардистское направление в европейском искусстве 10—20-х гг. XX в. Стремясь создать искусство будущего, футуризм отрицал традиционную культуру, особенно ее нравственные и художественные ценности, культивировал урбанизм, т.е. эстетику машинной индустрии и большого города, переплетение документального материала и фантастики. В живописи футуристы использовали пересечения, сдвиги, наплывы форм, многократные повторения мотивов, как бы суммируя впечатления, полученные в процессе стремительного движения.
Абстракционизм, т.е. «без-предметность», «без-образ-ность», — направление в искусстве XX в., отказывающееся от изображения реальных предметов и явлений в живописи, скульптуре, графике. Абстракционизм отрицал познавательные задачи художественного творчества, явился крайним проявлением модернизма. Это течение в искусстве возникло в 10-х гг. XX в. как анархический вызов общественным вкусам, а в конце 40-х — начале 60-х гг. принадлежало к наиболее распространенным и воинствующим явлениям. Некоторые течения, такие как уже упоминавшийся супрематизм, неопластицизм, перекликались с поисками нового в архитектуре и художественной промышленности, создавали упорядоченные конструкции из линий, геометрических фигур и объемов. Другие, такие как ташизм, стремились выразить стихийность, бессознательность творчества в динамике пятен или объемов.
Абстракционизм — таково конечное, пиковое достижение авангарда, это реализация мечты романтиков о создании творения искусства максимально бесплотного и воплощающего лишь духовное тело.
Экспрессия — это выразительность, яркое выражение
чувств, настроений, мыслей. Экспрессионизм — направление в литературе и искусстве первой четверти XX в., провозгласившее единственной реальностью субъективный духовный мир человека, а его выражение — главной целью искусства. Оно выражало протест против чувства обреченности и ужаса перед унижением человека, перед войнами. Установки экспрессионизма вели к болезненной напряженности эмоций, гротескной изломанности, деформации мира.
Многие представители экспрессионизма стали на путь создания крайне модернистских, в том числе абстрактных произведений.
Сюрреализм вскрывает подсознательные смысловые пласты и воспроизводит иррационально-мотивированные способы восприятия мира. В буквальном смысле слова — это сверхреализм. Сюрреализм — модернистское направление в искусстве XX в., провозгласившее источником искусства сферу подсознания, т.е. инстинкты, сновидения, галлюцинации. Методом сюрреализма стали разрыв логических связей и замена их субъективными ассоциациями. Ярким представителем сюрреализма стали такие художники, как Э. Неизвестный, С. Дали. Главными чертами сюрреализма стали противоестественность сочетаний предметов и явлений, изображенных со значительной достоверностью.
Импрессионизм (от фр. impression — впечатление) — направление в искусстве последней трети XIX — начала XX в., представители которого стремились наиболее естественно запечатлеть реальный мир в его подвижности и изменчивости, передать свои мимолетные впечатления. Фактуру предмета художники заменяли фактурой самой живописи. Их лозунгом было: «Художник должен писать только то, что он видит, и так, как он видит». Свободное построение композиции, подвижные контуры форм, окутанных воздухом, острота ракурсов, раздельность мазков, не совпадающих с абрисом предмета, исчезновение локального цвета, насыщенность тона изменчивым светом — все это было направлено на воплощение явлений, которые импрессионисты заново открыли и стремились зафиксировать с чисто оптической достоверностью.
Первую выставку картин семеро неизвестных тогда живописцев — К. Моне, О. Ренуар, К. Писсаро, А. Сислей, Э. Дега, П. Сезанн, Б. Моризо — устроили весной 1874 г. в центре Парижа на углу бульвара Капуцинок. Это были люди зрелого возраста, объединенные ненавистью к фальши официального искусства и решимостью искать правду, невзирая на трудности.
Взаимоотношение света, цвета и тени — вот центральный пункт, в котором сталкивались мнения. Вместо того чтобы просто изображать природу, они выражали свою любовь к ней. Камиль Коро говорил своим ученикам: «Никогда не теряйте первого впечатления, которое вас взволновало». Глядя на картины Коро, на его пейзажи, полные тихой радости или светлой грусти, поражаешься богатству оттенков. Такая живопись обогащала зрение и чувства, помогая по-новому услышать голос природы, понять ее слитность с человеческой душой. Это искусство возникло из воли к свободе, оно демократично по своей природе.
Работая на открытом воздухе, К. Моне, К. Писсаро, А. Сислей создавали ощущение сверкающего солнечного света, богатства красок природы, растворения объемных форм и вибрации света и воздуха. Разложение сложных тонов на чистые цвета, создаваемые накладываемыми на холст отдельными мазками из расчета на оптическое смещение их в глазу зрителя, цветные тени порождали беспримерно светлую и трепетную живопись. Кроме живописцев (американец Дж. Уинслер, немец М. Либер-ман, русский К. Коровин) интерес импрессионизма к мгновенному движению, текучей форме восприняли скульпторы О. Ролен, М. Россо, музыканты К. Дебюсси, М. Равель, П. Дюка и др., для произведений которых характерна передача таких настроений, психологических нюансов.
Постимпрессионизм — понятие очень широкое, включающее в себя разнообразные явления. «Пост» означает «после» импрессионизма. Это течение в живописи возникло во Франции как реакция на импрессионизм с его интересом к случайному и мимолетному. Восприняв от импрессионизма чистоту и звучность цвета, постимпрессионизм повысил интерес к философии и символическим аспектам. К постимпрессионистам относятся Сера, Синьяк, Ван Гог, Гоген, Сезанн, Тулуз-Лотрек, Боннар и др.
Период постимпрессионизма длился около двадцати лет, захватив начало XX столетия, затем наступила другая эра в искусстве. О рождении современности возвестило творчество Матисса, Дерена, Ван Донгена, Вламинка, Марке, Пикассо, объединившихся вокруг художника Анки Руссо.
6.3. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В БИОЛОГИИ
Неопределенность получила мощное подкрепление со стороны биологии. Явление мутации, вызванное проникновением в клетки мутантов среды в виде химических соединений, ионизирующих излучений и т.п. и изменяющих их генетическую программу, может быть сравнено с теорией квантов, так как в нем также происходит скачкообразное изменение свойств. Происходит нарушение генетического кода: вместо нормального развития живого организма, предначертанного природой, наступает мутация — отступление от нормы. В теории квантов также нет промежуточных ступеней между двумя соседними энергетическими уровнями. Как утверждал Шредингер, мутации действительно обязаны своим происхождением квантовым скачкам в молекуле. Однако еще Ч. Дарвин фиксировал неопределенностную изменчивость видов как отсутствие изначальной приспособленческой направленности. И его выводы были тем более значимы, что описывали макроэффекты неопределенностных процессов, наблюдаемых в области биологической эволюции (см. ТЕМУ 19.2.3.3).
6.4. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В ПРОБЛЕМАХ КИБЕРНЕТИКИ И КОМПЬЮТЕРНОЙ СВЯЗИ
В середине XX в. неопределенность заявила о себе как проблема кибернетики и компьютерной связи, В работах основателей кибернетики Н. Винера, К. Шеннона, Р. Хартли сама информация стала пониматься как нечто, что измеряется количеством неопределенности и устраняет ее. Неопределенность в теории информации К. Шеннона характеризовалась невозможностью однозначно предсказать, какой сигнал будет выбран источником сообщений или невозможностью однозначно предсказать последовательность состояний источника статистической информации. Многочисленные неполадки в компьютерах на космических станциях являются ярким примером проявления неопределенности.
Исторически сложилось так, что в собственном терминологическом обличии проблема неопределенности выступила лишь в XX в. в великом открытии немецкого физика Гейзенберга (1927 г.). В принципе неопределенности Гейзенберга утверждается, что имеется две пары величин, характеризующих макросистему, которые не могут быть известны одновременно с бесконечной степенью точности. Неопределенность проявилась в отношении измерения координаты микрочастицы и ее импульса. Получается, что нельзя одновременно знать координату частицы, т.е. ее местоположение в пространстве, и скорость: чем точнее определена скорость, а значит, и импульс частицы, тем большая неопределенность будет в значении координаты. Это означает, что микрочастицу в принципе невозможно однозначно локализовать в пространстве и времени, ее местоположение Может быть представлено лишь вероятностно. Квантово-механические эффекты показали, что неопределенность вряд ли можно обойти и тем более опустить как несуществующую. Эта неточность свойственна самой природе систем, которые мы рассматриваем, и является отражением того предела, которого достигли наши знания о микромире.
Таким образом, принцип неопределенности — это фундаментальное положение квантовой теории, утверждающей, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс принимают вполне определенное значение. Никакой эксперимент не может привести к одновременному точному определению таких динамических переменных. При этом неопределенность в определении связана не с несовершенством экспериментальной техники, а с объективными свойствами материи. Отсюда следует, что понятия координаты и импульса не могут быть применены в классическом смысле к микроскопическим объектам.
Согласно корпускулярно-волновому дуализму состояние частицы полностью определяется лишь волновой функцией. Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отличается от нуля. Это означает, что при проведении серии экспериментов значения будут вероятностными.
6.6. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ И СЛУЧАЙ — РЕАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ РАЗВИТИЯ
Феномен неопределенности связан с довольно простым фактом — признанием действительности движения, относительно свободного от нормативных предписаний, фатальной предзаданности и умозрительного конструирования моделей будущего. Многовариантность хода событий и открытость будущего делает собственный организм суверенным в отношении указанных конечных целей.
Выражения типа «устранение неопределенности», «преодоление неопределенности», «борьба со случаем» и т.п. — не более чем метафоры, льстящие всемогуществу человека. Они наполняются содержанием лишь в той нише, где случайность понимается как невыясненная закономерность, а неопределенность происходит исключительно из-за недостатка нашего знания. Конечно, такое толкование имеет место, но оно слишком фрагментарно и поэтому ограниченно. Пытаться напрочь расквитаться с неопределенностью, устранить и исчерпать ее — значит витать в сферах выдуманного мира, где все предсказуемо, объяснено и объяснимо. Неопределенность, как и случай, — реальные компоненты развития, объективные характеристики жизнедеятельности человека. Убывая «здесь» и «теперь», неопределенность возрождается «там» и «тогда». Она имеет корни в основных условиях бытия и в этом смысле неустранима.
Можно ли жить в согласии с собой и с миром, взяв в голову идею неопределенности? Посильна ли она людям? Ведь ни справиться с ней, ни устранить ее невозможно. Но, с другой стороны, неопределенность обуславливает полноту всех изменений, открытость будущего, порождение нового и небывалого. А как можно лишиться полноты и небывалости жизни? В чем же тогда состоит людская мудрость: в том, чтобы бесстрашно жить, не зная завтрашнего дня, или в том, чтобы этот день предвидеть?
Философские системы древности и Нового времени при достаточно откровенном скепсисе к познанию тяготели к принятию постулата определенности бытия. Неопределенности же отдавали лишь сферу познания.
Мир так устроен, что случайность и неопределенность — его объективные характеристики, они пронизывают все уровни организации материи. Проблема неопределенности свойственна проблеме нестабильности мира, возникновению порядка из хаоса. Она занимает ведущее место в той концептуальной парадигме, где необратимость временных процессов становится реальностью, где есть место новообразованиям и уникальным событиям.
6.7. СФЕРЫ ПРОЯВЛЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ. ВИДЫ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Неопределенность может быть понята как взаимодействие, обремененное множеством возможных результатов. Этим понятием фиксируется ситуация невыявленности реального будущего.
Можно выделить следующие сферы проявления неопределенности:
? неопределенность, принадлежащая самому объекту;
? неопределенность, возникающая в познавательном отношении субъекта к объекту;
? неопределенность, принадлежащая лишь субъекту. Эволюционный подход отличает следующие виды
неопределенности:
1. В зависимости от отнесения их к первичному абиотическому уровню.
2. «Запоминание» случайного выбора на уровне биосферы.
3. Неопределенностные ситуации, связанные с человеческой жизнедеятельностью.
Правомерно различие первичной и производной неопределенности.
Первичная неопределенность содержится в самом фундаменте природы, когда наличие множества возможных результатов объясняется тем, что одни потенциальные события, содержащиеся в некотором событии, обуславливают или детерминируют одни результаты, а другие потенциальные события — совершенно другие результаты.
Производная неопределенность некоторого события состоит в том, что при его осуществлении не известно, какое из множества более элементарных событий имеет место.
Можно также говорить о ретроспективной неопределенности, т.е. неопределенности прошлого, порождающей причины настоящего и будущего, и перспективной неопределенности, связанной с неоднозначностью взаимодействия причины и следствия, с тем, что последующее состояние системы не является единственным, а связано с необходимостью выбора из некоторого множества возможных состояний.
При прогнозировании научно-технического прогресса необходимо обращать внимание на неопределенность, связанную с внедрением той или иной научной информации, а также с возможностью определения точных характеристик техники будущего, сроков и средств их создания. Значение имеют также неопределенность, вызванная ограничением знания на том или ином этапе прогнозирования, и статистическая неопределенность сложных процессов.
Имеет смысл напомнить о постоянно существующей константной неопределенности, которая закладывается в начальных условиях любых расчетов и исчислений и с течением времени, возрастая, превращается в неопределенность конечного результата.
В зависимости от видов причин выделяется уже упоминавшаяся выше статистическая и эпистемологическая неопределенность. Статистическая неопределенность задается поведением самого объекта, здесь субъект, принимающий решение, как бы отходит на задний план. Под статистической неопределенностью понимается состояние, при котором можно абстрагироваться от субъективного элемента в вероятностном описании процессов и взаимодействий сложных систем. При эпистемологической неопределенности каждый исход имеет известную вероятность наступления, причем предполагается, что принимающему решения субъекту эти вероятности известны.
В поле этой неопределенности существенную роль играет неконтролируемая или не полностью контролируемая и поэтому не поддающаяся принципиальному разделению на элементы деятельность человека.
Завершая перечисление видов и типов неопределенности, можно еще указать на так называемую имманентную и гетерономную неопределенность. Первая имеет место, когда горизонт предпочтений меняется, но типологическая узнаваемость событий и процессов сохраняется. Например, человек, избравший ту или иную профессию, может достичь в рамках положенного высших ступеней, а может остаться на первоначально заданном квалификационном уровне. При наличии вариантов типологическое единообразие сохранено. В ситуациях, когда будущее приобретает принципиально отличительное качество от состояний и потенций, обозначенных ранее, речь идет о гетерономной неопределенности. Примером могут служить судьбы великих мира сего, которые при стечении обстоятельств оторвались от приоритетов, заданных первоначальной социализацией, и были заброшены в никем не прогнозируемые и не просматриваемые изначально сферы деятельности.
6.8. ПАРАДОКС НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Парадокс неопределенности — в принятии неопределенности, что является залогом прочного мироустройства. На первый взгляд, устойчивое мироустройство неопределенность исключает. Она может привести к чему угодно — только не к сохранению стабильности и устоявшегося. Ей более свойственно разметаться в хаосе, и поэтому столь «зыбкой» почве стоит больших усилий удержаться в рамках устойчивости и постоянства.
Однако стремление к «эпохе процветания» не отменяет перемен, желания жить, преодолевая хаос собственного бытия, не укладывается в метрику подчинения жесткой норме. «Великий зодчий», именуемый Природой, не так бесхитростен и безыскусен, чтобы позволить не скрыть в себе тайну. Мир, загадочный и очевидный одновременно, претендует на всеприятие себя в мистериях страстей и множественных ликов. Не определившаяся реальность «завтра» еще удивит путника своей непрожитой новизной и небывалостью. Неопределенность, не принятая в расчет, существовать не перестанет. Резкие, взрывные перемены, обрушившиеся на неадаптированную личность, неспособную воспринимать реальную вероятность взаимодействий, могут привести к потере жизнеспособности, к сильным потрясениям. Поэтому ощущается потребность так сориентироваться в бытии, чтобы адекватно взаимодействовать с миром.
В условиях, когда прошлое уже определено и его нельзя изменить, а суждения о будущем возможны только в виде вопросов, ведущей становится УСТАНОВКА НА ЖИЗНЬ, испытывающую и преодолевающую воздействия мира.
Подчиняясь напору жизненного потока, человек наслаждается подлинностью своего существования. Настоящее становится тем более ценным, что будущее — всегда самое большое неизвестное нашей жизни. Его неопределенность заставляет концентрировать творческую энергию в реальном, настоящем. Созидание «здесь» и «теперь» становится делом первостепенной важности, не терпящем отлагательства («не откладывай на завтра то, что можно сделать сегодня»). Каждый человек оставляет за собой право организовать пространство своего жизнеобитания. Элементами, скрепляющими каркас жизнеустройства, являются:
? ежедневное сопротивление хаосу жизни;
? обустройство в пределах своего удела;
? установление норм и правил;
? соблюдение режима и распорядка и т.п.
Таким образом, неизвестность будущего заставляет снимать выбор напряжений концентрацией энергии в созидании настоящего. В этом и состоит суть и оправдание парадокса неопределенности: залог прочного мироустройства — в принятии неопределенности бытия.
ТЕМА 7. ХАОС И ПОРЯДОК. ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ
С точки зрения нашей современной науки, да и с точки зрения здравого смысла, мир вообще не может приниматься вне содержащихся в нем закономерностей. Но если бы все сводилось только к закономерностям, мир перестал бы быть миром и превратился в математические уравнения.
7.1.1. Этимология понятия «хаос»
Хаос в переводе с греческого (chaos) означает бесформенное состояние мира, бесконечное пространство, неупорядоченную первопотенцию мира. Хаос — понятие, происходящее от греческого «зев», «зияние», разверстое пространство. Как первичное бесформенное состояние материи и первопотенция мира, хаос, разверзаясь, извергает из себя ряды животворно оформленных элементов. В досократовской философии хаос — это начало всякого бытия. Ферекид отождествлял хаос с водой как первопотенцией. Это начало и конец бытия, принцип универсального порождения и всевмещающего поглощения. В трактовке хаоса присутствует интуиция воды. Фалес считал, что мир возник из воды (принятием такого взгляда можно объяснить значение воды в жизни). Ферекид воду также называет хаосом, заимствовав это у Гесиода, который считал, что прежде всего возник хаос. Можно предположить, что отождествление хаоса с водяной стихией — это результат соединения с первообразом Океана, который является прародителем всего у Гомера.
Впечатляет первое историческое описание хаоса — сказание о Всемирном потопе. Воды хлынули из-под земли, вздувшись до горных вершин. Разрушительный ливень, буря, смерч, гроза, т.е. великая катастрофа, уничтожившая почти весь человеческий род. История эта очень широко распространена по всему миру.
Хаос Гесиода — это некое вместилище мира, мировое пространство, которое ассоциируется с образом зияющей темной «бездны», «зияющим разрывом». Древнегреческое слово хаос происходит от глагола «хайно», что означает «раскрываюсь», «разверзаюсь». Хаос Гесиода — это безначальное, всеобнимающее и порождающее начало. Его поддерживал и Аристотель.
У Еврипида хаос — это пространство между небом и землей. Впоследствии хаос начинает пониматься как первозданное беспорядочное состояние элементов, но с присоединением творчески оформляющего начала.
У неоплатоников хаос выступает в качестве начала, производящего разъединение и становление в умопостигаемом мире.
Хаос наделен формообразующей силой не только в интуициях античного мира. Не только Левкипп и Демокрит впускают в свою космогоническую теорию всеобщее рассеяние вещества, вихри и беспорядочное движение атомов. Лукреций говорил о разрушении законов рока, об отклонении от первоначал. Платон, описывая рождение Вселенной, даже предполагает вид беспорядочной причины вместе со всеми способами действия.
Хаос как беспорядочное буйство стихий все раскрывает, разверстывает, всему дает возможность выйти наружу. В этом качестве он выступает как основа мировой жизни, как нечто живое, животворное. К такому пониманию в большей мере тяготела языческая Эллада, чем Рим. В трагедиях Сенеки многократно встречается взывание страдающих и гибнущих к всепоглощающему хаосу. Героев трагедий римлянина Сенеки хаос страшит. Он мрачен, слеп и алчен и всякий раз готов поглотить в разверстой бездне отчаявшихся и обезумевших.
В Греции же хаос — жизнерадостный, жизнью упоенный, славящий вакханалии, олицетворен культом Диониса (в греческой мифологии бога виноградарства и виноделия). Но бог животворящих восторгов никогда не был богом обилия и покоя в достигнутой цели. Он — бог бесчисленных возможностей, бесконечно разверзающихся в несказанной полноте и силе и через миг исчезающих для новой смены — такова блистательная характеристика Дионисова культа.
Впоследствии Н. Бердяев писал: «Два противоположных начала легли в основу формации русской души —
? природная, дионисическая, языческая стихия и
? аскетически-монашеское православие».
«В русской душе всегда сохраняется доныне дионисический, экстатический элемент». Примером могут служить русские народные песни.
Итак, хаос совмещает в себе принципы универсального порождения и универсального поглощения, является излюбленным образом античной философии на протяжении всей ее истории. Хаос — это не только буйство слепых стихий, сумбур необузданных страстей и желаний, искушение абсурдным действием. Это еще рождение новых возможностей, их спонтанное появление в бурлящем, клокочущем вихре перемен. Слепой и алчный хаос делает непостижимым тайну хаоса творческого. Философская мудрость, связывающая настоящее и далекое прошлое, призвана делать человека зрячим, постигающим хаос не только как буйство слепых стихий, но и как лоно вечного становления.
Этот вопрос уже частично затронут в предыдущем изложении.
Мифология — это совокупность мифов, рассказов, предания, повествования о жизни богов, героев, демонов, духов. Одна из существенных особенностей мифотворчества заключена в стремлении компенсировать фундаментальную потребность всего живого способствовать понижению меры хаоса. Заполняя пустоты неведомого («природа не терпит пустоты»), расширяя могущество человека до масштабов всеведения, миф всегда был направлен на упорядочивание чувственной сферы.
Но жизнь социального организма не строится по законам мифов. Поиски принципов гармонизации мира как целого выступали ведущей чертой философских систем, начиная от Сократа и кончая Хакеном, творцом синерге-. тики — теории самоорганизации (см. ТЕМУ 16.1.2).
Зло и мрак, хаос и бездна не вписываются во всеобщую гармонию и мыслились изначально как чуждые. Неузнаваемо искажая зеркальное отражение божественной красоты, они пугали существо, устремленное к всеобщей благодати, и поэтому объявлялись запредельными и вытеснялись на «тот свет». И тем не менее искусство и литература увековечили тему «пляски смерти», а демонология и демономания приобрели широкое распространение.
Хаос — широко распространенное нелинейное явление, которое встречается во всех дисциплинах. Это реальное устойчивое явление. Наверняка, многие исследователи обращали свой взор на хаос, приняв его за шум. Однако хаос возникает не только в искусственных системах, но и в любых системах, в том числе и в живых, где встречается нелинейность.
Проявление хаоса разнообразно. Это турбулентные клубы сигаретного дыма; водный след за судном на подводных крыльях; вихреобразное образование по ходу плывущего судна; «штопор» самолет при выходе из «пике»; внезапная потеря управления космическим кораблем; неожиданная выдача ЭВМ огромного потока случайных данных; разрушительное действие компьютерного вируса; возникновение фибрилляции сердца у сердечного больного; случайное перемещение магнитных полюсов Земли за последнее тысячелетие.
Хаос — это события, способные приводить к катастрофам. Потеря устойчивости рождает турбулентность. Не случайно в восточной философии распространен графический образ хаоса в виде завихрений. Вихреобразные рисунки и аналогичная символика на японских кимоно — наиболее узнаваемые признаки восточной символики, интуитивно навевающие образ хаоса. Возникающий мир дает начало всем вещам и миру в природе.
Сообщения о тех или иных проявлениях хаоса встречаются почти во всех научных дисциплинах: астрономии, физике, биологии, биофизике, химии, машиноведении, геологии, медицине, математике, теории плазмы, общественных науках и т.д.
В теории хаоса хаос представляет собой довольно необычную форму поведения какой-либо системы в уравновешенном состоянии. Характер системы оказывается настолько чувствительным к начальным условиям, что долговременное прогнозирование поведения становится невозможным.
Сейчас появилась новая наука — синергетика, которая делает своим предметом выявление наиболее общих закономерностей спонтанного структурирования, но о ней говорится в отдельной теме (см. ТЕМУ 16).
7.1.4. Социологизация понятий порядка и хаоса
Современная ситуация в мире характеризуется резко обострившимися процессами хаотизации, поглотившими столь желанную упорядоченность. На хаос бытовой, проявляющийся в проявлении множества воль, интересов, создающий сумятицу в экономике, накладывается хаос потревоженного естества, заявивший о себе все разрастающимся конфликтом мира естественного и мира искусственного. Если XVIII в. можно назвать сатиричным, XIX в. — патетичным, то XX в. можно назвать катастрофичным. Это хаос крупноисторического масштаба: первая мировая война, революция, вторая мировая и Отечественная войны, крушение политических режимов стран Восточной Европы, афганская и чеченская войны...
Социологизация понятий порядка и хаоса имели своим следствием принципиально отрицательные отношения к хаосогенным структурам и полное принятие упорядоченных. С новой силой прозвучал древнекитайский вывод из книги «Дао-дэ цзин»: «Непочитание мудрости, назначение на должность неспособных — в результате хаос в стране». Распространился призыв к тому, чтобы сильная рука приостановила сползание к хаосу. Хаос же отождествлялся с беспорядком и отражал такое состояние общественной системы, когда функционирование ее рассогласованных элементов было сопряжено с появлением предсказуемых последствий и вело к деградации и распаду.
Между тем такая понятная и даже оправданная в размеренном человеческом бытии позиция при своей абсолютности искажала картину мира. Она вступала в конфликт с естествознанием, представляющим процесс развития как взаимосвязь структурирования и хаотизации. Она была несовместима с видением мира, учитывающим не только особенности структурогенеза, но и разупорядочивания. Кроме того, социологизация категорий порядка и хаоса, выявляющая исключительно предпочтение порядку и негативное отношение к хаосу, шла вразрез с глубоко философской традицией.
Можно выделить ряд причин и обстоятельств, в результате которых происходит потеря устойчивости и переход к хаосу. К их числу относятся:
1. Шумы, внешние помехи, возмущающие факторы (хаос и шум часто отождествляют).
2. Наличие большого числа степеней свободы, которыми обладает система в процессе своего функционирования. Она может в этом случае реализовать совершенно случайные последовательности.
3. Достаточно сложная организация системы (например, хаос тропического леса).
4. «Эффект бабочки», суть которого сводится к тому, что нелинейные системы чрезвычайно чувствительны к начальным условиям и обладают свойством быстро разводить первоначально близкие траектории (мушка, летающая перед носом короля, принимающего важные решения, может вызвать изменения в целом государстве). Такое выражение, как «попасть под горячую руку», или приведенная ниже шуточная английская песенка могут явиться примером этой причины хаоса:
Не было гвоздя — подкова пропала. Не было подковы — лошадь захромала. Лошадь захромала — командир убит, Конница разбита, армия бежит. Враг вступает в город, пленных не щадя, Оттого, что в кузнице не было гвоздя.
7.2. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ СООТНОШЕНИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА
Ретроспективный историко-философский анализ позволяет говорить о целом спектре концепций, осмысливающих взаимоотношение порядка и хаоса. Пространственная модель соотношения порядка и хаоса существует в двух вариантах.
Первый подход близок архаическому сознанию древних народов. В нем хаосу отводится периферия, т.е. все, что ниже упорядоченного мира, за его границами. Впоследствии понятие «вне» приобретает строгую направленность: хаос понимается как движение вниз, в недра, в глубины. Но он не только пугает буйством преисподней, но также и привлекает скрытыми там несметными богатствами и сокровищами. Богиня преисподней — Персефона — прославляет богатства земных недр, т.е. ее значение амбивалентно (амбивалентность — двойственность, когда один и тот же объект вызывает у человека одновременно противоположные чувства, например, любви и ненависти). Такое двойственное, амбивалентное восприятие хаоса бытует в народно-фольклорной литературе и по сей день: направление вниз свойственно всем формам народно-праздничного веселья и гротескного реализма. Направление вниз присуще дракам, побоям, ударам: царей и королей низвергают с трона, в драках сбрасывают на землю. Все завершенное, отжившее, ограниченное, устаревшее бросается в земной и телесный низ для смерти и нового рождения. В землю втаптывают, в нее хоронят, но в нее же и бросают зерно, т.е. завершают посев и собирают жатву.
Таким образом, первый вариант пространственной концепции взаимоотношений порядка и хаоса включает в себя понимание хаоса как периферии, удаленной от упорядоченного центра, а затем и от материально-телесного низа в его амбивалентной значимости.
Второй вариант этой концепции оформился еще у Аристотеля и стоиков. Хаос понимался ими как физическое место, необходимое для существования тел. Это разверстая бездна, пустота, т.е. хаос противопоставляется пространственной оформленности вообще и геометрической фигуре в частности. Последние потому и возможны, так как имеется первопотенция. Этот вариант близок к концепции, рассматривающей n-мерную длительность, которая несет в своем потоке и позволяет чередоваться хаотически неистовым и размеренным, упорядоченным фазам становления. Стадии мирового пожара чередуются с периодами восстановления.
7.3. ПОИСК МЕХАНИЗМОВ ОБЪЯСНЕНИЯ ПОРЯДКА И ХАОСА
О чем бы ни шла речь: о неистовых водных стихиях вихре, смерче, вулканическом извержении земной плазмы, — везде при характеристике хаоса бесспорным является чрезмерный, колоссальный переизбыток энергии. Поэтому при исследовании процессов хаотизации достаточно важным оказывается понимание его энергетической стороны.
В XX в. чуждые лирике физики доказали, что на макроуровне хаос выполняет функции генетического начала. Бесконечная «пляска» электронов во всем аналогична древнегреческому принципу спонтанного становления. Э. Шредингер, один из создателей квантовой механики, пришел к выводу, что «могущественный порядок точных физических законов возникает из атомной и молекулярной неупорядоченности». Ныне мы знаем, что вдали от равновесия могут спонтанно возникать новые типы структур. В сильно неравновесных условиях может совершаться переход от беспорядка, теплового хаоса, к порядку. Хаос может выступать как сверхсложная упорядоченность, а среда, предстающая перед нашим взором совершенно беспорядочным, случайным скоплением элементов, на самом деле включает в себя необходимое для рождения огромное число упорядоченных структур разного типа, сколь угодно сложных и законченных.
Хаос, беспорядок, стихийность, бесструктурность, сто-хастичность, как и порядок, гармония, структура, организация, — понятия достаточно близкие. Беспорядок — Это не только хаос. Хаос — это наличие испорченного порядка. Беспорядок — это такое состояние, когда налицо много вещей, но нет основания отличать одну вещь от другой. Порядок есть не что иное, как различимое отношение совокупности вещей. Говоря о неупорядоченном состоянии, имеют в виду идеал порядка, который в данном случае не реализуется. Случайное распределение — признаки, характеризующие хаосомность.
Оказывается, что высокая чувствительность к начальным условиям, приводящая к хаотическому и непредсказуемому поведению во времени, — это не исключение, а типичное свойство многих систем.
Э. Шредингер характеризует наличие двух механизмов, которые могут производить упорядоченные явления — статистический механизм, создающий порядок из беспорядка, которому следует ПРИРОДА, и новый механизм, создающий порядок из беспорядка, на котором базируется поведение живого вещества. Если система предоставлена сама себе, то она переходит из наименее вероятного состояния к наиболее вероятностному, тенденцией ей будет разупорядочивание, хаотизация. Все, что происходит в косной материи, увеличивает хаос в той части материи, где это происходит.
Живой организм противится переходу к атомарному хаосу. На протяжении своей непродолжительной жизни он проявляет способность поддерживать себя и производить упорядоченные явления. Организм обладает уникальным свойством — концентрировать в себе поток порядка, пить упорядоченность из внешней среды. В мире живого проявляется направленность к положительному приспособительному эффекту.
Работа с информацией в визуализированной форме графических образов открыла перед исследователями фантастический, завораживающий мир структур, скрывающийся за видимым хаотическим поведением окружающего мира, благодаря ЭВМ и компьютерам.
Г. Хакен считает, что существуют одни и те же принципы самоорганизации различных по своей природе систем, от электронов до людей. На их нахождение и направлена синергетика.
Ученые, работающие над проблемой самоорганизации материи, выделяют такую структуру, как аттракторы — притягивающие множества. Они как бы образуют центры, к которым тяготеют элементы. Когда, например, скапливается большое количество народа, почти невозможно пройти мимо и не примкнуть к ним. В обыденной жизни это называется любопытством, а в живом мире это получило название «сползание в точку скопления». Аттракторы притягивают и концентрируют вокруг себя стохастические элементы, которые как бы вбирают в себя хаос, одновременно структурируют Среду, являются участниками созидания порядка (можно вырастить кристаллы, поместив в концентрированный солевой раствор шерстяную нитку).
7.4. РОЛЬ ЭНТРОПИИ КАК МЕРЫ ХАОСА
Энтропия, в переводе с греческого, означает превращение. Это понятие впервые было введено в термодинамике для определения меры рассеяния энергии. В теории информации это понятие используется как мера неопределенности, возможность иметь разные исходы. Роль энтропии как меры хаоса стала очевидной после установления связи между механическими и тепловыми явлениями, открытия принципа сохранения энергии и понятия необратимости. Постоянный обмен энергии, лежащий в основе всех процессов, заставляет задумываться как о ее рассеянии, так и о ее источнике.
Все процессы в природе протекают в направлении увеличения энтропии. Термодинамическому равновесию системы, в которую не поступает энергия извне, соответствует состояние с МАКСИМУМОМ ЭНТРОПИИ. Равновесие, которому соответствует наибольший максимум энтропии, называется абсолютно устойчивым. Таким образом, увеличение энтропии системы означает переход в состояние, имеющее большую вероятность. Необратимые процессы протекают самопроизвольно до тех пор, пока система не достигнет состояния, которому соответствует наибольшая вероятность, а энтропия при этом достигает своего максимума.
Энтропия характеризует вероятность, с которой устанавливается то или иное состояние, и является мерой хаотичности или необратимости. Это мера беспорядка в системах атомов, электронов, фотонов и других частиц. Чем больше порядка, тем меньше энтропия. Деградация качества энергии означает увеличение беспорядка в расположении атомов и в характере электромагнитного поля внутри системы. То есть все процессы, «пущенные на самотек», всегда протекают так, что их беспорядок увеличивается.
Натурфилософская версия тяготела к двум возможным подходам в объяснении порядка: математизированному и организмическому.
7.5.1. Математизированный порядок
В рамках этого подхода было сформулировано убеждение, что только математика способна и позволяет открыть порядок там, где царил хаос. Оно делало самоценным математические изыскания, наделяя их высшим смыслом и порождая научную парадигму, в которой хаосу места нет. Хаос был изгнан из строго математической теории Галилея.
Отношение порядка упорядочивает элементы множества, на котором оно определено. Разнообразнейшие примеры структур представляют собой иерархии объектов, имеющих вид «деревьев». Определение порядка связано с индивидуальным строением упорядоченного множества. Если из двух натуральных чисел предшествующим считать меньшее, то натуральный ряд не только упорядочен, но и вполне упорядочен.
В математизированном подходе преобладают рассуждения, обосновывающие исчисление всех прошлых и будущих состояний Вселенной на основании того, что относительно какого-то момента известны все силы и положения частей.
Организмический подход основан на логике, что все существа произошли от существ, себе подобных, т.е. порождение подобного подобным. Этот тип исследования был свойствен и Аристотелю, так как основными факторами, на которые он опирался, были факты из жизни животных: процессы рождения организмов из семян (именно семена Анаксагор закладывал в основу всего сущего). Одним из главных источников аристотелевского мышления явилось наблюдение эмбрионального развития — высокоорганизованного процесса, в котором все взаимосвязано и внешне независимые события происходят, как бы подчиняясь глобальному плану. Подобно развивающемуся зародышу, вся аристотелевская теория построена на конечных причинах. Цель всякого изменения состоит в том, чтобы реализовать в каждом организме идеал его рациональной сущности.
В организмической версии будущее становится неизвестным не в силу изначальной определенности всех начальных положений объектов, начальных скоростей материальных частиц, действующих сил и результирующих дифференциальных уравнений. Будущее определено, так как содержится в потенции в зародышевом состоянии, в предшествующей основе. Вся информация о будущем дубе уже содержится в желуде. Организмический тип упорядоченности предполагает не просто упорядоченность, а типологически размеренную упорядоченность по восходящей линии, ориентирующуюся на достижение более совершенного и организованного состояния.
В XIX в. биологическая мысль взяла верх над математической, чему способствовало появление труда Ч. Дарвина. Форма эволюционного мышления обрела весомую объяснительную силу.
Даже государство имеет естественное происхождение, подобно живым организмам. Организмический тип развития предполагает к осуществлению лишь то, что заложено. Общество, система или индивид имеет внутри себя программу естественного развития, предполагающую весь спектр его функциональных возможностей. Понятие «закон» наряду с его традиционным значением «начало», имеет еще и такое значение, как «зародыш», «зачать». А следовательно, понятие «закон» включает в себя представление о начале, заключающем последующую программу поведения.
7.5.3. Психологическая версия порядка
В психологической версии ответа на вопрос об источнике порядка может быть суждение о том, что вся власть над миром сосредоточена в душе страждущего. Каждый человек несет в себе истинную суть мира. Знаменитый немецкий писатель Г. Гессе говорил: «В действительности любое Я, даже самое наивное, — не единство, а многосложный мир, это маленькое звездное небо, хаос форм степеней и состояний, наследственности и возможностей». И. Кант говорил, что больше всего его удивляют звездное небо над головой и внутренний мир внутри нас.
Стоит субъекту, мыслящему себя частью Вселенной, погрузиться в мир собственных переживаний, как он находит там сумбур бушующих страстей. А как страшен хаос в душе! Внезапность обрушившихся на человека эмоционально насыщенных мыслей-образов, сумбур необузданных страстей и желаний, искушение абсурдным действием... Человек утрачивает единство своего Я, забывает свои предназначение и цель. Он — множество ликов и личин, их хитросплетений, обращенных к внезапным и необратимым решениям. Защитная стена уравновешенности и покоя падает, защитная оболочка сознания пробивается... Стихия враждебных сил — вибрации хаоса — гонит к смешению мыслимого и действительного.
Единственное Я — нормальное и одержимое одновременно. Это открытость естественной спонтанности, вихрю ощущений. Это весь мир, множество состояний, бездна отчаяния и выси восторга, вся острота внезапных взлетов и болезненных падений.
Поэтому глубокая медитация и нахождение единственно верного переживания, которое придает смысл всему существующему, — вот путь упорядочивания мира. Практически эффектом медитации является снятие стрессов, а вместе с этим — облагораживание помыслов, очищение сознания, мирное, благочестивое настроение.
Однако достигнутое равновесие и устойчивость длятся недолго. Первым возбудителем покоя является потребность. Удовлетворенная, она рождает новую.
Полнокровное функционирование такой уникальной открытой системы, каким является человек, обеспечивает лишь напряженный поиск смысла существования и удовлетворения потребностей. Стремление к смыслу заявляет о себе лишь на определенной стадии развития личности:
? фрейдовский принцип удовольствия является ведущим принципом поведения маленького ребенка;
? адлеровский принцип могущества является ведущим принципом подростка;
? стремление к смыслу является ведущим принципом поведения зрелой личности взрослого человека. Итак, цель — в обретении смысла, но как и в чем?
Самый парадоксальный и доступный ответ состоит в том, что обретение смысла состоит в напряженном его поиске.
7.6. ДИАЛЕКТИЧЕСКОЕ ЕДИНСТВО 0-МЕРНОЙ ТОЧКИ
Структура пространства дает нам возможность обсудить истоки полного хаоса и высшей упорядоченности. Они находятся в диалектическом единстве 0-мерной точки. Расходящиеся во все стороны направления олицетворяют полную неупорядоченность (хаос). Сходящиеся в одну точку направления, наоборот, являются воплощением полной упорядоченности.
Однако раздвоением единого на противоположности дело не ограничивается. 0-мерных точек — бесконечное множество, поэтому возможности хаоса неограниченны. Но это же и ведет к возможности образования центров сходящихся направлений, т.е. хаос направлений содержит в себе возможность упорядоченности. То же самое произойдет, если представить, что в каждой из бесконечного множества точек направления расходятся — одновременно будет возникать хаос. Это говорит о том, что структура пространства не допускает ни полного хаоса, ни полного порядка. Но положение «фифти-фифти» (50x50) в природе не наблюдается. Значит, у ПРИРОДЫ есть некий набор средств противостоять нарастанию хаоса и развитие жизни на Земле — яркий тому пример.
Равнозначность точек и направлений говорит о равновесном состоянии пространства и является основой его существования. Любое локальное нарушение этого пространства вызывает реакцию противодействия, которая создает динамическое равновесие с тем, что вызвало это нарушение. Эти проявления называются сегодня полями. Таков один из уровней бытия.
Современный уровень развития проблематики порядка и хаоса формулирует три существенных дополнения к традиционным взглядам:
1. Представление о хаосе как источнике гибели и деструкции (разрушения) заменяется более емким пониманием хаоса как основания для установления упорядоченности, причины спонтанного структурирования.
2. Определение хаоса как состояния, производного от первичной неустойчивости материальных взаимодействий, подразумевается универсальной характеристикой, охватывающей живую, косную (неживую) и социально-организованную материю.
3. Хаос — это не только бесформенная масса, а сверхсложноорганизованная последовательность, логика которой представляет большой интерес.
ТЕМА 8. ПРИНЦИПЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ, СУПЕРПОЗИЦИИ, ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Принцип дополнительности был сформулирован датским физиком Н. Бором в 1927 г. Это принципиальное положение квантовой механики, согласно которому получение информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами являются, например, координата частицы и ее скорость (импульс) (принцип неопределенности — см. ТЕМУ 6.5). В общем случае дополнительными друг к другу являются, например, направление и величина момента количества движения, кинетическая и потенциальная энергия, напряженность электрического поля в данной точке и число фотонов и т.д.
С точки зрения этого принципа, состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенное значение, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин определена точно, то значение другой полностью неопределенно.
Таким образом, принцип дополнительности фактически отражает объективные свойства квантовых систем, не связанных с существованием наблюдателя.
Принцип суперпозиции (принцип наложения, так как «супер» — сверх, в данном случае — «сверх позиции», т.е. «позиция на позиции») — это допущение, согласно которому результирующий эффект сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым эффектом в отдельности, при условии, что эффекты не влияют взаимно друг на друга.
Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, по которому складываются две силы, воздействующие на тело. Встречный ветер тормозит движение — принцип суперпозиции проявляется здесь в полной мере.
Принцип суперпозиции играет большую роль в теории колебаний, теории цепей, теории полей и других разделах физики и техники. В микромире принцип суперпозиции — фундаментальный принцип, который вместе с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики.
Значительное влияние на развитие научной мысли оказал известный итальянский физик Г. Галилей, которому человечество обязано принципом относительности, сыгравшим большую роль не только в, механике, но и во всей физике.
8.3.1. Принцип относительности Галилея
Принцип относительности Галилея гласит: «Никакими механическими опытами, произведенными в инерциаль-ной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое».
Иными словами: все законы механики инвариантны (неизменны, т.е. имеют один и тот же вид) во всех инер-циальных системах отсчета, ни одна не имеет преимущества перед другой.
8.3.2. Принцип относительности Эйнштейна
Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея на все явления природы. Принцип относительности Эйнштейна гласит: «Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое». Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
8.3.3. Теория относительности Эйнштейна
Принцип относительности явился первым постулатом, который Эйнштейн положил в основу созданной им теории относительности. Второй постулат — принцип постоянства скорости света (ППСС): скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета, по всем направлениям. Она не зависит от движения источника света и наблюдателя. При сложении любых скоростей результат не может превысить скорость света в вакууме, т.е. эта скорость — предельная.
Теория, созданная А. Эйнштейном для описания явлений в инерциальных системах отсчета, основанная на приведенных выше двух постулатах, называется специальной теорией относительности (СТО). В СТО протяженность и длительность меняются в движущихся системах отсчета, одновременность событий не абсолютна и зависит от выбора системы отсчета. Механика больших скоростей, где скорость приближается к скорости света, называется релятивистской механикой. Она опирается на два постулата Эйнштейна и не отменяет классическую механику, а лишь устанавливает границы ее применимости СТО подтверждена обширной совокупностью фактов и лежит в основе всех современных теорий, рассматривающих явления при релятивистских, т.е. близких к скорости света, скоростях.
А. Эйнштейн:
1. Создал современную научную картину мира и современный стиль физического мышления.
2. Разработал физическую теорию пространства и времени, основываясь на философских идеях.
3. Пересмотрел казавшуюся незыблемой механическую картину мира.
4. Пытался построить единую теорию поля, которая свела бы в одно целое гравитацию и электромагнетизм, а в перспективе объяснила бы и многообразный мир элементарных частиц.
Парадоксы не были для Эйнштейна самоцелью. Они вытекали из простых и прозрачных исходных принципов и были логически неизбежны. Вместе с тем, по Эйнштейну, понятия и теории не вытекают непосредственно из опыта и не сводятся к нему. Когда теория построена, ее следствия сравнивают с опытом и в случае совпадения говорят об оправдании теории.
Но не меньшее значение имеет критерий внутреннего совершенства и простоты теории, который может выбрать из бесконечного множества теоретических возможностей единственно адекватную и тем самым отобразить гармонию мира. В основе СТО лежат простота математического аппарата, прозрачность и немногочисленность физических идей и принципов.
Одним из косвенных результатов СТО Эйнштейна явилась доказанная ею необходимость анализа, казалось бы, хорошо известных понятий, которые многие поколения воспринимали как нечто привычное, не требующее разъяснения.
В этом плане историю науки можно представить как историю попыток уточнения содержания и области применения научных понятий. И здесь успех всегда сопутствовал понятиям, которые выделялись своей эстетической привлекательностью. К таким понятиям может быть отнесена симметрия, которая с древнейших времен фигурировала в качестве скорее эстетического критерия, чем строго научного понятия.
В ходе общественной практики человечество накопило много фактов, свидетельствующих как о строгой упорядоченности, равновесии между частями целого, так и о нарушениях этой упорядоченности. В этой связи можно выделить следующие четыре категории симметрии:
? симметрия;
? асимметрия;
? дисимметрия;
? антисимметрия.
Симметрия (от греч. symmetria — соразмерность) — однородность, пропорциональность, гармония, инвариантность структуры материального объекта относительно его преобразований. Это признак полноты и совершенства. Лишившись элементов симметрии, предмет утрачивает свое совершенство и красоту, т.е. эстетическое понятие.
Эстетическая окрашенность симметрии в наиболее общем понимании — это согласованность или уравновешенность отдельных частей объекта, объединенных в единое целое, гармония пропорций. Многие народы с древнейших времен владели представлениями о симметрии в широком смысле как эквивалентности уравновешенности и гармонии. В геометрических орнаментах всех веков запечатлены неиссякаемая фантазия и изобретательность художников и мастеров. Их творчество было ограничено жесткими рамками, требованиями неукоснительно следовать принципам симметрии. Трактуемые несравненно шире, идеи симметрии нередко можно обнаружить в живописи, скульптуре, музыке, поэзии. Операции симметрии часто служат канонами, которым подчиняются балетные па: именно симметричные движения составляют основу танца. Во многих случаях именно язык симметрии оказывается наиболее пригодным для обсуждения произведений изобразительного искусства, даже если они отличаются отклонениями от симметрии или их создатели стремятся умышленно ее избежать.
9.1.1.1. История возникновения категорий симметрии
Познавательную силу симметрии оценили философы Древней Греции, используя ее в своих натурфилософских теориях. Так, например, Анаксимандр из Милета, живший в первой половине VI в. до н. э., использовал симметрию в своей космологической теории, где в центре мира поместил Землю — главное, по его мнению, тело мира. Она должна была иметь совершенную, симметричную форму, форму цилиндра, а на периферии вращаются огромные огненные кольца, закрытые воздушными облаками и дырками, которые и кажутся нам звездами. Земля расположена точно в центре, и здесь симметрия имеет смысл равновесия.
Весы известны человеку с III в. до н. э. В состоянии равновесия массы грузов на разных концах коромысла одинаковы — положение коромысла симметрично относительно центра тяжести. Симметрия — это не только равновесие, но и покой: стоит добавить на одну из чашек весов дополнительный груз, как они придут в движение. Нарушено равновесие, исчезла симметрия — появилось движение.
Эмпедокл считал Вселенную сферой — воплощением гармонии и покоя. Сферос — огромный однородный шар, порождение двух противоположных стихий — Любви и Вражды. Первая стихия соединяет, вторая — разъединяет. Их гармония — симметрия — приводит к устойчивому, циклическому равновесию мира — Сферосу. Преобладание одной или другой стихией — асимметрия — приводит к циклическому ходу мирового процесса.
Идею симметрии использовали и атомисты — Левкипп и Демокрит. По их учению, мир состоит из пустоты и атомов, из которых построены все тела и души. Таким образом, древнее искусство использовало пространственную симметрию.
Гармония (симметрия) состоит из противоположностей. В пространственной симметрии противоположности явно видны. Например, правая и левая кисти рук человека. Таких противоположностей древние ученые насчитали десять пар, например, чет — нечет, прямое — кривое, правое — левое и т.д.
Леонардо да Винчи не обошел своим вниманием и симметрию. Он рассмотрел равновесие шара, имеющего опору в центре тяжести: две симметричные половины шара уравновешивают друг друга и шар не падает. Как художник он главное внимание уделял изучению законов перспективы и пропорций, с помощью которых выявляются художественные достоинства произведений искусства.
В науку симметрия вошла в 30-х гг. XIX в. в связи с открытием Гесселем 32 кристаллографических классов и появлением теории групп как области чистой математики. Кристаллы наделены наибольшей величиной симметрии из всех реальных объектов, они блещут своей симметрией. Кристаллы — это симметричные тела, структура которых определяется периодическим повторением в трех измерениях элементарного атомного мотива.
Симметрия является основным предметом изучения кристаллографии. Она — основной теоретический принцип и практический метод классификации кристаллов. Симметричной в кристаллографии считается фигура, которая делится без остатка на равные и одинаково расположенные части. Величина симметрии определяется наибольшим числом равных и одинаково расположенных частей фигуры, на которые она делится без остатка.
Э. Галуа предложил классифицировать алгебраические уравнения по их группам симметрии. Ф. Клейн предложил взять идею симметрии в качестве единого принципа при построении различных геометрий.
Выйдя за пределы геометрии, эта идея, развиваясь, сделала очевидным тот факт, что принцип симметрии служит той единственной основой, которая может объединить все разрозненные части огромного здания современной математики. Клейн развил свою концепцию в физике и механике. Программа Клейна как задача поиска различных форм симметрии выходит за рамки не только геометрии, но и всей математики в целом, превращается в проблему поиска единого принципа для всего естествознания.
9.1.1.2. Симметрия в архитектуре
Прекрасные образы симметрии демонстрируют произведения архитектуры. Большинство зданий зеркально симметричны. Это обусловлено их функциональной природой. Общие планы зданий, архитектура фасадов, оформление внутренних помещений, орнаменты, карнизы, колонны, потолки, если их рассматривать с точки зрения присутствующих в них пространственных закономерностей, можно описать той или иной группой симметрии материальных фигур.
Особенно интересно проявление симметрии в древнерусских постройках, в частности в деревянных церквах, которыми издавна славилась Россия. В XVII—XVTII вв. на Руси были распространены так называемые ярусные храмы, завершавшиеся поставленными друг на друга, уменьшающимися по величине срубами. Старая русская архитектура дает много и других примеров интуитивного или сознательного использования симметрии для решения эстетических задач. Достаточно назвать колокольни, звонницы, сторожевые башни, внутренние опорные столбы. Более поздние каменные русские храмы, дворцы, садово-парковые ансамбли тоже несут на себе явный отпечаток симметрии.
Богатство симметрии и красота орнаментов кажутся бесконечными. Яркий пример тому — азербайджанские или турецкие ковры, где нет предела фантазии мастеров.
Применить парную меру при создании архитектурного сооружения или объекта — значит придать его пространственной структуре свойство взаимопроникновения подобий. Но оно должно быть согласовано с восприятием человека. Достаточно очевидно, что соединять в целостную структуру множественные части можно тогда, когда ясна композиция (например, детские кубики): композиционная связь скрепляется математическими соотношениями, сопоставлением однородных, либо противоположных элементов. Поэтому создавать непротиворечивые ассоциативные образы должны все средства художественной выразительности: пластика, цветовая гармония, пропорция. Придать ту или иную соразмерность прямоугольнику, очерчивающему силуэт постройки или его деталь, еще не значит создать эмоциональное или эстетическое воздействие. Но в целостности алгоритма объекта искусства силуэт и деталь играют важнейшую роль — об этом свидетельствуют сами памятники архитектуры, привлекающие наше внимание своей выразительностью и эстетическими достоинствами.
История архитектуры знает ассоциации разного типа. Существует архитектурный образ как символ величия и значимости, с абсолютным канонизмом выраженной геометрией пирамиды. Существует другой архитектурный образ, ассоциирующий тело человека (Парфенон), существуют также образы, заключившие в архитектурную оболочку ассоциации состояний души человека, существуют и образы, ассоциативно соединяющие с образом человека ландшафты (например, храмы древних Пскова и Новгорода).
Искусство архитектора состоит в том, чтобы заставить различные средства художественной выразительности выстроить один, верно прочувствованный в отношении функций и окружения образ, чтобы ассоциации, которые осуществляют светотень, контурная линия и пропорциональный строй дополняли бы друг друга. В эпоху Древней Греции классический греческий храм является носителем человеческого начала: он существует на языке архитектуры монументализированного человека — героя. Периптер состоит из ряда индивидуальных колонн. Сама форма колонны вызывает ассоциации, связанные с человеческим телом. Прежде всего — вертикальные колонны. Ведь вертикаль — это главная ось человеческою тела, характерная особенность внешнего облика человека, главного его отличия от облика животного. Колонна полновесна, в ней вертикаль превратилась в реальное тело. Телесность ствола колонны особенно усиливается благодаря неравновесному утончению самого ствола, которое окончательно лишает его абстрактной математичности и придает ему характер органической материи. Колонна Парфенона воспроизводит с математической точностью канон пропорций человеческого тела, описанный Витрувием, изображенный Леонардо да Винчи, Микеланджело, но ни Витрувий и никто другой не заметили бы это.
Что значит воспроизводить пропорцию, крепость и красоту мужского тела в колоннаде? Это значит воспроизвести его способность принять на себя тяжесть антаблемента. Атланты, заменив собой в ряде случаев колонны, склоняют головы, чтобы принять тяжесть антаблемента руками.
Желая воспроизвести в колонне крепость мужского тела и рассуждая по аналогии, строитель установил аналогию между стволом колонны и телом человека, измеренным от стопы до основания шеи. В этом нет ни малейших сомнений. Греки называли ствол колонны «телом». Камни, из которых сложен Парфенон, свидетельствуют о том же. И действительно, в каноне Витрувия отношение стопы к росту равно 1:6, а отношение высоты головы и шеи к росту также 1:6 (по Витрувию, Леонардо да Винчи, Микеланджело). Отсюда ясно, что стопа относится к высоте тела как 1:6. В античном храме вся суть — в колонне. Воздушное пространство вторично, оно лишь выгодный фон, на котором эта колонна читается.
В крестово-купольном храме суть — пространство интерьера, а стены, столбы и своды — только оболочка, формирующая и фиксирующая форму пространства конструкции.
Архитектура храмов Новгорода и Пскова — новое звено в отношении мастера к ассоциативному образу. Она имеет другой строй ассоциации, который сдвигается в сторону более открытого и непосредственного обобщения образа человека, заменяет ассоциации тонкими, почти неуловимыми, легко угадываемыми. Здесь нередко в целом объеме храма ассоциирован богатырь-воин. Появляются одноглавые храмы с крепким объемом, покрытиями, закругленными, словно плечи воина, главами. Глава венчается шлемовидным покрытием. Храмы стоят, словно вросшие в землю по пояс былинные богатыри.
Египетские пирамиды — это не только сооружение, поражающее воображение простотой форм и их грациозностью, контрастом между ростом человека и необъятностыо его творения. Это не только памятники строительного, инженерного, математического и астрономического знания и образы, смысл которых помогает понять геометрия. Великие пирамиды задуманы как геометрический символ — полуоктаэдр. Наклон ребра, определенный отношением 1:1, есть смысловой образ: величие, незыблемость, вечность. Ибо пирамида не принижена, не покорена пустыней и в то же время вертикализмом своим не противопоставлена окружающему пространству. Полуоктаэдр есть пирамида, квадратная в плане, вертикальные диагональные сечения которой образуют прямоугольные фигуры.
Они задуманы так, чтобы ребра пирамиды казались одинаково склоненными к горизонту и к зениту: впечатлением, которое надлежало произвести пирамиде, должен быть треугольник с прямым углом в вершине, причем основание пирамиды воспроизводится как стороны двойного квадрата 2, а высота — как 1.
Теория узоров берет свое начало в математике большинства народов древнего мира. Изящество форм и линий, которыми отличается искусство орнамента древних, наводит на мысль о том, что художники того времени были осведомлены об абстрактной проблеме покрытия плоскости конгруэнтными и различными многоугольниками. Типы симметрии, которые встречаются в повторяющихся узорах, ограничены типами симметрии форм, используемых для построения узоров. Последние же ограничены числом способов, которыми можно составить многоугольник, чтобы покрыть плоскость без промежутков и наложений, или многогранники, чтобы заполнить трехмерное пространство. Узоры на обоях, кафельных плитах и стенах основаны на параллелограммах, треугольниках, квадратах, шестиугольниках и т.п.
Теорию симметрии можно считать торжеством человеческого разума. Она включает в себя восприятие порядка в хаотической Вселенной, изучение форм, которые могут принимать упорядочение и придавать значение наблюдаемому.
Техника пока интуитивно, подсознательно использует и заимствует законы природной симметрии, тело, обладающее весовой и пространственной, геометрической симметрией, имеет суженный спектр частот собственных колебаний, что соответствует более устойчивой жизнедеятельности тела и организма. В технике плоскость симметрии делит машину на две равные части. Любой станок, машина, прибор, механизм, узел должны компоноваться вокруг установленной оси симметрии.
Асимметрия — это несимметрия, т.е. такое состояние, когда симметрия отсутствует. Но еще Кант говорил, что отрицание никогда не является простым исключением или отсутствием соответствующего положительного содержания. Например, движение — это отрицание своего предыдущего состояния, изменение объекта. Движение отрицает покой, но покой не есть отсутствие движения, так как очень мало информации и эта информация ошибочна. Отсутствия покоя, как и движения, не бывает, поскольку это две стороны одной и той же сущности. Покой — это другой аспект движения.
Полного отсутствия симметрии также не бывает. Фигура, не имеющая элемента симметрии, называется асимметричной. Но, строго говоря, это не так. В случае асимметричных фигур расстройство симметрии просто доведено до конца, но не до полного отсутствия симметрии, так как эти фигуры еще характеризуются бесконечным числом осей первого порядка, которые также являются элементами симметрии.
Асимметрия связана с отсутствием у объекта всех элементов симметрии. Такой элемент неделим на части. Примером является рука человека.
Асимметрия — это категория, противоположная симметрии, которая отражает существующие в объективном мире нарушения равновесия, связанные с изменением, развитием, перестройкой частей целого. Так же, как мы говорим о движении, имея в виду единство движения и покоя, так же симметрия и асимметрия — две полярные противоположности объективного мира. В реальной природе нет чистых симметрии и асимметрии. Они всегда находятся в единстве и непрерывной борьбе.
На разном уровне развития материи присутствует то симметрия (относительный порядок), то асимметрия (тенденция нарушения покоя, движение, развитие), но всегда эти две тенденции едины и их борьба абсолютна.
Реальные, даже самые совершенные кристаллы далеки по своей структуре от кристаллов идеальной формы и идеальной симметрии, рассматриваемой в кристаллографии. В них имеются существенные отступления от идеальной симметрии. Они имеют и элементы асимметрии: дислокации, вакансии, оказывающие влияние на их физические свойства.
Приведенные определения симметрии и асимметрии указывают на универсальный, общий характер симметрии и асимметрии как свойств материального мира. Анализ понятия симметрии в физике и математике (за редким исключением) имеет тенденцию к абсолютизации симметрии и трактовке асимметрии как отсутствия симметрии и порядка. Антипод симметрии выступает как понятие чисто негативное, но заслуживающее внимания и остается в тени. Значительный интерес к асимметрии возник в середине XIX в. в связи с опытами Л. Пастера по изучению и разделению стереоизомеров.
9.1.2.1. Асимметрия в живой природе
Молекулярная асимметрия была обнаружена и открыта Л. Пастером, которому удалось выделить левые и правые кристаллы винной кислоты. Асимметрия кристаллов кварца — в его оптической активности. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер.
Если считать, что равновесие характеризуется состоянием покоя и симметрии, а асимметрия связана с движением и неравновесным состоянием, то понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Всеобщий закон биологии — принцип устойчивого термодинамического равновесия живых систем, определяет специфику биологической формы движения материи. Действительно, устойчивое термодинамическое равновесие (асимметрия) является основным принципом, который не только охватывает все уровни познания живого, но и выступает в качестве ключевого принципа постановки и решения происхождения жизни на земле.
Понятие равновесия может быть рассмотрено не только в статическом аспекте, но и в динамическом. Симметричной считается среда, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, среда с высокой энтропией и максимальным беспорядком частиц. Асимметричная среда характеризуется нарушением термодинамического равновесия, низкой энтропией и высокой упорядоченностью структуры.
При рассмотрении целостного объекта картина меняется. Симметричные системы, например, кристаллы, характеризуются состоянием равновесия и упорядоченности. Но асимметричные системы, которыми являются живые тела, также характеризуются равновесием и упорядоченностью с тем только различием, что в последнем случае имеем дело с динамической системой.
Таким образом, устойчивое термодинамическое равновесие (или асимметрия) статической системы есть другая форма выражения устойчивого динамического равновесия, высокой упорядоченности и структурности организма на всех его уровнях. Такие системы называются асимметричными динамическими системами. Здесь нужно только указать, что структурность носит динамический характер.
Понятие равновесия тоже не является только статическим, имеется и динамический аспект. Состояние симметрии и движения не есть нарушение равновесия вообще, а есть состояние динамического равновесия. Здесь можно говорить о мере симметрии вообще, подобно тому, как в физике оперируют понятием движения.
9.1.2.2. Асимметрия как разграничивающая линия между живой и неживой природой
Пастером было установлено, что все аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, являются «левыми», т. е. отличаются оптическими свойствами. Объяснить происхождение «левизны» живой природы он пытался асимметрией, глобальной анизотропией пространства.
Вселенная есть асимметричное целое, и жизнь в таком виде, в каком она представляется, должна быть функцией асимметрии Вселенной и вытекающих отсюда следствий. В отличие от молекул неживой природы молекулы органических веществ имеют ярко выраженный асимметричный характер. Придавая большое значение асимметрии живого вещества, Пастер считал ее именно той единственной, четко разграничивающей линией, которую в настоящее время можно провести между живой и неживой природой, Т.е. тем, что отличает живое вещество от неживого. Современная наука доказала, что в живых организмах, как и в кристаллах, изменениям в строении отвечают изменения свойств.
Для неживой природы характерно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой природе на микроуровне преобладает асимметрия. Асимметрия на уровне элементарных частиц — это абсолютное преобладание в нашей части Вселенной частиц над античастицами.
Все это говорит о большом значении симметрии и асимметрии в живой и неживой природе, показывает их связь с основными свойствами материального мира, со структурой материальных объектов на микро-, макро- и мегауровнях, со свойствами пространства и времени как форм существования материи. Накопленные наукой факты показывают объективный характер симметрии и асимметрии как одних из важнейших характеристик движения и структуры материи, пространства и времени, наряду с такими характеристиками, как прерывное и непрерывное, конечное и бесконечное.
Развитие современного естествознания приводит к выводу, что одним из наиболее ярких проявлений закона единства и борьбы противоположностей является единство и борьба симметрии и асимметрии в структуре симметрии и в процессах, имеющих место в живой и неживой природе, что симметрия и асимметрия являются парными относительными категориями.
Таким образом, симметрия играет роль в сфере математического знания, асимметрия — в сфере биологического знания. Поэтому принцип симметрии — это единственный принцип, благодаря которому есть возможность отличать вещество биогенного происхождения от вещества неживого. Парадокс: мы не можем ответить на вопрос, что такое жизнь, но имеем способ отличать живое от неживого.
Еще в прошлом веке Л. Пастер и П. Кюри экспериментально открыли тот факт, что аминокислоты, из которых состоят живые организмы, способны к поляризации света, который через него проходит. Оптические изомеры — два ряда молекул, обладающие правой и левой симметрией. Они неразличимы по своим физико-химическим свойствам. Фильтром, позволяющим их различить, является особенность их симметрии: живое вещество всегда построено из однотипных, как правило, левых оптических изомеров. Ответа — почему так? — пока нет. Но благодаря этому есть возможность отличать живое вещество от неживого.
В распоряжении ученых сейчас есть определенное количества вещества космического происхождения — метеориты, лунный грунт, доставленные американцами в 1968 г. Его изучение показывает, что в космосе происходят процессы, в результате которых могут возникать биологические макромолекулы. Это приводит к мысли, что усложнение организации материи и выход ее в пред-биологическую форму характерны не только для нашей планеты, но пока, к сожалению, нет ни одного фактора, доказывающего, что в ближайшем космосе существует вещество биогенного происхождения. Поэтому предположение, что земная жизнь имеет земное происхождение является наиболее естественной.
Таким образом, открытие Пастера имеет огромное значение для понимания особенностей мирового эволюционного процесса и возникновения жизни. Одним из возможных следствий этого открытия является возможность нового осмысления молекулярного аспекта проблемы происхождения жизни.
Дисимметрией называется внутренняя, или расстроенная, симметрия, т.е. отсутствие у объекта некоторых элементов симметрии. Например, у рек, текущих вдоль земных меридианов, один берег выше другого (в Северном полушарии правый берег выше левого, а в Южном — наоборот). По Пастеру, дисимметричной является та фигура, которая не совмещается простым наложением со своим зеркальным отражением.
Величина симметрии дисимметричного объекта может быть сколь угодно высокой. Дисимметрию в самом широком смысле ее понимания можно было бы определить как любую форму приближения от бесконечного симметричного объекта к бесконечно асимметричному.
Антисимметрией называется противоположная симметрия, или симметрия противоположностей. Она связана с переменой знака фигуры: частицы — античастицы, выпуклость — вогнутость, черное — белое, растяжение — сжатие, вперед — назад и т.д.
Это понятие можно объяснить примером с двумя парами черно-белых перчаток. Если из куска кожи, две стороны которой окрашены соответственно в белый и черный цвета, сшить две пары черно-белых перчаток, то их можно различать по признаку правизны — левизны, по цвету — черноты и белизны, иначе говоря, по признаку знакоинформатизма и некоторому другому знаку. Операция антисимметрии состоит из обыкновенных операций симметрии, сопровождаемых переменой второго признака фигуры.
Симметрию и дисимметрию можно рассматривать, по крайней мере, в трех аспектах:
? как фундаментальные (общеизвестные) объективные законы, в соответствии с которыми должна протекать материальная и духовная жизнь человечества;
? как особый предмет исследования;
? как средство познания.
В последнем качестве они могут выступать сами по себе, а лишь в результате адекватного отражения их человеком — в виде соответствующих научных и эстетических категорий.
Познакомимся с основными понятиями классической симметрии, операциями симметрии. Можно выделить следующие операции симметрии:
? отражение в плоскости симметрии (отражение в зеркале);
? поворот вокруг оси симметрии (поворотная симметрия);
? отражение в центре симметрии (инверсия);
? перенос (трансляция) фигуры на расстояние;
? винтовые повороты.
9.2.1. Отражение в плоскости симметрии
Отражение — это наиболее известная и чаще других встречающаяся в природе разновидность симметрии. Зеркало в точности воспроизводит то, что оно «видит», но рассмотренный порядок является обращенным: правая рука у вашего двойника в действительности окажется левой, так как пальцы расположены на ней в обратном порядке. Всем, наверное, с детства знаком фильм «Королевство кривых зеркал», где имена всех героев читались в обратном порядке.
Зеркальную симметрию можно обнаружить повсюду: в листьях и цветах растений, архитектуре, орнаментах. Человеческое тело, если говорить лишь о наружном виде, обладает зеркальной симметрией, хотя и не вполне строгой. Более того, зеркальная симметрия свойственна телам почти всех живых существ, и такое совпадение отнюдь не случайно. Важность понятия зеркальной симметрии вряд ли можно переоценить.
Зеркальной симметрией обладает все, допускающее разбиение на две зеркально равные половинки. Каждая из половинок служит зеркальным отражением другой, а разделяющая их плоскость называется плоскостью зеркального отражения, или просто зеркальной плоскостью. Эту плоскость можно назвать элементом симметрии, а соответствующую операцию — операцией симметрии.
Отражение в зеркале — это один из способов повторения фигуры, приводящий к возникновению симметричного узора. Если использовать не одно, а два зеркала, то можно получить устройство, названное калейдоскопом, открытое в 1819 г. Д. Брюстером. В калейдоскопе совмещаются два вида симметрии: зеркальная и поворотная. Расположив зеркала под определенным углом, можно увидеть отражение, отражение отражения и т.д. Вечно изменяющаяся череда узоров завораживает взор каждого.
Если два зеркала не пересекаются, а установлены параллельно друг другу, то вместо орнамента с элементами, расположенными по кругу, получается бесконечный узор, который повторяется и напоминает бордюр или ленту из ткани.
С трехмерными симметричными узорами мы сталкиваемся ежедневно: это многие современные жилые здания, а иногда и целые кварталы, ящики и коробки, громоздящиеся на складах, атомы вещества в кристаллическом состоянии образуют кристаллическую решетку — элемент трехмерной симметрии. Во всех этих случаях правильное расположение позволяет экономно использовать пространство и обеспечивать устойчивость.
Внешний вид узора не изменится, если его повернуть на некоторый угол вокруг оси. Симметрия, возникающая при этом, называется поворотной симметрией. Примером может служить детская игра «вертушка» с поворотной симметрией. Во многих танцах фигуры основаны на вращательных движениях, нередко совершаемых только в одну сторону (т.е. без отражения), например, хороводы.
Листья и цветы многих растений обнаруживают радиальную симметрию. Это такая симметрия, при которой лист или цветок, поворчаиваясь вокруг оси симметрии, переходит в себя. На поперечных сечениях тканей, образующих корень или стебель растения, отчетливо бывает видна радиальная симметрия. Соцветия многих цветков также обладают радиальной симметрией.
9.2.3. Отражение в центре симметрии
Примером объекта наивысшей симметрии, характеризующим эту операцию симметрии, является шар. Шаровые формы распространены в природе достаточно широко. Они обычны в атмосфере (капли тумана, облака), гидросфере (различные микроорганизмы), литосфере и космосе. Шаровую форму имеют споры и пыльца растений, капли воды, выпущенной в состоянии невесомости на космическом корабле. На метагалактическом уровне наиболее крупными шаровыми структурами являются галактики шаровой формы. Чем плотнее скопление галактик, тем ближе оно к шаровой форме. Звездные скопления — тоже шаровые формы.
9.2.4. Трансляция, или перенос фигуры на расстояние
Трансляция, или параллельный перенос фигуры на расстояние — это любой неограниченно повторяющийся узор. Она может быть одномерной, двумерной, трехмерной. Трансляция в одном и том же или противоположных направлениях образует одномерный узор. Трансляция по двум непараллельным направлениям образует двумерный узор. Паркетные полы, узоры на обоях, кружевные ленты, дорожки, вымощенные кирпичом или плитками, кристаллические фигуры образуют узоры, которые не имеют естественных границ.
При изучении орнаментов, используемых в книгопечатании, были обнаружены те элементы симметрии, что и в рисунке выложенных кафельными плитами полов. Орнаментальные бордюры связаны с музыкой. В музыке элементы симметричной конструкции включают в себя операции повторения (трансляции) и обращения (отражения). Именно эти элементы симметрии обнаруживаются и в бордюрах.
Хотя в большинстве случаев музыка не отличается строгой симметрией, в основе многих музыкальных произведений лежат операции симметрии. Особенно заметны они в детских песенках, которые, видимо, поэтому так легко и запоминаются. Операции симметрии обнаруживаются в музыке средневековья и Возрождения, в музыке эпохи барокко (нередко в весьма изощренной форме). Во времена И.С. Баха, когда симметрия была важным принципом композиции, широкое распространение получила своеобразная игра в музыкальные головоломки. Одна из них заключалась в решении загадочных «канонов». Канон — это одна из форм многоголосной музыки, основанной на проведении темы, которую ведет один голос, в других голосах. Композитор предлагал какую-нибудь тему, а слушателям требовалось угадать операции симметрии, которые он намеревался использовать при повторении темы.
Природа задает головоломки как бы противоположного типа: нам предлагается завершенный канон, а мы должны отыскать правила и мотивы, лежащие в основе существующих узоров и симметрий, и наоборот, отыскивать узоры, возникающие при повторении мотива по разным правилам. Первый подход приводит к изучению структуры вещества, искусства, музыки, мышления. Второй подход ставит нас перед проблемой замысла или плана, с древних времен волнующей художников, архитекторов, музыкантов, ученых.
Трансляцию можно комбинировать с отражением или поворотом, при этом возникают новые операции симметрии. Поворот на определенное число градусов, сопровождаемый трансляцией на расстояние вдоль оси поворота, порождает винтовую симметрию — симметрию винтовой лестницы. Пример винтовой симметрии — расположение листьев на стебле многих растений.
Головка подсолнечника имеет отростки, расположенные по геометрическим спиралям, раскручивающимся от центра наружу. Самые молодые члены спирали находятся в центре.
В таких системах можно заметить два семейства спиралей, раскручивающихся в противоположные стороны и пересекающихся под углами, близкими к прямым. Но какими бы интересными и привлекательными ни были проявления симметрии в мире растений, там еще много тайн, управляющих процессами развития.
Вслед за Гете, который говорил о стремлении природы к спирали, можно предположить, что движение это осуществляется по логарифмической спирали, начиная всякий раз с центральной, неподвижной точки и сочетая поступательное движение (растяжение) с поворотом вращения.
9.2.6. Симметрия и законы роста
Внимательно приглядевшись к обступающей нас природе, можно увидеть общее даже в самых незначительных вещах и деталях. Форма листа дерева не является случайной: она строго закономерна. Листок как бы склеен из двух более или менее одинаковых половинок, одна из которых расположена зеркально Относительно другой. Симметрия листка упорно повторяется, будь то гусеница, бабочка, жучок и т.п.
Радиально-лучевой симметрией обладают цветы, грибы, деревья, фонтаны. Здесь можно отметить, что на не сорванных цветах и грибах, растущих деревьях, бьющем фонтане или столбе паров плоскости симметрии ориентированы всегда вертикально.
Таким образом, можно сформулировать в несколько упрощенном и схематизированном виде общий закон, ярко и повсеместно проявляющийся в природе: все, что растет или движется по вертикали, т.е. вверх или вниз относительно земной поверхности, подчиняется радиально-лучевой симметрии в виде веера пересекающихся плоскостей симметрии. Все то, что растет и движется горизонтально или наклонно по отношению к земной поверхности, подчиняется билатеральной симметрии, симметрии листка.
Этому всеобщему закону подчиняются не только цветы, животные, легкоподвижные жидкости и газы, но и твердые, неподатливые камни. Этот закон влияет на изменчивые формы облаков. В безветренный день они имеют куполовидную форму с более или менее ясно выраженной радиально-лучевой симметрией.
Влияние универсального закона симметрии является по сути дела чисто внешним, грубым, налагающим свою печать только на наружную форму природных тел. Внутреннее их строение и детали ускользают из-под его власти.
Рассмотрим игрушечную матрешку, цветок розы или кочан капусты. Важную роль в геометрии всех этих природных тел играет подобие их сходных частей. Такие части, конечно, связаны между собой каким-то общим, еще не известным нам геометрическим законом, позволяющим выводить их друг из друга.
К перечисленным выше операциям симметрии можно, таким образом, добавить операцию симметрии подобия, представляющую собой своеобразные аналогии трансляций, отражений в плоскостях, повороты вокруг осей с той только разницей, что они связаны с одновременным увеличением или уменьшением подобных частей фигуры и расстояний между ними.
Симметрия подобия, осуществляющаяся в пространстве и во времени, повсеместно проявляется в природе на всем, что растет. А ведь именно к растущим формам относятся бесчисленные фигуры растений, животных и кристаллов. Форма древесного ствола — коническая, сильно вытянутая. Ветви обычно располагаются вокруг ствола по винтовой линии. Это не простая винтовая линия: она постепенно суживается к вершине. Да и сами ветви уменьшаются по мере приближения к вершине дерева. Следовательно, здесь мы имеем дело с винтовой осью симметрии подобия.
Живая природа в любых ее проявлениях обнаруживает одну и ту же цель, один и тот же смысл жизни: всякий живой предмет повторяет себя в себе подобном. Главной задачей жизни является ЖИЗНЬ, а доступная форма бытия заключается в существовании отдельных целостных организмов. И не только примитивные организации, но и сложные космические системы, такие как человек, демонстрируют поразительную способность буквально повторять из поколения в поколение одни и те же формы, одни и те же скульптуры, черты характера, те же жесты, манеры.
Какое из чудес могло бы с большей силой поразить человеческое воображение, чем появление новой жизни? Пространство, которое было ничем, становится деревом, яблоком, человеком. Возникновение живого существа — явление целостное, это таинство, так как человек не умеет познавать неделимое, не расчленяя его.
Природа обнаруживает подобие как свою глобальную генетическую программу. Ключ в изменении тоже заключается в подобии. Подобие правит живой природой в целом. Геометрическое подобие — общий принцип пространственной организации живых структур. Лист клена подобен листу клена, березы — березе. Геометрическое подобие пронизывает все ветви древа жизни.
Какие бы метаморфозы ни претерпевала в процессе роста в дальнейшем живая клетка, принадлежащая целостному организму и выполняющая функцию его воспроизведения в новый, особенный, единичный объект бытия, она является точкой «начала», которая в итоге деления окажется преобразована в объект, подобный первоначальному. Этим объединяются все виды живых структур, по этой причине и существуют стереотипы жизни: человек, кошка, стрекоза, дождевой червь. Они бесконечно интерпретируются и варьируются механизмами деления, но остаются теми же стереотипами организации, формы и поведения.
Так же, как подобны одно другому целостные живые существа данного вида жизни, встроенные в ее непрерывно разветвляющуюся цепь, так же подобны одно другому и отдельные их члены, функционально специализированные.
Можно даже выделить, что функция зрения в целом, как и детальная структура органов зрительного восприятия, подчинена глобальному принципу организации жизни — принципу геометрического подобия.
Определяя пространственную организацию живых организмов, прямой угол, который, кстати, правит физическими процессами, организует жизнь силами гравитации. Биосфера (пласт бытия живых существ) ортогональна вертикальной линии земного тяготения. Вертикальные стебли растений, стволы деревьев, горизонтальные поверхности водных пространств и в целом земная кора составляют прямой угол. Прямой гол является объективной реальностью зрительного восприятия: выделение прямого угла осуществляют структуры сетчатки в цепи нейронных связей. Зрение чутко реагирует на кривизну прямых линий, отклонения от вертикальности и горизонтальности. Прямой угол, лежащий в основе треугольника, правит пространством симметрии подобий, а подобие, как уже говорилось, — есть цель жизни. И сама природа и первородная часть человека находятся во власти геометрии, подчинены симметрии и как сущности и как символы. Как бы ни были выстроены объекты природы, каждый имеет свой основной признак, который отображен формой, будь то яблоко, зерно ржи или человек.
Понятия симметрии и асимметрии фигурируют в науке с древнейших времен скорее в качестве эстетического критерия, чем строго научного познания. До появления идеи симметрии математика, физика, естествознание напоминали отдельные островки безнадежно изолированных друг от друга и даже противоречивых представлений, теорий, законов. Симметрия характеризует и знаменует собой эпоху синтеза, когда разрозненные фрагменты научного знания сливаются в единую, целостную картину мира. В качестве одной из основных тенденций этого процесса выступает математизация научного знания.
Однако симметрию принято рассматривать не только как основополагающую картину научного знания, устанавливающую внутренние связи между системами, теориями, законами и понятиями, но и относить ее к атрибутам таким же фундаментальным, как пространство и время, движение. В этом смысле симметрия определяет структуру материального мира.
Симметрия обладает многоплановым и многоуровневым характером. Симметрию нужно рассматривать на разных уровнях не только в таких областях научного знания, как физика, математика, химия, биология и др., но и в каждой отрасли отдельно. В системе физических знаний симметрия рассматривается на уровне явлений, законов, описывающих эти явления, и принципов, лежащих в основе этих законов, а в математике — при описании геометрических объектов и геометрии. Симметрия может быть классифицирована как:
? структурная;
? геометрическая;
? динамическая, описывающая соответственно кристаллографический, математический и физический аспекты данного понятия.
Симметрию определяют в связи с такими понятиями, как сохранение и изменение, равновесие, упорядоченность, тождество и различие, что связано с охватом всех аспектов. Сущностью симметрии, строго говоря, является тождество противоположностей.
Симметрия — это группа преобразований. Всякое построение симметрии связано с введением того или иного равенства. Равенство относительно, и может существовать множество равенств и соответственно множество симметрий.
В ходе развития физики, особенно физики элементарных частиц, возрастает и значение принципов симметрии для познания природы, проблемы правого и левого (особенно в электротехнике, теории полей). Правое и левое — это отражение реальных отличий в реальном, объективно существующем мире.
Таким образом, раньше в естествознании понятие симметрии связывали только с представлениями о структуре предметов, т.е. определяли только пространственно-временную симметрию, теперь же на основании большого числа научных данных можно говорить о симметрии сложных естественных процессов, пространственно-временных свойств, электрических зарядов, физических полей и т.д.
9.4. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ И ВНУТРЕННИЕ ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ
Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (геометрические или внешние) и внутренние, описывающие свойства элементарных частиц.
Основная характерная черта физических законов — то, что они основаны на симметриях. Симметричным является объект, который в результате определенных изменений или преобразований остается неизменным, инвариантным.
Инвариантность — это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к некоторым преобразованиям, т.е. способность не изменяться при преобразованиях.
В структуре фундаментальных физических теорий, которые охватывают все процессы, все формы движения материи, существуют более общие законы — законы симметрии и инвариантности и связанные с ними законы сохранения.
Законы сохранения физических величин — это утверждения, согласно которым численные значения некоторых величин не изменяются со временем в любых процессах или определенных классах процессов. Огромное значение законов сохранения и принципов симметрии состоит в том, что на них можно опираться при построении фундаментальных физических теорий, они демонстрируют единство материального мира.
Законы физики можно преобразовывать так, что при этом их структура остается неизменной, симметричной. Принципы симметрии долгое время существовали в неявном виде.
Лишь после появления теории относительности Эйнштейна и осознания того факта, что она есть не что иное, как теория инвариантов четырехмерного пространственно-временного континуума, или один из аспектов теории симметрии, стали обращать внимание на то, что все физические законы основаны на симметрии.
9.4.1. Пространственно-временные • принципы симметрии
Симметрия в физике — это свойство физических законов, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при определенных преобразованиях, которым могут быть подвергнуты входящие в них величины.
Изотропность — это одинаковость свойств физических объектов в разных направлениях. Изотропность и однородность пространства как простейшие виды симметрии появились уже на заре человеческого познания.
Среди пространственно-временных принципов симметрии можно выделить следующие:
? Сдвиг системы отсчета не меняет физических законов, т.е. все точки пространства равноправны. Это означает однородность пространства.
? Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические законы неизменными, т.е. все свойства пространства одинаковы по всем направлениям, иными словами пространство — изотропно. Например, свойства палки не меняются, если ее переворачивать в воздухе. А вот свойства корабля значительно изменятся, если он перевернется в воде, так как на границе раздела воды и воздуха свойства пространства разные. Таким образом, симметрия пространства означает, что в пространстве действия физических законов нет выделенных точек и направлений или что оно однородно.
? Сдвиг во времени не меняет физических законов, т.е. все моменты времени объективно равноправны. Время однородно. Это означает, что можно любой момент времени взять за начало отсчета. Этот принцип означает закон сохранения энергии, который основан на симметрии относительно сдвигов во времени. Период колебаний маятника «ходиков» не изменится, если отсчитать его в полдень или в полночь, т.е. законы физики не зависят от выбора начала отсчета времени.
? Законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Этот принцип относительности является основным постулатом специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. В соответствии с принципом симметрии можно произвести переход в другую систему отсчета, движущуюся относительно данной системы с постоянной по величине и направлению скорости. Например, можно перейти из вагона поезда в машину, если уравнять их скорости.
? Зеркальная симметрия природы — отражение пространства в зеркале — не меняет физических законов.
? Фундаментальные физические законы не меняются при обращении знака времени. Необратимость, сушествующая в макромире, имеет статистическое происхождение и связана с неравновесным состоянием Вселенной.
? Замена всех частиц на античастицы не влияет на физические законы, не меняет характера процессов природы.
В современной физике обнаружена определенная иерархия законов симметрии: одни выполняются при любых взаимодействиях, другие же — только при сильных и электромагнитных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних симметриях.
9.4.2. Внутренние принципы симметрии
Внутренние принципы симметрии действуют в микромире. В релятивистской квантовой теории предполагается взаимное превращение элементарных частиц:
? При всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной, т.е. до и после превращения сумма зарядов частиц должна остаться неизменной.
? Барионный или ядерный заряд остается постоянным.
? Лептонный заряд сохраняется.
Теория взаимодействия элементарных частиц развивается успешно. Начало этому было положено принципами симметрии.
9.5. ПИФАГОР И ПИФАГОРЕЙСКИЙ СОЮЗ
Два с половиной тысячелетия назад жил знаменитый греческий философ и математик Пифагор, имя которого обычно ассоциируется со знаменитой теоремой. Но заслуги Пифагора и его учеников уходят далеко за рамки геометрии. Пифагорейская школа впервые, и не безуспешно, начала изучать связь природы и математики и, несмотря на ряд ошибок и увлечение «мистикой чисел», пифагорейцы, по существу, заложили основы математического естествознания.
Пифагор родился в 570 до н.э. на острове Самос, вблизи побережья Малой Азии. Первоначальное образование он получил от отца-ювелира, профессия которого в те времена считалась весьма интеллектуальной, и многообразие интересов Пифагора, вероятно, порождено многосторонностью знаний его отца.
Когда мальчику исполнилось 13 лет, он отправился Египет, где познакомился с медициной, математикой и метеорологией. Во время войны Египта с Персией Пифагор попал в плен и был отвезен в Вавилон, где познакомился с восточной философией и магией, нашедшей в дальнейшем отражение в его мировоззрении. В 540 до н. э. Пифагор основал свою школу — союз единомышленников, поклявшихся сохранить тайны пифагорейского учения.
Пифагор был первым, кто обратил внимание на особое, «гармоническое» деление любого отрезка, названное впоследствии золотым сечением.
Пифагор и его последователи, образовавшие пифагорейский союз, считали, что в основе всего сущего лежат числа. Каждой вещи, по их мнению, соответствует определенное соответствие чисел, которые назывались ЛОГОС. Так, например, 2 — женское начало, 3 — мужское начало, 5 — единство мужского и женского начал — почиталось ими как священное. Пятиугольник — священная фигура, символ жизни и гармонии. Пятиугольная звезда — знак принадлежности к пифагорейскому союзу. У человека есть 5 пальцев, 10 пальцев на двух руках, 20 пальцев на четырех конечностях. Пять выдающихся частей человека: четыре конечности и голова, поэтому он может быть вписан в пентаграмму, т.е. звезду.
Пифагор и пифагорейцы использовали пять правильных тел — многогранников, обладающих совершенной симметрией и получивших впоследствии название «платоновские тела», так как в «Тимее» Платон стихию земли отождествлял с кубом, стихию воздуха — с октаэдром, стихию огня — с тетраэдром, стихию воды — с икосаэдром, а стихию Вселенной, космоса — с додекаэдром. Евклид в III в. до н. э. использует вслед за пифагорейцами в своих «Началах» правильные золотые пятиугольники, диагонали которых образуют пентаграмму.
Пять правильных тел — куб, тетраэдр, октаэдр, икосаэдр и додекаэдр — считались у древних греков элементарными «кирпичиками», из которых устроен материальный мир.
Кристаллы довольно часто имеют форму первых трех правильных тел, но последние два никогда не встречаются в природе. Возможно, эти правильные тела были открыты при исследовании свойств симметрии куба, октаэдра и тетраэдра. Икосаэдр находится в таком же отношении к додекаэдру, в каком октаэдр находится к кубу. Поэтому построение правильного икосаэдра является логическим следствием существования додекаэдра.
Пифагорейцы видели основание всех вещей в тех числах и фигурах, законы которых они исследовали посредством математики. Греческий мыслитель Аристотель повествует о них: «Прежде всего они изучали математику и, вполне проникшись ею, принимали ее за начало всех вещей. А так как в математике на первом месте стоят числа, они усматривали в них много сходства с вещами и со всем становящимся, и в числах больше, нежели в огне, воде, воздухе, земле, то одно свойство числа имело для них значение справедливости, другое — души и духа, еще одно — времени и так далее для всего остального. Затем они находили в числах свойства и отношения гармонии, и таким образом все остальное казалось им по своей природе отражением чисел, а эти последние — первыми в природе». Пифагореец говорил себе: «Чувства показывают человеку чувственные явления, но они не показывают того гармонического порядка, которому следуют вещи».
Число у пифагорейцев связано не только с объемом, но и с субъектом. Оно может быть понято как тело, которое определяется в некоторых числовых характеристиках. Мир есть число, все в мире есть число. Но они выделяли не только числовую характеристику мира. Важнейшей категорией, сопряженной с числом у пифагорейцев, была гармония, на что специально обращал внимание Аристотель.
Число утвердилось в качестве центрального принципа в культуре Востока, в частности Китая, который всегда именовался государством ритуала, построенного на числовых соответствиях.
9.7. ЗОЛОТОЕ СЕЧЕНИЕ—ЗАКОН ПРОЯВЛЕНИЯ ГАРМОНИИ В ПРИРОДЕ
Одним из наиболее ярких проявлений гармонии в природе является закон пропорциональной связи целого и составляющих его частей, получивший название «золотое сечение». Золотое сечение — это деление целого на две неравные части так, чтобы большая часть относилась к меньшей, как целое к большей части.
Пифагор был первым, кто обратил внимание на это особое, «гармоническое» деление любого отрезка, названное впоследствии золотым сечением. В 1509 г., т.е. примерно через две тысячи лет после Пифагора, итальянец Лука Пачоли (1445—1509) опубликовал книгу «О божественной пропорции», рисунки к которой выполнил знаменитый друг Пачоли Леонардо да Винчи, кому и принадлежит сам термин «золотое сечение».
Классический пример золотого сечения, дающий представление о нем, — это деление отрезка в среднепропорциональном отношении: 
Приближенные корни этого уравнения — числа Ф = 1,61803398875 и -Ф-1 = -0,61803398875, которые не менее замечательны, чем числа л и е. О них после Пифагора писали Платон, Поликлет, Евклид, Витрувий и многие другие. Золотым сечением кроме Леонардо да Винчи интересовались многие художники, скульпторы, архитекторы, многие деятели науки и искусства. Вызвано это тем, что везде, где появляется число Ф, живые формы и произведения искусства приятны для глаз, отличаются явной гармонией и красотой.
Для построения правильных симметричных многогранников: куба, октаэдра, тетраэдра, икосаэдра, додекаэдра нужно использовать золотую пропорцию, так как диагонали их образуют пентаграмму. Золотое сечение связано с пространственным отношением природных объектов, человека, архитектурных сооружений, музыкальной гармонии, в геометрических фигурах, имеющих ось пятого порядка, — их имеют многие цветы, морские звезды, ежи, вирусы.
У человека золотое сечение — это отношение его роста к расстоянию от пупка до подошв ног: при рождении оно равно 2, а к 21 годам — 1,625, у женщин — 1,6. Многие женщины интуитивно пытаются приблизить это отношение к золотой пропорции, надевая туфли на каблуках.
Золотое сечение владело умами многих ученых и выдающихся мыслителей прошлого, продолжает волновать и сейчас — не ради математических свойств, а потому, что оно неотделимо от целостности объектов искусства и в то же время обнаруживает себя как признак структурного единства объектов природы.
В 1202 г. вышла в свет «Книга абака» (о счетной доске) — труд итальянского математика Леонардо Пизанс-кого, известного больше как Фибоначчи. В ней он решал задачу о кроликах: сколько пар кроликов родится от одной пары кроликов, если каждая пара в месяц дает новую пару, которая со второго месяца тоже становится производителем, и кролики не дохнут? Он получил последовательность, названную в дальнейшем числами Фибоначчи. Ряд чисел Фибоначчи строится таким образом, что каждое последующее число равно сумме двух предыдущих: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377 и т.д. Примеры ритмических вариантов золотого сечения: 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123 и т.д.; 1, 4, 5, 9, 14, 23, 37, 60, 97, 157, 254...
И. Кеплер (1571—1630) обнаружил этот ряд при построении модели Солнечной системы. Каждый член ряда чисел Фибоначчи является одновременно аддитивным и мультипликативным, т.е. одновременно причастен к природе арифметического ряда и геометрической прогрессии. Связь аддитивного (сложение) и мультипликативного (умножение) принципов постоянно находится в центре внимания исследователей золотого сечения. Из него видно, что тождество противоположностей есть сущность золотого сечения и в этом его гармонический смысл, его природа.
Ботаниками было обнаружено, что применяемая в ботанике для описания расположения листьев на побеге последовательность дробей 1/2, 1/3, 2/5, 3/8, 5/13, 8/21, 13/34, 21/55, 34/89 составлена из чисел ряда Фибоначчи (1/1, 1/2, 2/3, 3/5, 5/8, 8/13, 13/21, 21/34, 34/55, 55/89, 89/144 и т.д.) и так же содержит золотое сечение и означает последовательность видов винтовых осей симметрии. Числитель и знаменатель каждой дроби, начиная с третьей, равны соответственно сумме числителей и знаменателей двух предыдущих дробей. Если присмотреться к деревьям, то можно заметить, что между двумя парами листьев третий находится в точке золотого сечения. В системах типа головок подсолнечника можно заметить два семейства спиралей, раскручивающихся в противоположные стороны и пересекающихся под углами, близкими к прямым. Эти спирали получили название «контактные парастихи». Спирали одного семейства короче и малочисленнее, чем спирали другого семейства. Контактные парастихи также характеризуют, задавая дроби, в числителе которых стоит число данных парастих, а в знаменателе — общее число парастих. У большинства подсолнечников имеется 34 коротких и 55 длинных парастих, идущих в противоположных направлениях. Этой системе парастих соответствует дробь 55/89. Контактным парастихам, встречающимся у растений других видов, можно сопоставить дроби, образующие последовательность типа чисел Фибоначчи: 2/3, 3/5, 5/8, 8/13, 13/21, 21/34, 34/55, 55/89 и т.д.
Если же разделить последующее число на предыдущее, то мы снова получим корни золотой пропорции, например, 144:89 = 1,6179775, и тем точнее будет этот результат совпадать с корнями золотой пропорции, чем дальше отстоят члены ряда от начала.
Ученые-экспериментаторы прошлого века, изучавшие расположение цветов, обнаружили в упакованных по логарифмическим спиралям семенах подсолнечника и ромашки, в чешуйках и плодах ананаса и хвойных шишках золотое сечение.
9.7.2. Золотое сечение в астрономии
Главным пунктом своего учения Пифагор считал понятие «всемирной симпатии», т.е. гармонии всего существующего. Он одним из первых использовал термин «космос» (от греч. cosmeo — украшаю), т.е. упорядоченный, гармоничный мир, противопоставляя его хаосу, беспорядочному началу бытия, с которого, по мнению греков, и началось созидание богами Мироздания.
Именно поэтому Пифагор и пифагорейцы всюду и во всем искали лад, порядок, начиная с музыки и кончая движением небесных светил. Все явления природы они оценивали с позиций, что «принципы математики являются принципами всего сущего». Учение Пифагора до сих пор служит источником плодотворных идей в естествознании.
Пифагорейцы считали, что небесные светила расположены на концентрических сферах, имеющих своим общим центром Землю. Расстояния между сферами соответствует определенным музыкальным интервалам. При вращении сфер каждая из них издает свой тон, и в результате сложения тонов получается гармоническая мелодия — «музыка небесных сфер», услышать которую могут только избранные.
Пулковский астроном К.Н. Бутусов в серии обстоятельных работ решил проверить, в чем правы и в чем ошибались пифагорейцы. Оказалось, что соотношение периодов соседних планет равно числу Ф или Ф2. Частоты обращения планет и разности частот обращений образуют спектр с интервалом, равным числу Ф, т.е. спектр, построенный на основе золотого сечения. Расположение перигелиев и афелиев планет по логарифмическим спиралям также связано с гармоническим числом Ф.
Не воспринимаемая нашим ухом «музыка небесных сфер» таит в себе глубокий физический смысл. Когда формировалась Солнечная система, в газопылевом облаке, окружающем Солнце, возникали акустические волны, создаваемые Солнцем и зарождающимися планетами. Для устойчивости планетных орбит должны выполняться условия стационарности, которые осуществляются при резонансе акустических- волн с периодом, равном периоду обращения планеты. Почему же число Ф так распространено в Солнечной системе? Эту загадку еще предстоит решить будущему, а прикладные исследования золотого сечения для описания форм планет, их орбит, спиральных галактик очень плодотворны.
9.7.3. Золотое сечение в искусстве и музыке
Золотое сечение — это явление, обнаруживаемое в искусстве и уходящее корнями глубоко в природу. Пифагорейцы считали золотое сечение одним из главных центров своего учения о числовой гармонии мира. Греки обнаружили именно эту пропорцию в хорошо сложенном человеческом теле. Она радует глаз, будучи воплощенной в скульптуре и архитектурных ансамблях.
В эпоху Возрождения золотое сечение становится главным эстетическим принципом. Леонардо да Винчи, Рафаэль, Микеланджело, Тициан и другие художники этой эпохи используют его в композициях своих полотен.
В музыке также есть следы вездесущего золотого сечения. Если длину струны уменьшить вдвое, тон повысится на одну октаву. Уменьшению длины струны в отношении 3/2 и 4/3 будут соответствовать интервалы квинта и кварта. Благозвучные интервалы и аккорды имеют соотношение частот, близкое к числу Ф. Кульминация мелодии часто приходится на точку золотого сечения ее общей продолжительности.
Современные музыковеды выявили золотое сечение в произведениях Баха, Бетховена, Шопена. Ими было проанализировано множество музыкальных произведений от Баха до Шостаковича. Приблизительно 85% проведенных исследований соответствует золотому сечению. В выдающихся произведениях отношения метрических масштабов основных разделов музыкальной формы соответствуют золотому сечению с точностью до пятого или шестого знака. Кроме произведений крупной формы анализировались и миниатюры, например, прелюдии Скрябина, миниатюры Прокофьева, русские народные песни. Законы гармонии, законы золотого сечения были обнаружены и в этих произведениях.
На протяжении столетий звон колокола извещал людей об опасности, будил по утрам, указывал, когда наступило время отправляться на работу, садиться за трапезу и т.д. Колокольни — необходимая часть английского пейзажа. В континентальной Европе звонили сразу в несколько колоколов. Тот, кто правил колоколом, правил городом. Колокольному звону придавалось важное значение. Искусству колокольного звона мы обязаны не только мелодичным звучанием колоколов, но и обширной, детально разработанной терминологией, позволяющей звонарям обмениваться краткими и точными репликами во время исполнения переборов с вариациями.
Чтобы перезвонить все возможные вариации из восьми колоколов, потребовалось бы двадцать четыре часа. На семи колоколах все мыслимые ударные комбинации можно перезвонить за три с половиной часа.
Малый простой звон:
| 3 12546 32 1456 234 165 2436 1 5 426351 462531 64521 3 6 54 123 56 1432 5 16342 153624 135264 |
123456 214365 24 1635 426 153 462513 645231 654321 5634 12 536 142 35 16 2 4 3 15264 132546 |
123456312546
214365321456
241635234 165
426 1532436 1 5
462513426351
645231462531
65432164521 3
5634126 54 123
536142561432
351624516342
315264153624
132546135264
Звонарю, управляющемуся со своей веревкой и не отрывающему глаз от веревок, ведущих к колоколам, которые должны пробить раньше или позже, приходится использовать симметрию: если звонарь остановит колокол слишком рано, то свободный конец веревки будет путаться под ногами и при обратном качании колокол не будет подниматься достаточно высоко. Если же звонарь потянет за веревку слишком сильно, то колокол может проскочить верхнюю точку и звонарь взлетит под потолок. Каким образом не искушенный в математике звонарь ощущает разницу между перестановками колоколов, остается загадкой, но именно это имеет решающее значение и в исполнении и в композиции звонов, древней и вечно живой разновидности искусства, радующих слух и восхищающих разум.
Гармония — это закон единства, она не может быть сведена к чистому количеству. Не случайно древние переносили законы музыкальной гармонии на всю Вселенную. Музыка, как и все искусство, выражает гармонию, но не количество, а качество, сущность, красоту, поэтому акценты следует перенести на описание качества.
Понимание гармонии как связи частей в целое исходит от искусства, а сама проблема гармонии возникла при сопоставлении законов восприятия с важнейшими фактами в искусстве, и особенно в музыке. Любое число можно преобразовать в любой далекий диапазон. Но перенос числа на семь октав имеет фундаментальный смысл, так как выражает границы качественной определенности чисел. В музыке семь октав: расстояние от самого нижнего звука до самого верхнего как раз равно семи октавам. Звуки ниже или выше наш слух уже не различает как качественно разные звуки. Но границы качественной определенности чисел связаны не только с семью октавами, а, по-видимому, вообще с числом семь: 7 звуков в гамме, 7 цветов в солнечном спектре, через 7 дней меняются фазы Луны, 7 дней в неделе, «7 дырок в голове» и т.д. Научный подвиг Д. Менделеева заключается в открытии им периодического закона, на основании которого он составил таблицу, названную впоследствии его именем и имеющую 7 периодов.
О роли числа 7 в Библии нет нужды говорить: это и 7 дней сотворения мира, 7 ангелов, 7 печатей, 7 светильников, 7 церквей и т.д. Можно предположить, что под числом 7 древние философы подразумевали некий высший принцип Бытия. В китайской системе счета четыре семерки распределялись между четырьмя Гениями, господствующими над четырьмя сторонами света.
Проанализировав бетховенскую «Апассионату», совершенство форм которой не вызывает сомнений, по количеству тактов в экспозиции, разбиению, репризе, ученые нашли там золотую пропорцию. Когда этот факт был обнаружен, он произвел впечатление «чуда», так как чем талантливее художник, тем точнее и разнообразнее работают числа. Потом золотая пропорция была выявлена в фортепьянной сонате № 4 Прокофьева.
Из всех искусств только музыка поддается точному численному анализу, поэтому она стала превосходным чувственным материалом, конкретным кодом, в котором зашифрованы законы гармонии мира. Все познание фактически представляет собой расшифровку труднейшего и сложнейшего кода и перевода его на язык науки. При этом можно с уверенностью сказать, что установленные законы лишь слегка приоткрывают занавес, за которым разворачивается целый океан событий, совершенно не познанных.
9.7.4. Обнаружение золотого сечения в различных областях внешнего мира
Феномен золотого сечения — одно из ярких, давно уже замеченных человеком проявлений гармонии природы. Он рассматривается в общей картине исторического становления архитектуры, обнаруживается в формах живой природы, в области музыкальной гармонии. Он рассматривается также и как объективная характеристика искусства и как явление в области восприятия. Сегодня мы не можем с абсолютной достоверностью определить, когда и кем понятие золотого сечения было выделено в человеческом знании из интуитивной и опытной категории. В эпоху Ренессанса среднепропорциональное отношение именовали «божественной пропорцией». Леонардо да Винчи дает ему имя «золотое сечение», которое живет и поныне.
Уже в наши дни физиологи обнаружили, что волны электрической активности мозга также характеризуются золотым сечением. И, наконец, совсем недавно выдвинута идея-гипотеза, что золотое сечение является основой существования любых самоорганизующихся систем.
Правило золотого сечения показывает, что большее относится к меньшему, как целое относится к большему. Если большее — это человечество, а меньшее — окружающая его природа, то по тому, как человечество относится к тому, что ему по силам, что оно может изменить, так и весь Космос, вся Вселенная относится к человечеству (как целое — к большему). Человечество на протяжении всей своей истории действует в корыстных интересах, перемалывая и переламывая, превращая в мусорную свалку все вокруг себя. Так же к человечеству будет относиться и Космос и Вселенная (подробно о проблемах экологии см. ТЕМУ 18).
О золотом сечении написано много трактатов. В последнее время оно все больше привлекает внимание ученых: используется в технике, архитектуре, обнаруживается в ритмах мозга, астрономии. Доказаны фундаментальность и его исключительность.
За всем этим многообразием достаточно четко видно отражение особенностей самого общего явления, которому подвергается все телесное в мире, начиная от элементарных частиц и кончая галактиками, — это движение. Гармония может быть расшифрована на ее собственном языке, отображенном фундаментальными принципами естествознания.
Интуиция — нередко источник плодотворной научной гипотезы. Современная астрономия поднимает значение человека. Человек — это не пылинка бессмысленно движущегося существа, а микрокосмос, т.е. явление, связанное с мирозданием. Между микрокосмосом — человеком — и космосом пропасть начинает исчезать. Наблюдая спектры звезд, галактик, близких и удаленных на миллиарды световых лет, радиоастрономы обнаружили, что наша Вселенная однородна не только тем, что вещество в ней распределено в среднем равномерно, но и тем, что возникла она сразу, одновременно и как одно целое из одной точки начала, так же, как приходит в жизнь человек.
Итак, современная космология сделала решительный шаг к космоцентризму, убедительно показав, что весь строительный материал мироздания, представляющий космическое пространство, был стянут в точку начала. Закон его становления был заключен в этой точке. Так возникает все живое, любой живой объект бытия. Других видов жизни природа пока не знает. Все живое имеет своим началом сгусток материи. Существование точки начала становления объекта бытия — такова причина целостности, потому что природа не знает неструктурных единиц. Вне связи частей в целое структуры не представимы. Закон связи частей в целое — закон гармонии — и есть закон развития свернутой точки начала. И он один.
Высокая эстетичность золотого сечения заключается в том, что в нем отражается воспринимаемая на образно-эмоциональном уровне основа бытия телесного составляющего целостной Природы.
1. Золотая пропорция Пифагора оказалась связанной с фундаментальными проблемами науки. Сквозь годы и века она привела не только к структурной, но и к геометрической и динамической симметриям.
2. На основе биологических законов сохранения, разнообразных вариантов симметрии законов живой природы относительно тех или иных преобразований рано или поздно удастся проникнуть в сущность живого, объяснить ход эволюции, ее вершины и тупики, предсказать неизвестные сейчас ветви — теоретически возможные и действительные числа типов, классов, семейств организмов, т.е. можно поставить вопрос о не единственности той картины мира, которую мы знаем.
3. Золотое сечение неотделимо от ценностей искусства, так как обнаруживает себя как признак структурного единства объектов природы.
4. Раскрытие объективных законов гармонии формирует прочный фундамент мировоззренческого и профессионального отношения к творчеству, к жизни. Вспомним слова Л. Фейербаха: «То, что человек называет целесообразностью природы и как таковую постигает, есть в действительности не что иное, как единство мира, гармония причин и следствий, вообще та взаимная связь, в которой все в природе существует и действует».
Изучение и постижение законов гармонии способны направить творческую деятельность человека не в русло формотворчества, а в русло создания нового, созвучного основным объективным законам восприятия, которым отображены законы гармонии в природе.
ТЕМА 10. ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРИРОДЕ
10.1. ПРОБЛЕМЫ ДЕТЕРМИНИЗМА И ПРИЧИННОСТИ
Основное содержание проблем детерминизма и причинности — это соотношение динамических и статистических закономерностей.
Детерминизм — это учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного миров. Центральным ядром детерминизма является положение о существовании причинности.
Причинность — это генетическая связь между отдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее движения и развития.
Понятие причинности возникло в связи с практической деятельностью людей. Для него характерно три признака:
1. Временное предшествие причин следствию («нет дыма без огня»).
2. Одна и та же причина всегда обуславливает одно и то же следствие (яблоко одинаково падает, так как причина — притяжение Земли).
3. Причина — это активный агент, производящий действие.
Идея детерминизма, таким образом, состоит в том, что все явления и события в мире не произвольны, а подчиняются объективным закономерностям, существующим вне и независимо от их познания.
Проявление детерминизма связано с существованием объективных физических законов и находит отражение в фундаментальных физических теориях.
10.2. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ
Фундаментальные физические законы — это наиболее полное на сегодняшний день, но приближенное отражение объективных процессов в природе. Различные формы движения материи описываются различными фундаментальными теориями. Каждая из этих теорий описывает вполне определенные явления: механическое или тепловое движение, электромагнитные явления.
Существуют более общие законы в структуре фундаментальных физических теорий, охватывающие все формы движения материи и все процессы. Это законы симметрии, или инвариантности, и связанные с ними законы сохранения физических величин.
10.2.1. Законы сохранения физических величин
Законы сохранения физических величин — это утверждения, согласно которым численные значения этих величин не меняются со временем в любых процессах или классах процессов. Фактически во многих случаях законы сохранения просто вытекают из принципов симметрии.
Идея сохранения появилась сначала как чисто философская догадка о наличии неизменного (стабильного) в вечно меняющемся мире. Еще античные философы-материалисты пришли к понятию материи как неуничтожимой и несотворимой основы всего сущего. С другой стороны, наблюдение постоянных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении материи как важном ее свойстве. С появлением математической формулировки механики на этой основе появились законы сохранения.
Законы сохранения тесно связаны со свойствами симметрии физических систем. При этом симметрия понимается как инвариантность физических законов относительно некоторой группы преобразований входящих к них величин. Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся физическая величина. Если известны свойства симметрии системы, как правило, можно найти для нее закон сохранения и наоборот.
Таким образом, законы сохранения:
1. Представляют наиболее общую форму детерминизма.
2. Подтверждают структурное единство материального мира.
3. Позволяют сделать заключение о характере поведения системы.
4. Обнаруживают существование глубокой связи между разнообразными формами движения материи. Важнейшими законами сохранения, справедливыми для любых изолированных систем, являются:
? закон сохранения и превращения энергии;
? закон сохранения импульса;
? закон сохранения электрического заряда;
? закон сохранения массы.
Кроме всеобщих существуют законы сохранения, справедливые лишь для ограниченного класса систем и явлений. Так, например, существуют законы сохранения, действующие только в микромире. Это:
? закон сохранения барионного или ядерного заряда;
? закон сохранения лептонного заряда;
? закон сохранения изотопического спина;
? закон сохранения странности.
В современной физике обнаружена определенная иерархия законов сохранения и принципов симметрии. Одни из этих принципов выполняются при любых взаимодействиях, другие же — только при сильных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних принципах симметрии, которые действуют в микромире.
Рассмотрим важнейшие законы сохранения.
10.2.1.1. Закон сохранения массы
Бесконечно разнообразны превращения, изменения вещества в природе. Исследователей волновал вопрос: сохраняется ли вещество при этих изменениях? Каждому из нас приходилось наблюдать, как со временем изнашивается, уменьшается в размерах любая вещь, даже стальная. Но значит ли это, что мельчайшие частички металла исчезают бесследно? Нет, они только теряются, разлетаются в разные стороны, выбрасываются с сором, улетают, создавая пыль.
В природе происходят и иные превращения. Вы, например, курите сигарету. Проходит несколько минут — и от табака ничего не остается, не считая маленькой кучки пепла и легкого голубоватого дыма, рассеявшегося в воздухе. Или, например, горит свеча. Постепенно она становится все меньше и меньше. Здесь не остается даже пепла. Сгорая без остатка, свеча и то, из чего она состоит, испытывают химическое превращение вещества. Частицы табака и свеча не разлетаются в стороны, не теряются постепенно в разных местах. Они сгорают и внешне пропадают бесследно.
Наблюдая природу, люди давно обратили внимание и на другие явления, когда вещество как бы возникает из «ничего». Так, например, из маленького семени вырастает в цветочном горшке большое растение, а вес земли, заключенной в горшке, остается почти прежним. Может ли в действительности что-то существующее в мире исчезнуть или, наоборот, появиться из ничего? Иными словами — уничтожима или неуничтожима материя, из которой строится все многообразие нашего мира?
За 2400 лет до н. э. знаменитый философ Древней Греции Демокрит писал, что: «Из ничего ничто произойти не может, ничто существующее не может быть уничто-жимо».
Значительно позже, в XVI—XVII вв. эта мысль возродилась и высказывалась уже многими учеными. Однако такие высказывания были лишь догадкой, а не научной теорией, подтвержденной опытами. Впервые доказал и подтвердил это положение опытом великий русский ученый М.В. Ломоносов.
Ломоносов был твердо убежден в неуничтожимости материи, в том, что в мире ничто не может исчезнуть бесследно. При любых изменениях веществ, химических взаимодействиях — соединяются ли простые тела, образуя сложные, или, наоборот, сложные тела разлагаются на отдельные химические элементы — общее количество вещества остается неизменным. Другими словами, при всех изменениях должен оставаться неизменным общий вес вещества. Пусть в результате какой-либо реакции исчезают два взаимодействующих вещества и получается неизвестное третье — вес вновь образовавшегося соединения должен равняться весу первых двух.
Прекрасно понимая значение законов сохранения, неуничтожимости материи для науки, Ломоносов искал подтверждение своих мыслей. Он решил повторить опыты английского ученого XVII в. Р. Бойля.
Бойль интересовался вопросами изменения веса металла при нагревании. Он поставил такой опыт: в стеклянную реторту поместил кусочек металла и взвесил ее.
Затем, запаяв узкое горлышко сосуда, нагрел его на огне. Через два часа Бойль снял сосуд с пламени, обломил горлышко реторты и, охладив ее, взвесил. Металл увеличился в весе.
Причину Бойль видел в том, что через стекло в сосуд проникают мельчайшие частицы «материи огня» и соединяются с металлом. Во времена Бойля и Ломоносова непонятные явления природы ученые объясняли с помощью различных неуловимых «материй», но что они из себя представляют — сказать не могли. Ломоносов же не признавал существования таинственных «материй». Он был уверен, что причина увеличения веса заключается в другом, и решил доказать, что нет никакой «тонкой всепроникающей материи огня», а также что при химических превращениях общий вес вещества участвующих в реакции элементов остается неизменным.
Ломоносов повторил опыт Бойля и получил тот же результат: вес металла увеличился. Затем он видоизменил опыт: после нагревания реторты на огне и охлаждения ее взвешивает сосуд, не отламывая горлышка. Так он доказал, что «без допущения внешнего воздуха вес сожженного металла останется в одной мере, никакой материи огня в реторту не проникает».
Увеличение веса в случае, когда реторта перед взвешиванием вскрывалась, Ломоносов объяснял зависимостью от поглощения воздуха металлом. Теперь мы знаем, что при нагревании металлы окисляются, соединяются с кислородом. В опыте Бойля металл берет кислород из воздуха, находящегося в закрытой реторте. При этом его вес увеличивается ровно настолько, насколько уменьшается вес воздуха в реторте. Благодаря этому общий вес закрытой реторты и помещенного в ней тела не изменяется. Хотя здесь и происходит окисление, общее количество вещества не убывает и не прибывает — вес веществ, участвующих в реакции, не изменяется. Но при открытии реторты на место кислорода воздуха, который был поглощен металлом, внутрь колбы ворвется наружный воздух, в результате чего вес реторты увеличится.
Так М.В. Ломоносов открыл закон сохранения вещества, или, как его называют, закон сохранения массы. Через 17 лет после Ломоносова этот закон подтвердил многочисленными опытами французский химик А. Лавуазье. В дальнейшем закон сохранения массы неоднократно подтверждался многочисленными и разнообразными опытами. В настоящее время он является одним из основных законов, лежащих в основе наук о природе.
10.2.1.2. Закон сохранения импульса
Покой и движения тела относительны, скорость движения зависит от выбора системы отсчета. По второму закону Ньютона, независимо от того, находилось ли тело в покое, или двигалось равномерно и прямолинейно, изменение его скорости движения может происходить только под действием силы, т.е. в результате взаимодействия с другими телами.
Имеется физическая величина, одинаково изменяющаяся у всех тел под действием одинаковых сил, если время действия силы одинаково, равная произведению массы тела на его скорость и называемая импульсом тела. Изменение импульса равно импульсу приложенной силы. Импульс тела является количественной характеристикой поступательного движения тел.
Экспериментальные исследования взаимодействий различных тел — от планет и звезд до атомов и электронов, элементарных частиц — показали, что в любой системе взаимодействующих между собой тел при отсутствии действия сил со стороны других тел, не входящих в систему, или равенстве нулю суммы действующих сил геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной.
Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой. Таким образом, в замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой. Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса.
Необходимым условием применимости закона сохранения импульса к системе взаимодействующих тел является использование инерциальной системы отсчета. На законе сохранения импульса основано реактивное движение, его используют при расчете направленных взрывов, например, при прокладке туннелей в горах. Полеты в космос стали возможными благодаря использованию многоступенчатых ракет.
10.2.1.3. Закон сохранения заряда
Не все явления природы можно понять и объяснить на основе использования понятий и законов механики, молекулярно-кинетической теории строения вещества, термодинамики. Эти науки ничего не говорят о природе сил, которые связывают отдельные атомы и молекулы, удерживают атомы и молекулы вещества в твердом состоянии на определенном расстоянии друг от друга. Законы взаимодействия атомов и молекул удается понять и объяснить на основе представлений о том, что в природе существуют электрические заряды.
Самое простое и повседневное явление, в котором обнаруживается факт существования в природе электрических зарядов, — это электризация тел при соприкосновении. Взаимодействие тел, обнаруживаемое при электризации, называется электромагнитным взаимодействием, а физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, — электрическим зарядом. Способность электрических зарядов притягиваться и отталкиваться говорит о наличии двух различных видов зарядов: положительных и отрицательных.
Электрические заряды могут появляться не только в результате электризации при соприкосновении тел, но и при других взаимодействиях, например, под воздействием силы (пьезоэффект). Но всегда в замкнутой системе, в которую не входят заряды, при любых взаимодействиях тел алгебраическая (т.е. с учетом знака) сумма электрических зарядов всех тел остается постоянной. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда.
Нигде и никогда в природе не возникают и не исчезают электрические заряды одного знака. Появление положительного заряда всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению, но противоположного по знаку отрицательного заряда. Ни положительный, ни отрицательный заряды не могут исчезнуть в отдельности друг от друга, если равны по абсолютному значению.
Появление и исчезновение электрических зарядов на телах в большинстве случаев объясняется переходами элементарных заряженных частиц — электронов — от одних тел к другим. Как известно, в состав любого атома входят положительно заряженные ядро и отрицательно заряженные электроны. В нейтральном атоме суммарный заряд электронов в точности равен заряду атомного ядра. Тело, состоящее из нейтральных атомов и молекул, имеет суммарный электрический заряд, равный нулю.
Если в результате какого-либо взаимодействия часть электронов переходит от одного тела к другому, то одно тело получает отрицательный электрический заряд, а второе — равный по модулю положительный заряд. При соприкосновении двух разноименно заряженных тел обычно электрические заряды не исчезают бесследно, а избыточное число электронов переходит с отрицательно заряженного тела к телу, у которого часть атомов имела не полный комплект электронов на своих оболочках.
Особый случай представляет встреча элементарных заряженных античастиц, например, электрона и позитрона. В этом случае положительный и отрицательный электрические заряды действительно исчезают, аннигилируют, но в полном соответствии с законом сохранения электрического заряда, так как алгебраическая сумма зарядов электрона и позитрона равна нулю.
10.2.1.4. Закон сохранения энергии в механических процессах
Механическая энергия подразделяется на два вида: потенциальную и кинетическую. Потенциальная энергия характеризует взаимодействующие тела, а кинетическая — движущиеся. И потенциальная и кинетическая энергии изменяются только в результате такого взаимодействия тел, при котором действующие на тела силы совершают работу, отличную от нуля.
Рассмотрим теперь вопрос об изменении энергии при взаимодействии тел, образующих замкнутую систему. Если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы не действуют, то при любых взаимодействиях тел сумма кинетической и потенциальной энергий тел остается постоянной. Это утверждение называется законом сохранения энергии в механических процессах.
Сумма кинетической и потенциальной энергий тел называется полной механической энергией. Поэтому закон сохранения энергии можно сформулировать так: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения и упругости, остается постоянной.
Основное содержание закона сохранения энергии заключается не только в установлении факта сохранения полной механической энергии, но и в установлении возможности взаимных превращений кинетической и потенциальной энергий в равной количественной мере при взаимодействии тел.
Закон сохранения полной механической энергии в процессах с участием сил упругости и гравитационных сил является одним из основных законов механики. Знание этого закона упрощает решение многих задач, имеющих большое значение в практической жизни.
Например, для получения электроэнергии широко используется энергия рек. С этой целью строят плотины, перегораживают реки. Под действием сил тяжести вода из водохранилища за плотиной движется вниз по колодцу ускоренно и приобретает некоторую кинетическую энергию. При столкновении быстро движущегося потока воды с лопатками гидравлической турбины происходит преобразование кинетической энергии поступательного движения воды в кинетическую энергию вращательного движения роторов турбины, а затем с помощью электрического генератора — в электрическую энергию.
Механическая энергия не сохраняется, если между телами действуют силы трения. Автомобиль, двигавшийся по горизонтальному участку дороги после выключения двигателя, проходит некоторый путь и под действием сил трения останавливается. Во время торможения автомобиля произошло нагревание тормозных колодок, шин автомобиля и асфальта. В результате действия сил трения кинетическая энергия автомобиля не исчезла, а превратилась во внутреннюю энергию теплового движения молекул.
Таким образом, при любых физических взаимодействиях энергия не возникает, а только превращается из одной формы в другую. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения и превращения энергии.
Источники энергии на земле велики и разнообразны. Когда-то в древности люди знали только один источник энергии — мускульную силу и силу домашних животных. Энергия возобновлялась за счет пищи. Теперь большую часть работы делают машины, источником энергии для них служат различные виды ископаемого топлива: каменный уголь, торф, нефть, а также энергия воды и ветра.
Если проследить «родословную» всех этих разнообразных видов энергии, то окажется, что все они являются энергией солнечных лучей. Энергия окружающего нас космического пространства аккумулируется Солнцем в виде энергии атомных ядер, химических элементов, электромагнитных и гравитационных полей. Солнце, в свою очередь, обеспечивает Землю энергией, проявляющейся в виде энергии ветра и волн, приливов и отливов, в форме геомагнетизма, различного вида излучений (в том числе и радиоактивности недр и т.д.), мускульной энергии животного мира.
Геофизическая энергия высвобождается в виде природных стихийных явлений (вулканизм, землетрясения, грозы, цунами и т.д.), обмена веществ в живых организмах (составляющих основу жизни), полезной работы по перемещению тел, изменению их структуры, качества, передачи информации, запасения энергии в различного рода аккумуляторах, конденсаторах, в упругой деформации пружин, мембран.
Любые формы энергии, превращаясь друг в друга посредством механического движения, химических реакций и электромагнитных излучений, в конце концов переходят в тепло и рассеиваются в окружающее пространство. Это явление проявляется в виде взрывных процессов, горения, гниения, плавления, испарения, деформации, радиоактивного распада. Происходит круговорот энергии в природе, характеризующийся тем, что в космическом пространстве реализуется не только хаотизация, но и обратный ей процесс — упорядочивание структуры, которые наглядно прослеживаются прежде всего в звездообразовании, трансформации и возникновении новых электромагнитных и гравитационных полей, и они снова несут свою энергию новым «солнечным системам». И все возвращается на круги своя.
Закон сохранения механической энергии был сформулирован немецким ученым А. Лейбницем. Затем немецкий ученый Ю.Р. Майер, английский физик Дж. Джоуль и немецкий ученый Г. Гельмгольц экспериментально открыли законы сохранения энергии в немеханических явлениях.
Таким образом, к середине XIX в. оформились законы сохранения массы и энергии, которые трактовались как законы сохранения материи и движения. В начале XX в. оба эти закона сохранения подверглись коренному пересмотру в связи с появлением специальной теории относительности: при описании движений со скоростями, близкими к скорости света, классическая ньютоновская механика была заменена релятивистской механикой. Оказалось, что масса, определяемая по инерциальным свойствам тела, зависит от его скорости и, следовательно, характеризует не только количество материи, но и ее движение. Понятие энергии тоже подверглось изменению: полная энергия оказалась пропорциональна массе (Е = mс2). Таким образом, закон сохранения энергии в специальной теории относительности естественным образом объединил законы сохранения массы и энергии, существовавшие в классической механике. По отдельности эти законы не выполняются, т.е. невозможно охарактеризовать количество материи, не принимая во внимание ее движение и взаимодействие.
Эволюция закона сохранения энергии показывает, что законы сохранения, будучи почерпнутыми из опыта, нуждаются время от времени в экспериментальной проверке и уточнении. Нельзя быть уверенным, что с расширением пределов человеческого познания данный закон или его конкретная формулировка останутся справедливыми. Закон сохранения энергии, все более уточняясь, постепенно превращается из неопределенного и абстрактного высказывания в точную количественную форму.
10.2.1.5. Законы сохранения в микромире
Большую роль законы сохранения играют в квантовой теории, в частности, в физике элементарных частиц. Законы сохранения определяют правила отбора, нарушение которых привело бы к нарушению законов сохранения. В дополнение к перечисленным законам сохранения, имеющим место в физике макроскопических тел, в теории элементарных частиц возникло много специфических законов сохранения, позволяющих интерпретировать наблюдающиеся на опыте правила отбора. Таков, например, закон сохранения барионного или ядерного заряда, выполняющегося при всех видах взаимодействий. Согласно ему, ядерное вещество сохраняется: разность между числом тяжелых частиц (барионов) и числом их античастиц не изменяется при любых процессах. Легкие элементарные частицы — лептоны (электроны, нейтрино и т.д.) также сохраняются.
Существуют и приближенные законы сохранения, выполняющиеся в одних процессах и нарушающиеся в других. Такие законы сохранения имеют смысл, если можно указать класс процессов, в которых они выполняются. Например, законы сохранения странности, изотопического спина, четности строго выполняются в процессах, протекающих за счет сильного взаимодействия, но нарушаются в процессах слабого взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие нарушает закон сохранения изотопического спина. Таким образом, исследования элементарных частиц вновь напомнили о необходимости проверять существующие законы сохранения в каждой области явлений. Проводятся сложные эксперименты, имеющие целью обнаружить возможные слабые нарушения законов сохранения в микромире.
Проверка механических законов сохранения есть проверка соответствующих фундаментальных свойств пространства — времени. Долгое время считали, что кроме перечисленных элементов симметрии (сохранение энергии связано с однородностью времени, сохранение импульса — с однородностью пространства), пространство — время обладает зеркальной симметрией, т.е. инвариантностью относительно пространственной инверсии. Тогда должна была бы сохраняться четность. Однако в 1857 г. было экспериментально обнаружено несохранение четности в слабом взаимодействии, поставившее вопрос о пересмотре взглядов на симметрию пространства — времени и фундаментальных законов сохранения (в частности, на законы сохранения энергии и импульса).
10.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ
Все физические законы делятся на две большие группы: динамические и статистические.
Динамическими называют законы, отражающие объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин. Динамическая теория — это теория, представляющая совокупность физических законов.
Статистические законы — это такие законы, когда любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Здесь действуют статистические распределения величин. Это означает, что в статистических теориях состояние определяется не значениями физических величин, а их распределениями. Нахождение средних значений физических величин — главная задача статистических теорий. Вероятностные характеристики состояния совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, так как любой известный сегодня процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Различие между ними в одном — в способе описания состояния системы.
Смена динамических теорий статистическими не означает, что старые теории отменены и сданы в архив. Практическая их ценность в определенных границах нисколько не умаляется. При разговоре о смене теорий имеется в виду, в первую очередь, смена глубоких физических представлений более глубокими представлениями о сущности явлений, описание которых дается соответствующими теориями. Одновременно со сменой физических представлений расширяется область применения теории. Статистические теории расширяются на больший круг явлений, недоступных динамическим теориям.
10.4. ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ
Понятие энтропии — меры хаоса — связано с развитием термодинамики и формулированием ее двух основных законов.
10.4.1. Первый закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя первого рода
Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии применительно к тепловым процессам. Этот закон утверждает невозможность создания вечного двигателя первого рода, который бы производил работу без подведения энергии.
Этот закон утверждает, что тепловая энергия, подведенная к замкнутой системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и работу, производимую против внешних сил.
10.4.2. Второй закон термодинамики и невозможность создания вечного двигателя второго рода
Согласно первому закону термодинамики, могут протекать только такие процессы, при которых полная энергия системы остается постоянной. Например, превращение тепловой энергии полностью в механическую не связано с нарушением первого закона термодинамики, но тем не менее оно невозможно. Второй закон термодинамики еще больше ограничивает возможности процессов превращения.
Второй закон термодинамики утверждает, что не может быть создан вечный двигатель второго рода, который бы производил работу за счет тепла окружающей среды, без каких-либо изменений в окружающих телах. То есть в природе не может быть процессов, единственным результатом которых было бы превращение теплоты в работу. Этот закон утверждает, что во всех явлениях природы теплота сама переходит от более нагретых тел к менее нагретым. Если система замкнута и невозможны никакие ее самопроизвольные превращения, то энтропия достигает максимума. Состояние с наибольшей энтропией соответствует статическому равновесию. Энтропия является мерой вероятности осуществления данного термодинамического состояния или мерой отклонения системы от статического равновесия.
Второй закон термодинамики можно сформулировать как закон, согласно которому энтропия теплоизолированной системы будет увеличиваться при необратимых процессах или оставаться постоянной, если процессы обратимы. Это положение касается только изолированных систем.
Второй закон термодинамики говорит о том, что в замкнутой системе при отсутствии каких-либо процессов не может сама по себе возникнуть разность температур, т.е. теплота не может самопроизвольно перейти от более холодных частей к более горячим.
Согласно второму закону термодинамики, любые замкнутые системы должны перейти в более вероятное состояние, характеризуемое термодинамическим равновесием с наименьшей свободной энергией и с наибольшей величиной энтропии. Поэтому явление спонтанного (самопроизвольного) перехода вещества из симметричного состояния в асимметричное, сопровождаемое повышением упорядоченности и энергетического уровня системы и понижением ее энтропии, кажется просто нереальным. Однако трудности термодинамического характера в вопросе происхождения жизни до сих пор не определены. Решения пока нет.
Существует точка зрения, что второй закон термодинамики не применим к живым системам, так как они не являются замкнутыми системами. Живые системы — это открытые системы. Энтропия живых молекул весьма низка и имеет тенденцию к понижению. Этот факт сегодня является общепризнанным, а ее асимметрия не есть состояние нарушения равновесия, отсутствия структурности или беспорядка, а есть состояние динамического равновесия и упорядоченности, более сложной структурности и более высокого энергетического уровня. Это то самое крайне маловероятное состояние, которое заставляет усомниться в абсолютности знания. Возрастание энтропии и говорит о необходимости поиска новой физической теории или биологической закономерности, описывающей это состояние.
10.5. ПРИНЦИП МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ
В мировом процессе развития принцип минимума диссипации энергии играет особую роль. Суть его: если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и принципами, а также связями, наложенными на систему, то реализуется то состояние, которому соответствует минимальное рассеивание энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии («рыба ищет, где глубже, а человек — где лучше»).
Принцип минимума диссипации энергии является частным случаем более общего принципа «экономии энтропии».
В природе все время возникают структуры, в которых энтропия не только не растет, но и локально уменьшается. Этим свойством обладают многие открытые системы, в том числе и живые, где за счет притока извне вещества и энергии возникают так называемые квазистационарные (стабильные) состояния.
Таким образом, если в данных конкретных условиях возможны несколько типов организации материи, согласующихся с другими принципами отбора, то реализуется та структура, которой соответствует минимальный РОСТ энтропии. Так как убывание энтропии возможно только за счет поглощения внешней энергии, то реализуются те из возможных форм организации материи, которые способны в максимальной форме поглощать энергию.
Область применения принципа минимума диссипации энергии непрерывно расширяется. На протяжении всей истории человечества стремление овладеть источниками энергии и вещества было одним из важнейших стимулов развития и устремления человеческих интересов. И поэтому всегда было источником разнообразных конфликтов.
По мере развертывания научно-технического прогресса, истощения природных ресурсов возникает тенденция к экономному расходованию этих ресурсов, возникновению безотходных технологий, развитию производства, требующего небольших энергозатрат и материалов.
Если говорить об иерархии принципов отбора, то он играет роль как бы завершающего, замыкающего принципа: когда другие принципы не выделяют единственного устойчивого состояния, а определяют целое их множество, то этот принцип служит дополнительным принципом отбора. Проблема экономии энтропии, этой меры разрушения организации и необратимого рассеяния энергии, решается в мире живой природы. Существует теорема о минимуме воспроизводства энтропии, которая утверждает, что производство энтропии системой, находящейся в стационарном состоянии, достаточно близком к равновесному состоянию, минимально. Этот принцип можно рассматривать в качестве универсального. В живом веществе он проявляется не как закон, а как тенденция. В живой природе противоречие между тенденцией к локальной стабильности и стремлением в максимальной степени использовать внешнюю энергию и материю является одним из важнейших факторов создания новых форм организации материального мира.
Редукционизм — стремление свести объяснение сложного через более простое. Это есть некоторый своеобразный образ мышления, и он пронизывает все науки, в разной степени, но все. Редукционизм есть способ сведения сложного к анализу явлений более простых и является мощнейшим средством исследования, Он позволяет изучать явления самой различной физической природы. Часть физиков глубоко убеждены, что все свойства микромира уже закодированы в моделях микромира. Редукционизм как особенность мышления возник, вероятно, в процессе эволюции, однако прививается человеку в процессе обучения — это объяснение «на пальцах».
Модельные конструкции физиков — это и есть редукционизм. Он породил своеобразный метод, анализа, позволяющий связывать надежными логическими переходами различные этажи этого здания моделей, которое выстраивается физикой. Он позволяет изучить сложные явления самой различной физической природы. Однако было бы ошибкой считать, что он является универсальным и любые сложные явления могут быть познаны с помощью расчленения их на части и исследования их отдельных составляющих.
Явление редукционизма достаточно глубоко проникло в различные области естествознания. Б. Рассел сказал однажды, что, как это ни удивительно, но все свойства живого существа можно предсказать однажды, ибо они однозначно определяются особенностями электронных оболочек атомов, в него входящих.
ТЕМА 11. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВ
Окружающий нас мир богат своими формами и многообразием происходящих в нем явлений. Все. существующее представляет собой различные виды движущейся материи, которые находятся в состоянии непрерывного движения и развития. Движение как постоянное изменение присуще материи в целом и каждой ее мельчайшей частице. Можно выделить следующие формы движения материи:
? нагревание и охлаждение тел;
? излучение света;
? электрический ток;
? химические превращения;
? жизненные процессы и т.д.
Формы движения характеризуются тем, что одни могут переходить в другие, например, механическое движение может переходить в тепловое, тепловое — в химическое, химическое — в электрическое и т.д. Эти переходы свидетельствуют о единстве и непрерывной связи качественно разных форм материи. Но при всех разнообразных переходах одних форм движения в другие соблюдается основной закон природы — закон вечности материи и ее движения, который распространяется на все виды материи и все формы ее движения: ни один из видов движения материи и ни одна из форм ее движения не могут быть получены из ничего и превращены в ничто.
Веществом называется отдельный вид материи, обладающий при данных условиях определенными физическими свойствами. Примеры вещества: кислород, вода, железо.
Для того чтобы установить свойства вещества, нужно иметь его в чистом виде, но в чистом виде вещества в природе не встречаются. Природные вещества представляют из себя смеси, состоящие иногда из очень большого числа различных веществ. Так, например, природная вода всегда содержит растворенные в ней соли и газы. Иногда очень малое содержание примеси может привести к очень сильному изменению некоторых свойств вещества. Например, содержание в цинке лишь сотых долей железа или меди ускоряет его взаимодействие с соляной кислотой в сотни раз. Когда одно из веществ находится в смеси в преобладающем количестве, вся смесь обычно носит его название.
Чистое вещество всегда однородно, смеси же могут быть однородными и неоднородными. Однородными называются смеси, в которых ни непосредственно, ни при помощи микроскопа нельзя обнаружить частиц этих веществ вследствие ничтожно малой их величины. Такими смесями являются смеси газов, многие жидкости, некоторые сплавы. В неоднородных смесях неоднородность можно обнаружить при помощи микроскопа или даже невооруженным глазом. Примерами неоднородных смесей могут служить различные горные породы, почва, пыльный воздух, мутная вода. Кровь, например, тоже относится к неоднородным смесям, и при рассмотрении в микроскоп можно увидеть, что она состоит из бесцветной жидкости, в которой плавают красные и белые тельца.
Химическая промышленность выпускает химические продукты, которые также содержат какое-то количество примесей. Для указания степени их чистоты существуют специальные обозначения, или квалификация:
? технический (техн);
? чистый (ч.);
? чистый для анализа (ч.д.а.);
? химически чистый (х.ч.);
? особо чистый (о.ч.).
Продукт с квалификацией «техн» обычно содержит значительное количество примесей, «ч.» — меньше, «ч.д.а.» — значительно меньше, «х.ч.» — меньше всего. С маркой «о.ч.» выпускаются лишь некоторые продукты. Допустимое содержание примесей в химическом продукте той или иной квалификации устанавливается государственными стандартами.
Ежедневно мы можем видеть, как вещества подвергаются различным изменениям, например, свинцовая пуля, ударившись о камень, нагревается так сильно, что свинец плавится, превращаясь в жидкость; стальной предмет, находящийся под действием влаги, покрывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя кучку пепла, опавшие листья деревьев постепенно истлевают, превращаясь в перегной и т.д.
При плавлении свинцовой пули ее механическое движение переходит в тепловое, но этот переход не сопровождается химическим изменением свинца, так как твердый и жидкий свинец представляет одно и то же вещество. Но если тот же свинец в результате длительного нагревания на воздухе превращается в оксид свинца, то получается новое вещество с совершенно иными свойствами. Точно так же при гниении листьев, появлении ржавчины на стали, горении дров образуются совершенно новые вещества.
Химическими называются явления, при которых из одних веществ образуются другие, новые вещества, а наука, изучающая превращение вещества, называется химией. Она изучает состав и строение веществ, зависимость их свойств от состава и строения веществ, условия и пути превращения одних веществ в другие.
Химические изменения всегда сопровождаются изменениями физическими, поэтому химия и физика тесно связаны. Химия также тесно связана с биологией, так как биологические процессы сопровождаются непрерывными химическими превращениями. Однако каждая форма движения имеет свои особенности, и химические явления не сводятся к физическим процессам, а биологические — к химическим и физическим.
11.3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Молекулы состоят из атомов. Возможны два вида молекул: содержащие одинаковые атомы и молекулы, содержащие два или более различных атомов. Эти два вида молекул имеют разные названия:
? элемент — состоит из атомов только одного вида;
? соединение, или сложное вещество, — состоит из двух или более различных атомов.
Один моль каждого индивидуального вещества обладает определенным теплосодержанием, равно, как и определенной массой. Теплосодержание является мерой энергии, накапливаемой веществом при его образовании. Тепловой эффект химической реакции равен разности между теплосодержанием ее продуктов реакции и теплосодержанием реагирующих веществ. Если теплосодержание реагирующих веществ больше, чем у продуктов реакции, то при такой химической реакции тепло выделяется и она называется экзотермической. Если же теплосодержание продуктов реакции больше, чем у реагирующих веществ, то при реакции тепло поглощается и такая реакция называется эндотермической.
То, что в каждом индивидуальном веществе заключено определенное количество энергии, служит объяснением тепловых эффектов химических реакций. Теплосодержание иногда называют химической энергией, так как его величина тесно связана с химическим составом вещества.
Каждый атом обладает энергией, часть которой связана с электронами и часть — с ядром. Электроны в атоме обладают кинетической энергией, и поскольку они притягиваются ядром и отталкиваются друг от друга, то и потенциальной энергией. Алгебраическая сумма кинетической и потенциальной энергий и составляют энергию, необходимую для отрыва электрона от атомного ядра. Ядро же каждого атома — колоссальный источник энергии, которая связана с взаимодействием ядерных частиц — нуклонов.
Так как атомные ядра при химических реакциях не испытывают изменений, энергия ядер не изменяется. Поэтому энергия ядер не входит в теплосодержание молекул.
При нагревании твердого вещества увеличивается кинетическая энергия колебательного движения молекул около мест, занимаемых ими в кристаллической решетке. С повышением температуры эти тепловые колебания все больше нарушают упорядоченное строение кристалла. Когда же такое хаотическое тепловое движение молекул становится слишком быстрым, кристаллическая решетка полностью разрушается. При температуре, выше которой кинетическая энергия частиц обусловливает столь быстрое хаотическое движение, что кристаллическая решетка больше не может оставаться устойчивой, происходит фазовый переход — плавление твердого вещества.
В жидкости каждая молекула обладает значительно большей свободой движения, особенно поступательного и вращательного. При нагревании жидкости молекулярное движение усиливается. Кинетическая энергия обуславливает хаотическое движение, приводящее к распределению молекул по возможно большему объему. Поэтому с ростом температуры по мере увеличения энергии движения все большее число молекул может удаляться из жидкой фазы туда, где потенциальная энергия минимальна. При этом происходит другой фазовый переход — испарение жидкости.
Если продолжать нагревать вещество, то наступит момент, когда кинетическая энергия колебательного, вращательного и поступательного движений по величине станет сравнима с энергией химических связей. Тогда молекулы начинают разрушаться. По этой причине на Солнце не обнаружены молекулы, содержащие более чем два атома: только самые простые, двухатомные молекулы. Температура на Солнце настолько высока (6000 К), что более сложные молекулы не могут существовать.
Если дальше продолжать нагревание, то в конце концов достигается температура, при которой кинетическая энергия настолько возрастает, что разрушаются ядра. Тогда начинаются ядерные реакции. Предполагается, что на некоторых звездах существуют условия, благоприятные для быстрых ядерных реакций. Затраты энергии при химических реакциях в 10—100 раз больше, чем при фазовых переходах.
11.4. СКОРОСТИ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Химические реакции протекают с разными скоростями. Свеча, находящаяся в воздухе, не вступает с ним во взаимодействие, но, если ее зажечь, начинается реакция. Смесь бытового газа и воздуха в закрытой комнате не взаимодействует, но если зажечь спичку, может произойти сильный взрыв. Кусок железа ржавеет, т.е. реагирует с воздухом очень медленно, а кусок белого фосфора воспламеняется на воздухе и т.д. Скорость реакции зависит от:
? природы реагирующих веществ;
? концентрации реагирующих веществ;
? температуры.
Реакции, при которых не происходит перераспределения связей, обычно при комнатной температуре протекают быстро. Реакции, при которых происходит разрыв связей, обычно при комнатной температуре протекают медленно.
Было установлено: во многих случаях при повышении концентрации реагирующих веществ скорость реакции возрастает. Это связано с тем, что число столкновений между реагирующими частицами — атомами, молекулами или ионами — становится больше. А столкновение частиц — необходимое условие протекания химических реакций. В результате столкновений могут происходить перегруппировка атомов и возникновение новых химических связей, в результате чего образуются новые вещества.
Температура заметно влияет на скорость химических реакций. Когда зажигают свечу, температура ее около фитиля повышается. При реакции горения выделяется тепло, достаточное для поддержания высокой температуры. Таким образом, обеспечивается определенная скорость реакции. Так же можно объяснить, почему происходит взрыв смеси бытового газа и воздуха от зажженной спички: около горящего конца спички температура газа повышается и начинается реакция, протекающая все быстрее с выделением тепла. За счет этого тепла повышается температура ближайших областей, и реакция еще больше ускоряется. Скорость реакции продолжает возрастать до тех пор, пока не достигнет скорости взрыва — наиболее быстрой реакции, возможной по теории столкновений. Время, затраченное на это, — примерно одна миллисекунда. Повышение температуры приводит к увеличению скорости реакции.
Было обнаружено, что столкновение приводит к химической реакции, если сталкивающиеся молекулы обладают энергией, превышающей некоторую определенную величину. Подобно движущимся по трассе машинам с большой скоростью, столкновение молекул с большой энергией приводит к «молекулярной аварии», которую принято называть химической реакцией.
11.5. КАТАЛИЗАТОРЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Многие реакции протекают очень медленно, если просто смешать реагирующие вещества, но их можно значительно ускорить путем введения некоторых других веществ, называемых катализаторами. При реакции они не расходуются. При этом большее число молекул может преодолеть более низкий энергетический барьер, что приводит к увеличению скорости реакции. Он только ускоряет реакцию, которая может происходить и без него, но значительно медленнее.
Очень большое число катализаторов, называемых ферментами, содержится в живых тканях. Наиболее известные ферменты пищеварительной системы — птиалин, содержащийся в слюне, и пепсин, вырабатываемый поджелудочной железой. Оба эти фермента способствуют разрушению больших молекул, например, крахмала и белка, на более простые молекулы, которые могут непосредственно усваиваться клетками организма. Помимо сравнительно небольшого числа ферментов пищеварительной системы, существует большое количество других ферментов, принимающих участие в биохимических реакциях. Специфическое действие катализатора во многих случаях еще не выяснено. Поиск подходящего катализатора для каждой реакции обычно требует большой экспериментальной работы.
11.6. РАВНОВЕСИЕ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ
Под равновесием обычно понимается состояние, в котором свойства системы, определенные экспериментально, не претерпевают дальнейшего изменения даже по истечении определенного промежутка времени. Таким образом, равновесие характеризуется постоянством макроскопических свойств. Равновесие может осуществляться только в замкнутой системе, содержащей постоянное количество вещества при постоянной температуре. Постоянство свойств обусловлено равновесием между двумя противоположными процессами, которые не прекращаются и после установления равновесия, — растворимостью и осаждением. При равновесии микроскопические процессы продолжаются, но они взаимно уравновешиваются, поэтому никаких макроскопических изменений не наблюдается.
Факторами, влияющими на состояние равновесия, являются концентрация и температура. Именно от этих факторов зависит скорость реакции. Равновесие достигается, когда скорости прямой и обратной реакций становятся одинаковыми. Любой фактор, который изменяет скорость прямой или обратной реакции, может оказывать влияние на состояние равновесия. При изменении концентрации реагирующих веществ (или продуктов реакции) изменяются и их равновесные концентрации. При изменении температуры тоже изменяются равновесные концентрации. Катализаторы, повышающие скорости реакции, однако, не изменяют состояния равновесия. Следовательно, любой катализатор оказывает одинаковое влияние на скорости прямой и обратной реакций.
Мы уже рассмотрели, что то или иное изменение приводит к изменению равновесия, но в каком направлении будет смещаться равновесие? И какова степень влияния, т.е. какие новые равновесные концентрации будут создаваться в изменившихся условиях? Качественно предсказать влияние изменений внешних условий можно с помощью правила, впервые сформулированного в 1884 г. французским химиком А. Ле Шателье. Это правило называется принципом Ле Шателье, или принципом подвижного равновесия: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих равновесие, то равновесие смещается в том направлении, в каком эффект воздействия уменьшается.
Принцип Ле Шателье позволяет качественно судить о состоянии равновесия.
11.8. МОДЕЛЬ, ОБЪЯСНЯЮЩАЯ РАВНОВЕСИЕ
Фактором, влияющим на течение реакции, является температура. При любой температуре, кроме абсолютного нуля, происходит непрерывное беспорядочное движение молекул. Одни молекулы имеют низкую кинетическую энергию, другие — высокую. Некоторые молекулы иногда приобретают энергию, достаточную для подъема «наверх» и образования менее устойчивого состояния. С одной стороны, превращения, в которых участвуют молекулы, идут в направлении образования соединений с минимальной энергией. С другой стороны, реакции, происходящие между молекулами, в конце концов приводят к установлению динамического равновесия, когда при данной температуре системы молекул в результате беспорядочного движения будут с одинаковой скоростью переходить в состояние с повышенной энергией и «скатываться» на более низкие энергетические уровни.
Таким образом, можно отметить следующие характерные черты химических реакций:
1. Химические реакции протекают самопроизвольно в направлении достижения равновесия.
2. Фактором, определяющим состояние равновесия, является энергия. Равновесие стремится сместиться в сторону образования веществ с минимальной энергией.
3. Другим фактором, определяющим состояние равновесия, является беспорядочность движения, обусловленная температурой. Равновесие стремится сместиться в сторону максимальной беспорядочности движения.
4. Состояние равновесия определяется одновременно обоими факторами: минимальной энергией и максимальной беспорядочностью движения.
При очень низких температурах преобладающим фактором является беспорядочное тепловое движение молекул. В этом случае равновесие благоприятствует произвольному распределению исходных веществ и продуктов реакции. Это и есть модель для объяснения химических реакций и равновесия. При очень высоких температурах преобладающим фактором является беспорядочное тепловое движение молекул. В этом случае равновесие благоприятствует произвольному распределению исходных веществ и продуктов реакции.
ТЕМА 12. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ
12.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ИДЕИ РАЗВИТИЯ В БИОЛОГИИ
История идеи развития в биологии делится на 5 основных этапов:
1. Период от античной натурфилософии до первых биологических дисциплин. Здесь наблюдается фундаментальный принцип науки о живом — принцип историзма. Поэтому необходимо вспомнить:
а) учение древности VII—VI вв. до н. э. — Фалеса, Анаксимандра, Анаксимена о первоначале всех вещей (см. ТЕМУ 1.3.1.1);
б) учение Гераклита об огне в виде первовещества (см. ТЕМУ 1.3.1.2);
в) учение Эмпедокла о любви и вражде как основе существования всех веществ (см. ТЕМУ 1.3.1.3);
г) учение Анаксагора о движущей силе ума (см. ТЕМУ 1.3.1.3);
д) представление неоднородности вещества в атомистических представлениях древних философов (см. ТЕМУ 1.3.1.4-1.3.1.5);
е) идеи самопроизвольного зарождения жизни различных материальных образований, развиваемые в трудах Аристотеля, Коперника, Галилея, Декарта (см. ТЕМЫ 1.3.1.6-1.3.1.8);
ж) опыты Реди, опровергающие эти теории.
з) опыты Пастера, доказывающие, что все современное живое происходит только от живого;
и) гипотеза занесения живых веществ на Землю из космоса и ее несостоятельность (последние три пункта рассмотрим позже).
2. Систематизация накопленного в ботанике и зоологии материала.
3. Опубликование Дарвином труда «Происхождение видов» в 1859 г. Если XVIII в. с полным основанием можно назвать веком Ньютона, когда возник научный метод, которому сегодня мы обязаны всеми достижениями современной науки, то век XIX, надо согласиться в этом с Больцманом, следует назвать веком Дарвина. Создание эволюционной теории тоже было революцией. В биологию пришли идеи движения и развития. Это период революционного перелома в биологии, связанный с возникновением целых отраслей эволюционной биологии.
4. Переход к систематическому экспериментальному изучению отдельных факторов эволюции, формированию новых направлений в генетике и экологии. Этот период длился с начала XX в. до середины 30-х гт. XX в.
5. Период всеобъемлющего синтеза знаний о факторах, движущих силах и закономерностях в эволюции. Этот период берет свое начало в 40-х гт. и продолжается до настоящего времени.
12.2. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИВОГО
Еще в глубокой древности люди задавали себе вопросы: откуда произошла живая природа? Как появилась жизнь? Где та грань, через которую природа перешагнула при переходе от неживого к живому? Почему живые системы для своего построения выбрали молекулы лишь с определенной пространственной организацией
Проблема происхождения живого решалась довольно просто, пока ученые находились в счастливом неведении относительно сущности живого, как, впрочем, и того, что представляла собой Земля в младенчестве.
12.2.1. Идея самопроизвольного происхождения жизни
Первая идея, которая была выдвинута, — это идея самопроизвольного зарождения жизни. Эмпедокл, например, считал, что все дышащее обязано своим существованием самозарождению отдельных органов — рук, ног, лап, голов, сердец, которые затем, случайно комбинируясь, складывались в тела и достигали в конце концов вполне удачных комбинаций.
Лет за сто до него Анаксимандр с поразительной для своего времени прозорливостью утверждал, что путь к высшим организмам природа начинала с более примитивных, и, пожалуй, впервые выдвинул идею эволюции природы. Но и он за исходную субстанцию брал сложный природный продукт — морской ил. По его мнению, живые существа зародились во влажном иле, который когда-то покрывал землю. Когда Земля стала высыхать, влага скапливалась в углублениях, в результате чего образовывались моря, а некоторые животные вышли на сушу. Среди них были разнообразные существа, в чреве которых развивались люди. Когда люди выросли, покрывавшая их чешуйчатая оболочка развалилась.
Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века. Самопроизвольное зарождение лягушек, мышей, саламандр, ягнят и т.п. из различных материальных образований, в том числе гниющей земли, отбросов и иных объектов, рассматривалось многими выдающимися умами и мыслителями: Аристотелем, Коперником, Декартом, Галилеем, и именно благодаря этому идея имела столь широкое распространение и просуществовала так долго.
12.2.2. Опыты Пастера, доказывающие происхождение живого от живого
В XVII в. опыты Реди показали, что без мух черви в гниющем мясе не обнаружатся, а если прокипятить органические растворы, то микроорганизмы в них не смогут зарождаться (суждение, известное сейчас любой хозяйке, занимающейся консервированием продуктов). И только в 60-х гг. XIX в. Пастер (1822—1895) в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был внесен зародыш. Пастером фактически была открыта природа брожения. Он ввел методы асептики и антисептики, а в 1888 г. создал и возглавил институт микробиологии (впоследствии Пастеровский институт).
Термин пастеризация произошел от фамилии этого ученого. Пастеризация означает способ уничтожения микробов в жидкостях и пищевых продуктах однократным нагреванием до температуры ниже 100 °С (обычно 60— 70 °С) с различной выдержкой (чаще всего 15—30 минут). Способ этот был предложен Л. Пастером и применяется для консервирования молока, вина, пива.
Являясь основоположником современной микробиологии и иммунологии, Л.Пастер известен также своими работами по асимметрии молекул, которые легли в основу стереохимии — области науки, изучающей пространственное строение молекул и влияние его на физические свойства, а также на направление и скорость реакций. Молекулярная асимметрия, открытая Л. Пастером (см. ТЕМУ 9.1.2.1—9.1.2.3), явилась одним из доказательств земного происхождения жизни и имела огромное значение для понимания особенностей мирового эволюционного процесса.
Таким образом, опыты Пастера имели двоякое значение:
1. Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни.
2. Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого.
12.2.3. Гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса
Примерно в тот же период, когда Пастер продемонстрировал свои опыты, немецкий ученый Г. Рихтер (1865 г.) разработал гипотезу занесения живых существ на Землю из космоса. Зародыши могли попасть на Землю вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая породила все многообразие земной жизни. Эта концепция называлась концепцией панспермии. Ее разделяли такие ученые, как Г. Гельмгольц, У. Томсон, что способствовало ее широкому распространению среди ученых. Но она не получила научного доказательства, так как примитивные организмы или зародыши должны были погибнуть под действием ультрафиолетовых и космических лучей.
В 1924 г. вышла книга «Происхождение жизни» советского ученого А. И. Опарина, где он теоретически и экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеотидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, которые, выделяясь из окружающей среды и имея неодинаковую внутреннюю структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду. Превращению углеродистых соединений в химический период эволюции способствовала атмосфера с ее восстановительными свойствами, которая потом стала приобретать окислительные свойства, что свойственно атмосфере и в настоящее время.
12.2.5. Современные концепции происхождения жизни
Сегодня проблема происхождения жизни исследуется широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции происхождения жизни можно условно разделить:
1. Концепция субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. Опариным).
2. Концепция энергетического происхождения (И. Пригожин, А. Волькенштейн).
3. Концепция информационного происхождения (ее развивали А.Н. Колмогоров; А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский и др.).
Из конкретных концепций, получивших сегодня признание, кроме гипотезы Опарина о путях эволюции обмена веществ можно выделить концепцию о передаче наследственной информации (см. ТЕМУ 19.2.3.1) английского ученого Д. Холдейна (1892—1964), имевшего труды по генетике, биохимии, применению математических методов в биологии.
Все концепции ставят целью определить тот низший порог, с которого начинает действовать естественный отбор на биологическом уровне, а значит, начинают функционировать биологические законы. Однако ниже этой границы действуют другие законы — закономерности эволюционной химии, т.е. совсем иная форма естественного отбора.
В 1969 г. А. П. Руденко предложил химический аспект происхождения жизни. Используя положение Ч. Дарвина о естественном отборе и принцип усложнения и прогрессивной направленности эволюции, он заложил теоретическую базу эволюционной химии.
Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая исчерпывающе отображала бы ее сущность) нет и не может быть. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции происхождения жизни и представления о тех формах, в которых такое познание возможно.
12.3. БИОЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННЫЙ ОБМЕН
Термин биоэнергоинформатика был введен д.т.н., профессором МГТУ им. Н.Э. Баумана В.Н. Волченко в 1989 г., когда им и его единомышленниками была проведена первая Всесоюзная конференция по биоэнергоин-форматике в Москве (Терминатор. 1993. № 1. С. 45).
Понятие информации как сообщения и сама информатика как наука об информационном обмене появились недавно. Новое понятие — биоэнергоинформационный обмен — возникло в сфере биофизики, биоэнергетики и экологии в связи с последними достижениями в этих областях. Изучение его дало основание высказать предположение об информационном единстве Вселенной, о наличии в ней «Информации — Сознания», а не только известных форм материи и энергии. Одним из элементов этой концепции выступает наличие во Вселенной некоторого общего замысла, плана. Эта гипотеза подтверждается современной астрофизикой, согласно которой фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже формы физических закономерностей тесно связаны с фактором структурности Вселенной во всех ее масштабах и с возможностью Жизни. Иначе говоря, Вселенная такова, как это нужно ей для существования Жизни и Сознания в ней самой.
Отсюда следует второй элемент концепции биоэнерго-информатики — Вселенную нужно рассматривать как живую систему. А в живых системах фактор Сознания (информации) наряду с материей — энергией должен занимать весьма существенное место. Принципы живого, как правило, связывают со вторым началом термодинамики. Э. Шредингер показал, что живое как бы питается отрицательной энтропией. Однако Л. Больцман писал, что «живое... борется за энтропию», но он имел в виду рост химического или структурного многообразия живого.
Причина отмеченных противоречий содержится в том, что термодинамика имеет модель «энергия—вещество» с безликими идеальными частицами — точками для тех структур, а следовательно, и не может быть того информационного поля, которое мы вынуждены вводить. Именно оно обеспечивает структурную изменчивость как живого, так и всей материи во Вселенной.
Таким образом, можно говорить о необходимости триединства Вселенной: материи, энергии, информации (эти вопросы еще будут затрагиваться и подробно рассматриваться дальше). Но информация здесь не просто сообщение, она глубоко структурирована вплоть до уровня Сознания. Исходя из этого триединства, можно по-новому определить само понятие нетермодинамического равновесия в Природе.
С учетом концепций биоэнергоинформатики сформулированы основные свойства живых систем Вселенной:
? избирательность информационно-энергетических взаимодействий (наряду с материально-энергетическими), приводящих к иерархическому структурированию вещества, энергии, информации и наличию информационно-энергетического обмена со средой;
? целесообразность рассмотрения энтропии в трех составляющих: энергетической, конфигурационной и структурно-информационной вместо одной для обычных термодинамических систем;
? изменчивость за счет наличия внутренних сил, самопроизвольно реализующих состояние системы;
? живые системы, изменяясь, эволюционируют. По А. Эйнштейну, «жизни присущ элемент истории». Репродуцируемость, или же воспроизведение, упоминаемое обычно как признак живого, присуща и косной природе.
Неживые технические системы обладают высокой энергетичностью, например, лазерные технологии и термоядерный синтез дают плотность мощности 1010—102 0Вт/см2. В космических лучах при столкновении частиц энергии достигают значений порядка 1012 эВ и выше. Но информативность в перечисленных процессах невелика: десятки — сотни бит. Для информативности суперкомпьютеров известен предел Бреммермана — 1047 бит/с на грамм массы или 1093 бит. При переходе к живым организмам информативность, как структурное разнообразие, несомненно, более высокая, но измерять ее в битах бессмысленно (хотя Д. фон Нейман дал приближенно оценку емкости человеческого мозга в 1019 Мегабайт).
В то же время энергетичность клеточных структур (по данным КВЧ-терапии ММ-радиоволнами) составляет 10-5эВ. Таким образом, структурное совершенство живых систем можно оценивать по их информационно-энергетическому показателю. В полевой форме жизни высочайшее информационно-структурное разнообразие достигается почти при нулевой энергетичности системы. Это скорее характерно для Сознания как элемента Вселенной.
Очень важна здесь духовная наработка. Духовность нужно нарабатывать обычными путями: через любовь, красоту, истину, совесть, добро. Задачи биоэнергоинформа-тики как мировоззрения должны заключаться главным образом в раскрытии физических и, особенно, духовных резервов человека. Высокодуховный человек убежден, что сокровенный смысл жизни — отнюдь не в удовлетворении «непрерывно растущих материальных потребностей». Природа, создавая человека, видимо, рассчитывала на его вклад в самоорганизацию Вселенной, ее Сознание, создание наряду с Гармонией Природы гармонии человеческих творений искусства.
Доказывать концепцию биоэнергоинформатики уже не надо. Ее надо развивать.
12.4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ВЕЧНОСТЬ ЖИЗНИ
Для того чтобы оценить и рассмотреть понятие «биологическая вечность жизни», необходимо сформулировать определение жизни: «Жизнь — это активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры». Активное воспроизведение — это такой процесс, когда система сама воспроизводит себя и поддерживает свою целостность, используя для этого элементы окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Пассивный процесс такого рода — отнюдь не признак жизни.
Поддержание и воспроизведение структуры живого организма, идущие с затратой энергии, отличает живые существа от других самовоспроизводящихся структур, например, кристаллов.
Из поколения в поколение организмы воспроизводят характерную для видов, к которым они принадлежат, упорядоченность, причем с абсолютной точностью. Чужая упорядоченность организму не нужна, и он изо всех сил борется с ней. Например, сохранить пересаженный орган удается только подавив защитные иммунные системы образования антител. Но тогда организм оказывается беззащитным перед любой инфекцией и может погибнуть от нее. Пересаженные органы отторгаются, если они были взяты не у однояйцового близнеца (т.е. генетической копии одного и того же организма).
Казалось бы, у низших организмов отвращение к чужому порядку меньше. Но даже животные, питаясь другими животными или растениями, начинают с разрушения чужой упорядоченности. Так, белки расщепляются до аминокислот, сложные углеводы — до моносахаридов, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Из этих элементарных «кирпичиков» жизни организмы создают и строят лишь им присущие белки. Каждый организм характерен неповторимой, присущей только ему комбинацией белковых молекул. А уже на этой базе возникает комплекс всех признаков организма — на уровне клеток, тканей, органов. У растений это выражено еще более резко. Вода, набор питательных солей, углекислый газ и свет — при этом комплексе одинаковых факторов из одного семени вырастает роза, а из другого — крапива, каждое растение с присущим ему набором свойств, со своей упорядоченностью.
Итак, организмы берут извне не упорядоченность, а энергию: растения — в виде квантов света, животные — в виде мало окисленных соединений, которые можно сжечь в процессе дыхания. За счет этой энергии они строят свою «доморощенную» упорядоченность, пренебрегая чужой. Вот почему в определении жизни должно быть «воспроизведение специфической структуры».
Жизнь использует свой ресурс, любую возможность для размножения. Это есть «давление жизни». Но даже если численность организмов какого-либо вида остается стабильной, потенциал его размножения — мощный резерв, поставляющий материал отбору.
Живое эволюционирует путем естественного отбора — в этом суть блестящего открытия, сделанного Ч. Дарви-ном и А. Р. Уоллесом в середине XIX столетия. Красота и элегантность современных форм жизни обязана своим происхождением естественному отбору, в результате которого выживали и размножались те организмы, которые случайно смогли приспособиться к своему окружению. Эволюция случайна и непредсказуема. Лишь благодаря гибели огромного количества недостаточно приспособленных организмов, мы со всем, что у нас есть, живем на Земле.
Иногда жизнь считают проявлением химической организации, забывая, что ее в организмах не более 10%. Основная же масса биотики — вода, которая выступает не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Если бы вода не выделялась при взаимодействии аминокислот, то не было бы белка, не проходил бы обмен веществ. Без воды невозможна терморегуляция. Но самое главное: водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию, благодаря левому вращению планеты.
Жизнь — это объемное проявление свойств специфически направленных молекул, самоорганизованных в самовоспроизводящиеся системы в водных средах. Сложные молекулы, обеспечившие появление живых систем, образовались в природе из более простых: метана, аммиака, синильной кислоты, окиси и двуокиси углерода, сероводорода, фосфорного ангидрида и др.
Формирование сложных молекул шло под влиянием жесткого ультрафиолетового излучения, возможно, по нескольким путям в присутствии катализаторов. В качестве последних могли служить металлы магматических выбросов.
Биологическая форма организации материи в своем каноне завоевывает все новые области Вселенной. Однако при этом ее связи с колыбелью — гидросферой — только укрепляются. Вода создала и саму жизнь и всякие условия, создавшие ее симметрию. Возникнув в одной из сфер, при переходе в другую жизнь должна капсулироваться для. переноса среды, в которой она родилась. Ни о какой замене внутренних средств не может быть и речи. Они лишь наращиваются. Природа неизменно бережет свои достижения, особенно в информационном плане и при развитии не уничтожает их, а надстраивает уже имеющиеся, если информационная ветвь не имеет тупика. Свои удачи она всегда старается сохранить, проявляя в консерватизме осмотрительность и мудрость.
В растениях вода вместе с двуокисью углерода служит основным строительным материалом при создании крахмала, клетчатки и прочих углеводов.
Границы живого и неживого проходят через молекулы ДНК, в которых содержится программный механизм самовоспроизведения, самокопирования. Этот признак живого есть уже у вирусов, способных в определенных условиях передавать генетическую информацию. Энергетику живых систем обеспечивают моно- и полиуглеводы, в частности, глюкоза, а также жиры. В водной среде первичного океана сложные молекулы породили репродуцирующиеся сгустки, которые накапливали энергию химическим путем. Со временем сгустки приобрели оболочки и превратились в клетки, хотя и с примитивными процессами обмена веществ (метаболизмом). Первичные клетки не имели ядра и занимали промежуточное положение между растительными и животными и развивались по анаэробному механизму. В процессе эволюции в систему клетки попадает ион магния, что дало начало растительным структурам. Они под действием солнечных лучей поглощают из атмосферы двуокись углерода и выделяют кислород.
Как животные, так и растительные системы стали объединяться в более сложные многоклеточные системы. Клетки обзавелись ядрами, причем содержимое внутри оболочек обладало всеми свойствами первозданного бульона, имело присущую ему концентрацию органических и неорганических веществ, а также температуру 35—40° С. Некоторые живые организмы со временем выплеснулись с океаном на сушу, но и там сохранили внутри клеток океаническую среду.
Итак, жизнь зародилась в воде, но при переходе из гидросферы в воздушную среду была вынуждена захватить с собой «приметы» первой. Человек — творение второй, воздушной среды и может существовать только в ней. В иных средах — водной или космической — он может функционировать только внутри оболочки, сохраняющей неизменность привычных условий. Оболочки могут иметь разные размеры: от индивидуального скафандра для выхода в космос до современных просторных кораблей.
Как и человек, ДНК в индивидуальном «скафандре» может только перемещаться из одной сферы в другую. Но жить и репродуцироваться в другой среде они способны только находясь в клетке. Со временем появляются сгустки клеток — обитаемые космические структуры, где будет царствовать Разум.
С помощью метода «меченых атомов» было установлено, что метаболизм (обмен веществ) сопровождается высокой скоростью передвижения. Эти скорости построения, распада и воссоздания вновь созданных органических комплексов, входящих в биологические структуры, таковы, что биологический этот процесс может называться не просто метаболизмом, а метаболическим вихрем.
Молекулы в нашем теле и любом другом организме находятся в состоянии непрерывного восстановления. Атомы протекают через него почти непрерывным потоком. Велика вероятность того, что никто из нас не сохранил больше нескольких атомов, с которыми мы начали жизнь. Будучи взрослыми, мы меняем большую часть материала нашего тела за несколько месяцев. Половина всех белков печени обновляется за 10 дней, смена белков скелетных мышц происходит за 158 дней, во всем организме половина всех белков обменивается на новые в среднем за 80 дней. И при таких скоростях обменных реакций в процессе метаболического вихря белок не только не теряет своего равновесия, а порождает исключительную устойчивость свойств структуры, что особенно выпукло проявляется в процессах наследственности и памяти. Равновесие здесь держится именно на движении.
Таким образом, обмен веществ, или метаболизм, есть проявление общего специфически биологического явления — саморегуляции живых систем в целом и поддержании в них постоянной внутренней среды.
В связи с новыми открытиями в биологии потребовались дополнения не только научного аппарата, но и некоторых теоретических положений о жизнедеятельности. Было дополнено определение Ф. Энгельса о том, что «жизнь есть способ существования не только белковых тел, но и нуклеиновых кислот».
ТЕМА 13. ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ, ВОСПРОИЗВОДСТВА И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ
Эволюция — это развитие изучаемого процесса. Любой процесс может быть описан в терминах состояний. Описание процесса изменения состояний и есть эволюция.
Механизм — довольно часто употребляемый термин не только в технике, где он возник, но и в биологии (например, генетический механизм), экономике (рыночный механизм, механизм ценообразования), социальных и политических сферах.
Механизм — это некоторая совокупность логических связей, процедур, определяющих возникновение изменений в той или иной развивающейся, т.е. эволюционирующей среде.
За последние годы удалось многое узнать и понять из того, что называется механизмами эволюции (или развития), как происходит изменение организации (или структуры) материи, как и почему возникает новое качество, что является двигателем любого процесса самоорганизации.
Становится понятным, что единый процесс мирового развития — это не игра случая. Он имеет определенную направленность, т.е. происходит непрерывное усложнение организации, охватывающей неживую природу, живое вещество и общество. Эти три уровня организации материального мира — звенья одной цепи. Поэтому естественна попытка описывать процесс развития в рамках единой схемы, с использованием общей терминологии. Такое связанное описание процессов развития резко упрощает системный анализ всех биосферных процессов, процессов взаимодействия природы и общества.
Для описания общих свойств основных механизмов развития неживых материальных структур, живого вещества и организации общественной жизни используется дарвиновская триада.
13.1. ЭВОЛЮЦИОННАЯ ТЕОРИЯ ДАРВИНА
Во всей истории естествознания найдется очень мало исследователей, оказавших такое глубокое влияние на умы мыслящих людей, как английский натуралист Ч. Дарвин (1809—1882). Он создал совершенно новое учение о живой природе, которое изумительно ясно показало, почему мир растений и животных таков, каким мы его видим.
Первое июля 1858 г. считается поворотным моментом в истории биологии, значение которого в то время едва ли могло быть в полной мере оценено. В этот день перед членами Линнеевского общества в Лондоне была прочитана лекция Ч.Дарвина и А.Р. Уоллеса. Позднее она была опубликована в третьем томе трудов этого общества.
Ч. Дарвин и А. Р. Уоллес высказали мысль, что существующие виды не были созданы независимо друг от друга и не являются неизменными, но каждый вид, постепенно изменяясь, со временем может дать начало новому виду. То, что виды не постоянны, а изменяются или эволюционируют, не было новой точкой зрения. Однако новой и важной была гипотеза, что естественный отбор — необходимый процесс, управляющий этими изменениями и контролирующий их.
Ч. Дарвин разработал учение об эволюции, которое впоследствии превратилось в теорию. Гениальный ум Дарвина сумел обобщить огромный фактический материал в свете эволюционной идеи, связать его стройной системой рассуждений. В 1859 г. Ч. Дарвином был опубликован труд «Происхождение видов», а утверждавшаяся в нем идея развития превратилась впоследствии в руководящий метод научного познания. Концепция Дарвина была построена на признании объективно существующих процессов в качестве факторов и причин развития живого. Он объяснил объективно существующую целесообразность в строении и функционировании организмов, их взаимную приспособленность друг к другу.
В основе дарвиновской триады лежат изменчивость, наследственность и естественный отбор.
Первым звеном дарвиновской триады является изменчивость, т.е. разнообразие признаков и свойств у особей и групп особей любой степени родства. Двух одинаковых особей в природе не найдешь, даже в потомстве одной пары родителей особи всегда будут отличаться. Этот важный вывод, сделанный Дарвином на основании анализа наблюдений в природе и практике животноводства и растениеводства, был подтвержден впоследствии разнообразными фактическими материалами.
Изменчивость — это свойство органической природы. Во времена Дарвина изменчивость, которую наблюдали, делили на две категории:
? наследственная;
? ненаследственная.
В настоящее время такое разделение правильно лишь в самых общих чертах. Генетика показала, что ненаследственных признаков быть не может: все признаки и свойства организма в той или иной степени наследственны.
Ч. Дарвин обращает внимание на большое разнообразие сортов растений и пород животных, предками которых является один вид или ограниченное число диких видов. Различия между отдельными сортами или породами одного вида бывают более значительными, чем между некоторыми дикими видами, родами или даже семействами. Показав широкий размах изменчивости домашних форм, Дарвин приводит неопровержимые доказательства изменения видов под влиянием условий существования.
Ч. Дарвин выделяет несколько основных форм изменчивости:
? групповая изменчивость;
? неопределенная индивидуальная изменчивость.
Под групповой изменчивостью Ч. Дарвин понимал сходное изменение всех особей популяции в одном направлении вследствие влияния определенных условий. Например, изменение роста при изменении количества и качества пищи, толщины кожи, густоты шерстного покрова — от изменения климата и т.п.
Неопределенная индивидуальная изменчивость — это проявление разнообразных незначительных отличий у особей одного и того же вида, сорта, породы, которыми, существуя в сходных условиях, одна особь отличается от других. Действительно, в повседневной жизни мы часто наблюдаем сходство в отдельных чертах у себя и своих родителей, у домашних животных и их потомков. Многочисленны подобные примеры и в растительном мире. Так, из семени одной коробочки вырастают нетождественные растения, хотя они и развиваются в сходных условиях. Характер изменчивости определяется в данной ситуации не столько условиями среды, сколько наследственными особенностями организма, его состояния. Таким образом, всем живым организмам присуща индивидуальная наследственная изменчивость. Вследствие этого наблюдается естественное неравенство организмов. Другими словами — особи не тождественны друг другу.
Наследственная изменчивость — основа эволюционного процесса.
Изменчивость — это любые проявления неопределенности, стохастичности (случайности). Они составляют естественное содержание всех процессов микромира, но имеют место и на макроуровне. Изменчивость лежит в основе функционирования всех механизмов нашего мира на любом уровне его организации. Мир так устроен, что случайность и неопределенность — его объективные характеристики. Изменчивость же создает то поле возможностей, из которых возникает многообразие организационных форм. Но она также служит и причиной разрушения. Такова диалектика самоорганизации (синергетики). Одни и те же факторы изменчивости стимулируют и созидание и разрушение.
Следующим этапом после изменчивости является наследственность — свойство родителей передавать свои признаки потомкам, следующему поколению. Это свойство не абсолютно: дети никогда не бывают точными копиями родителей, но кошка приносит на свет всегда только котят, а из семян пшеницы вырастает только пшеница. В процессе размножения от поколения к поколению передаются не признаки, а код наследственной информации, определяющий лишь возможность развития будущих признаков в определенном диапазоне. Наследуется не признак, а норма реакции развивающейся особи на действие внешней среды.
Уже в XIX в. ученые начали понимать, что передачу признаков по наследству осуществляют какие-то частицы, имеющиеся в клетках, которые потом получили название генов. Установлено, что возможность возникновения всех наследственных признаков организма — от простейших клеток до человека — «записана», закодирована в виде последовательности нуклеотидов ДНК, передающейся от клетки к клетке из поколения в поколение с момента возникновения жизни на Земле. Клетки, лишенные ядер, например, эритроциты — красные кровяные тельца млекопитающихся, не способны к делению и размножению. Они возникают только из клеток-предшественников, имеющих ядра. Именно наследственность, наличие генетической программы в виде ДНК обеспечивает смену поколений, не прерывающуюся уже не менее 3,8 миллиарда лет. Генетические программы в этом процессе изменялись, усложнялись, но никогда не возникали из ничего. Наследственность и ее противоположность изменчивость — два необходимых условия жизни.
Таким образом, наследственность — это свойство организмов обеспечивать преемственность признаков и свойств между поколениями, а также определять характер развития организма в специфических условиях внешней среды. Ведь развитие признаков, определяемых наследственно, зависит и от внешней среды.
Каждый организм — это результат взаимодействия между генетической программой его развития и условиями ее реализации.
Наследственность есть выражение преемственности органических форм в процессе размножения, при котором в потомстве возобновляются, т.е. развиваются заново, сходные структуры и функции.
Наследственность — это термин, отражающий влияние прошлого на будущее. Он означает не только способность материи сохранять свои особенности, но и способность изменяться от прошлого к будущему, способность будущего зависеть от прошлого. Будущее определяется прошлым далеко не однозначно в силу той же стохастичности или случайности. Факт наследственности означает лишь то, что понять будущее нельзя без прошлого.
Отсюда такой интерес к истории, который присутствует у каждого человека. Наследственность — одна из составляющих причинности, наиболее полно которую раскрывает вся триада.
13.1.3. Связь между наследственностью и изменчивостью
Связь между наследственностью и изменчивостью совершенно ясна: оба эти явления выражают различные стороны преемственности в процессе воспроизведения, именно сходства и несходства потомства с исходными формами (причем под исходными формами подразумеваются не только родительские, так как в наследовании может проявиться сходство не с родителями, а с более или менее далекими предками).
Сходство выражает известную устойчивость органических форм в ряду поколений, а несходство — их способность к преобразованию. Так как всякое сходство познается только путем оценки различий, т.е. несходств, то и законы наследственности познаются через изучение закономерностей в процессах изменчивости, т.е. путем анализа форм изменчивости и роли этих процессов в нарушении сходства между родителями и их потомками.
Анализ явлений изменчивости среди потомков одних и тех же особей показал следующее:
1. Некоторые различия повторяются закономерно лишь в связи с известными условиями внешней среды, т.е. имеют характер непосредственной и определенной реакции организма на изменение некоторого внешнего фактора, например, температуры, влажности, освещения, питания. Такие различия по сравнению с исходной формой называются модификациями.
2. Другие различия повторяются закономерно у определенной части особей даже в том случае, если условия внешней среды оказываются совершенно одинаковыми для всех сравниваемых особей. Такие различия признаются наследственными. Анализ закономерностей их передачи и привел к раскрытию законов наследственности.
Таким образом, законы наследственности, с одной стороны, выражают повторение, т.е. изменчивость форм в ряду поколений, а с другой — выражают и закономерности в передаче изменений, т.е. различий, от родителей потомкам.
Так как наследственность и изменчивость — основные свойства жизни, то изучающая их наука может считаться стержневой отраслью науки о живом.
Естественный отбор — единственный направленный эволюционный фактор, необходимый процесс, который управляет изменениями и контролирует их.
В основе дарвиновской теории лежит факт весьма интенсивного размножения организмов. Если бы для размножения не было преград, то увеличение численности любого вида живых существ шло бы в геометрической прогрессии. Это означает, что и медленно размножающиеся организмы очень быстро заняли бы поверхность земного шара. Но этому размножению противостоят многочисленные препятствия, приводящие к огромной смертности, в особенности среди личинок и молоди. Эта смертность, как правило, возрастает с увеличением численности, но это не означает, что размножение приводит к настоящему перенаселению, характеризуемому недостатком жизненных средств. Во многих случаях смертность определяется врагами и паразитами, размножающимися параллельно увеличению численности тех организмов, которые служат им пищей.
Таким образом, не только при наличии перенаселения, но и без него размножению любого вида организмов противостоят всевозможные препятствия. Таковыми являются:
? неблагоприятные влияния физических факторов;
? истребление врагами и паразитами;
? болезни и голод.
Организм встречает в этих факторах сопротивление не только увеличению своей численности, но и своему существованию. Только путем преодоления этого сопротивления данный вид может сохранить для себя и своего потомства место в фауне и флоре данной территории.
Эту форму активности организма в обеспечении своей жизни и жизни своего потомства Ч. Дарвин назвал борьбой за существование. Здесь идет речь об активности организмов, направленной на поддержание своей жизни и на оставление потомства. Она выражается в конкуренции и пассивных формах соревнования. Дарвиновское понимание «борьбы за существование» охватывает разнообразные формы взаимодействия между организмом и окружающей его средой, следовательно, в понимание борьбы входят различные формы сотрудничества. Борьба за существование означает все формы проявления активности данного вида организмов, направленные на поддержание жизни своего потомства.
Как велика интенсивность размножения живых существ и велика их истребляемость видно из следующих примеров. Форель откладывает ежегодно около 600 икринок на протяжений примерно 10 лет жизни, т.е. всего около 6000 яиц. Если принять среднюю численность форелей постоянной, от каждой пары родителей сохраняется в виде половозрелого потомства только одна пара. Следовательно, из 6000 зародышей форели гибнут на различных стадиях в среднем 5998, а выживают и оставляют потомство лишь 2 особи. Однако форель не принадлежит к числу особо плодовитых рыб. Сельдь мечет по 40 000 икринок ежегодно в течение около десятка лет, карп — по 200 000 икринок в течение нескольких десятков лет, осетр — по 2 000 000 икринок в течение многих десятков лет. Треска откладывает по 10 млн, а морской налим — около 60 млн яиц. Из этого почти астрономического количества особей выживает и оставляет в свою очередь потомство в среднем лишь 2 особи. Вся остальная масса гибнет еще в виде яиц и зародышей, главным образом — в виде мальков и молоди, частью же во взрослом состоянии.
Это удивительное расхождение между числом жизней зарождающихся и полностью осуществляемых является вполне объективным мерилом интенсивности борьбы за существование.
Однако и медленное размножение может привести к быстрому увеличению численности. Дарвин приводит пример слона, который размножается очень медленно. Если одна пара слонов в течение жизни даст только три пары слонят и они все выживут, то за 750 лет от одной пары слонов произошло бы потомство в 19 000 000 особей. Это, конечно же, теоретические расчеты. Но и в действительности, если животное мало истребляется, то оно и при незначительной плодовитости может достигнуть огромной численности.
Несмотря на способность организмов к быстрому размножению, фактически ему всегда довольно скоро кладется предел. Дарвин выделил три основные формы борьбы за существование:
? межвидовая;
? внутривидовая;
? борьба с неблагоприятными условиями среды. Примеры межвидовой борьбы многочисленны. С экологической точки зрения, она представлена хищниками, паразитами и конкуренцией. И волки и лисы охотятся за зайцами. Между волками и зайцами, а также между лисами и зайцами идет напряженная борьба за существование. Отсутствие добычи обрекает хищников на голод и гибель. В то же время между хищниками — волками и лисами — тоже существует конкуренция за пищу. Это не означает, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом (хотя в мультфильмах мы видим, как они иногда дерутся за добычу), но успех одного означает неуспех другого. Травоядные животные смогут выжить и оставить потомство только в том случае, если они сумеют избежать хищников и будут обеспечены пищей. Но растительностью питаются разные виды млекопитающихся, а кроме того, — насекомые и моллюски: что досталось одному, не досталось другому. Существование трав, в свою очередь, зависит не только от поедания их животными, но и от других условий: опыления цветков, конкуренции с другими растениями за свет, влагу и т.д. Беспрепятственное размножение микроорганизмов сдерживают, помимо прочих факторов, антибиотики, выделяемые грибами, и фитонциды, образуемые земными растениями. К межвидовой борьбе относится и взаимодействие организмов в форме паразитизма, при которой организм хозяина становится менее конкурентно-способным.
В приведенных примерах межвидовых взаимоотношений напряженность борьбы между видами ослаблена тем, что организмы имеют, как правило, не один, а несколько источников питания.
Внутривидовая борьба означает конкуренцию между особями одного вида, у которых потребность в пище, территории и других условиях существования одинаковая. Ч. Дарвин считал внутривидовую борьбу самой напряженной. Поэтому в процессе эволюции у популяций выработались различные приспособления, снижающие остроту конкуренции:
? разметка границ;
? угрожающие позы и т.п.
Борьба с неблагоприятными условиями среды оказывает огромное влияние на выживаемость организмов. Много растений гибнет во время холодных малоснежных зим. В сильные морозы увеличивается смертность и среди животных, обитающих в почве: кротов, дождевых червей. Зимой же при недостатке растворенного в воде кислорода гибнет рыба. Семена растений нередко заносятся ветром в неблагоприятные места обитания и не прорастают.
Выживают лишь наиболее приспособленные к данным условиям особи. Они образуют новую популяцию, что в целом способствует выживанию вида. В борьбе за существование выживают и оставляют потомство индивиды, обладающие таким комплексом признаков и свойств, которые позволяют наиболее успешно конкурировать с другими.
В природе происходят процессы избирательного уничтожения одних особей и избирательного выживания других — явление, названное Ч. Дарвином естественным отбором.
Естественный отбор — это сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменений и уничтожение вредных.
Особи, успешно противостоящие неблагоприятным факторам и лучше использующие ресурсы внешней среды, с большей вероятностью могут оставить потомство. Этот процесс, действующий на протяжении десятков и сотен поколений, — главная движущая сила эволюции.
Учение о естественном отборе, сформулированное Ч. Дарвином, стало основой теории эволюции. В настоящее время учение о естественном отборе пополнено новыми фактами, и развито множество новых подходов. Понятие «естественный отбор» относится к фундаментальным понятиям не только эволюционного учения, но и всей биологии. С точки зрения биологии, выживает сильнейший, наиболее приспособленный, т.е. тот, кто выжил. Внутривидовой отбор отбирает те признаки, те особенности, которые, возникнув в результате действия случайных факторов, затем передаются в будущее за счет действия механизма наследственности. Внутривидовая борьба порождает отбор в живом мире — это фильтр, принцип отбора. Принципами отбора являются все законы сохранения, законы физики и химии в частности. К числу принципов отбора относится и второй закон термодинамики, не выводимый из законов сохранения. В экономике принципами отбора являются условия баланса и т.д.
Различают три главные формы отбора:
? движущий;
? стабилизирующий;
? деструктивный.
При движущем, или центробежном, отборе большую вероятность оставить потомство имеют особи, изменившиеся по каким-нибудь признакам по сравнению со средней для данного вида нормой. Отбирается один тип отклонения от нормы. Так появляются на свет более устойчивые к антибиотикам бактерии, более быстрые зайцы, засухо- и морозоустойчивые растения. Это путь возникновения новых видов, лучше приспособившихся к условиям внешней среды, чем виды-родители.
Стабилизирующий, или центростремительный, естественный отбор сохраняет в популяции среднее значение признаков (норму) и не пропускает в следующее поколение наиболее отклонившихся от этой нормы особей. Это путь сохранения видов неизменными.
При деструктивном (деструкция — нарушение нормальной структуры чего-либо), или разрывающем, отборе отбирается не один, а несколько признаков отклонения от нормы (два или больше). Это путь дробления предкового вида на дочерние группировки, каждая из которых может стать новым видом. При этом единый прежде вид распадается на группировки (расы, формы), отличающиеся морфологически, по времени размножения или же по предпочитаемой пище. Человек применяет деструктивный отбор, выводя мясные и молочные породы рогатого скота, верховых и тяжелоупряжных лошадей, разные породы собак и сорта культурных растений.
Выделяют еще семейный, или групповой, отбор, когда преимущество в размножении получают не отдельные особи, а вся группа в целом. Так возникают приспособительные черты группового поведения муравейника, пчелиной семьи, табуна копытных или стаи обезьян.
Несмотря на то, что разные формы естественного отбора могут приводить к разным, даже противоположным результатам, принцип у всех этих форм один: выживание и большая вероятность оставить потомство наиболее приспособленных к данным условиям особей.
Естественный отбор создает приспособляемость видов к условиям внешней среды. Но отбор бывает не только естественным, но и искусственным. Искусственный отбор — это способ, с помощью которого наряду с гибридизацией человек создал и создает высокопродуктивные породы животных, сорта культурных растений. Темпы эволюции, управляемой человеком, гораздо быстрее, чем в природе. Это объясняется тем, что искусственный отбор гораздо эффективнее естественного: человек сохраняет только те организмы, которые ему нужны, а в природе большинство полезных мутаций лишь несколько увеличивает вероятность выживания и размножения.
Термин «искусственный отбор» не отождествляется с естественным. Высшие формы искусственного отбора явно отличны от естественного. Человек выбирает подходящие ему особи для размножения. При естественном отборе факторы среды уничтожают менее приспособленные особи и устраняют их от размножения. Принцип действия как будто прямо противоположный: в первом случае сохраняются положительные особи, во втором — уничтожаются отрицательные. Однако примитивные формы искусственного отбора в этом отношении приближаются к естественному: первобытный человек не производил подбора пар, а просто уничтожал менее ценных животных.
13.2. КЛАССЫ МЕХАНИЗМОВ ЭВОЛЮЦИИ
В явлениях самой различной природы важнейшую роль играют классы механизмов эволюции, среди которых можно выделить два:
1. Адаптационные.
2. Катастрофические, или пороговые.
13.2.1. Адаптационные механизмы
Адаптация означает приспособление организмов к окружающей среде.
Адаптационный механизм эволюции — это логическая цепочка, которая приспосабливает данную систему (или организм) к окружающей среде. Конечно же, сюда входят дарвиновские механизмы естественного отбора. Подобные же механизмы действуют и в физических и в химических процессах, используются в технике и общественном строе.
Основная особенность адаптационных механизмов — это то, что они позволяют нам в принципе предвидеть результаты действия механизма, т.е. развитие событий, а значит, прогнозировать эти события. Это происходит потому, что адаптация, т.е. самонастройка, обеспечивает развивающейся системе определенную стабильность в данных конкретных условиях внешней среды. Это значит, что, изучая особенности среды, мы можем представить, предвидеть тенденцию в изменении параметров системы, которые будут происходить под действием этих механизмов. Этим пользуются селекционеры, формируя отбор должным образом. В физике и технике используются механизмы обратной связи, о которых мы будем говорить позднее.
Свойства адаптационных механизмов эволюции:
1. Никакие внешние и внутренние возмущения не способны вывести систему за пределы того обозримого коридора, того канала эволюции, который заготовила природа для развития этой системы.
2. Под действием механизмов адаптационного типа границы этого коридора очерчены объективными законами нашего мира, более или менее близки друг к другу и достаточно обозримы в перспективе.
3. Путь развития в этом случае предсказуем с достаточной степенью точности.
13.2.2. Катастрофические, или пороговые, механизмы эволюции
Катастрофические, или пороговые, механизмы эволюции имеют совершенно другую природу, но для них тоже дарвиновская триада полностью сохраняет свой смысл. Суть этих механизмов: существует некоторое критическое значение внешнего воздействия (эффект «последней капли»), выше которого прежняя форма уже существовать не может. Старая организация системы разрушается, т.е. физическая система обладает пороговыми состояниями, переход через которые ведет к резкому качественному изменению протекающих в ней процессов, к изменению организации. Причем переход системы в новое состояние в этой пороговой ситуации не однозначен, так же, как неоднозначен и характер ее новой организации. То есть существует целое множество возможных структур, в рамках которых будет развиваться система. И предсказать заранее, какая из структур реализуется, нельзя. Предсказать нельзя в принципе, так как это зависит от тех неизбежно присутствующих случайных воздействий внешней среды, которые в момент перехода через пороговое состояние и будут определять отбор.
Главная особенность рассматриваемого типа механизмов — это неопределенность будущего, которая является следствием того, что будущее состояние системы при переходе ее характеристик через пороговое состояние определяется, прежде всего, случайностью, а она присутствует везде. Система как бы забывает свое прошлое. В этой точке как бы происходит разветвление путей эволюции и предсказать, по какой ветви пойдет развитие дальше, нельзя. Обратного ходя эволюции уже нет (разбитая чашка, даже склеенная, есть разбитая чашка). Пороговые механизмы свойственны не только неживой природе, но и процессам, протекающим в мире живой природы и общества.
Учеными, например, установлено, что на Земле более или менее регулярно происходит повышение солнечной активности (существует 11-летний цикл солнечной активности), в результате которого резко меняются условия жизни на Земле, появляются мутанты. Повышение фоновой радиации после Чернобыльской катастрофы также привело к резкому возрастанию числа мутантов. Повышение солнечной активности стимулировало быстрое вымирание старых видов растений и животных и появление новых. Поэтому катастрофические состояния биосферы — столь же естественные элементы эволюционного процесса, как и адаптация и внутривидовая борьба.
13.2.3. Принцип А. Пуанкаре. Закон дивергенции
Реальные процессы развития дают целую гамму различных механизмов. Законы физики, химии и другие принципы отбора устанавливают определенные границы изменения состояния системы, определяют так называемые каналы, внутри которых и будут протекать эволюционные процессы. Однако множество случайных факторов стараются вывести системы за эти границы. Поток внутри канала следует механизму адаптационного типа, границы которого определены законами развития.
Смысл принципа А. Пуанкаре состоит в том, что если эволюционный поток выходит на площадь — пересечение нескольких каналов эволюции, то возникает несколько вариантов дальнейшего развития эволюционного процесса. Характер развития качественно меняется и этих вариантов столько, сколько каналов эволюции выходит на перекресток. Выбор канала непредсказуем и неопределен. Какова будет новая организация системы — предсказать невозможно в принципе, так как выбор канала зависит от тех случайных факторов, которые неизбежно присутствуют в момент выхода системы на перекресток каналов эволюции.
Изложенная интерпретация характера эволюции делает наглядным один из общих законов самоорганизации материи — закон дивергенции, суть которого в следующем: процесс развития характеризуется непрерывным усложнением и ростом разнообразия организационных форм материи.
Дивергенция в переводе с позднелатинского означает расхождение. Здесь имеется в виду расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов в процессе эволюции. Это результат обитания в разных условиях и неодинаково направленного естественного отбора. Понятие дивергенции было введено Ч. Дарвином для объяснения многообразия сортов культурных растений, пород домашних животных и биологических видов.
Закон дивергенции характерен для всех трех форм развития материального мира: он действует в мире неживой природы, эволюции живых существ и обществе. С ростом сложности системы возрастает вероятность увеличения числа возможных путей дальнейшего развития, т.е. дивергенции. С увеличением сложности системы количество состояний, в которых могут происходить катастрофы, быстро возрастает, как и вероятность увеличения числа возможных путей дальнейшего развития. Это означает, что процесс самоорганизации ведет к непрерывному увеличению числа организационных форм, так как вероятность появления двух развивающихся систем в одном и том же канале эволюции практически равна нулю.
13.3. ТРИ ПЕРИОД ФОРМИРОВАНИЯ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ТЕОРИИ ДАРВИНА
Интеграция биологии с другими отраслями естествознания, а также интеграция отдельных биологических дисциплин в целостную систему знаний о живой природе послужили стимулом к развитию эволюционной теории.
Формирование эволюционной теории в первой половине XX в. характеризуется тремя периодами:
1. Кризис эволюционного учения в связи с получением новых данных и сведений в области генетики, изучавшей, как и экология, отдельные факторы эволюции, наследственность и изменчивость организмов.
2. Преодоление генетического антидарвинизма, развитие таких направлений, как генетика популяций, гено-география, которые подготовили основу для синтеза этих наук с дарвинизмом.
3. Период интеграции эволюционной науки с генетикой и другими отраслями биологии и превращение ее в синтетическую теорию эволюции, или современный, новый дарвинизм.
Современная теория эволюции построена на теории Дарвина, поэтому ее можно назвать неодарвинистской. Главной заслугой Дарвина было установление механизма эволюции, состоящего в естественном отборе организмов, наиболее приспособленных к внешним условиям, и постепенном накоплении приобретенных признаков. То, что эти признаки не рассеиваются в последующих поколениях, было объяснено дискретным наследованием генов по законам Менделя.
Синтез генетики и дарвинизма ставил своей целью изучение роли генетических процессов и эволюции живого. Изучение молекулярной организации наследственности привело к развитию гипотезы, согласно которой основу генетического аппарата хромосомы составляют гигантские нитчатые макромолекулы, способные к воспроизводству и матричному типу. Был осуществлен структурный анализ молекул ДНК, в результате которого было создано учение о генетической информации, доказавшее, что строение аппарата наследственности и форм мутационной изменчивости является результатом эволюции и находятся под контролем естественного отбора.
Н.И. Вавилов писал, что если XIX в. был доказательством эволюционного процесса, то XX в. — экспериментальным изучением этого процесса. К концу XX в. степень разветвленности биологического знания достигла предела, за которым виден глубинный процесс синтеза, интеграции знания о живом.
Эволюционная теория относится к числу тех естественнонаучных концепций, которые связаны с представлениями о развитии окружающего мира. Это наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях развития живого. В эволюции живых систем как наиболее сложных природных образованиях проявляются общие свойства развития. Анализ основных положений эволюционной теории позволяет углубить в целом понимание сущности развития материи.
Теория Дарвина разрешила целый ряд важнейших биологических проблем и, как всякое крупное достижение обобщающей мысли, поставила ряд новых проблем, далеко еще не разрешенных в наши дни. По своим задачам дарвинизм стоит в одном ряду с такими общепризнанными научными дисциплинами, как эмбриология, генетика и экология. Последующие открытия в области генетики подтвердили основные положения Дарвина о соотношении изменчивости и наследственности.
Дарвин показал, что в процессе естественного отбора неизбежно происходит аккумуляция полезных изменений, но целесообразность всегда носит относительный характер, так как любые приспособления оказываются полезными только в конкретных условиях существования.
Ведущую роль в эволюции он отводил взаимодействиям «живого с живым», вскрывая тем самым внутренний источник развития органического мира. Органическая эволюция понималась Дарвином как непрерывный процесс возникновения все новых и новых форм. Узловым моментом органической эволюции является возникновение вида как качественно нового способа адаптации к окружающей среде.
С возникновением дарвинизма на передний план биологических исследований выдвинулись четыре задачи:
1. Сбор доказательств самого факта эволюции.
2. Накопление данных об активном характере эволюции и единстве организационных и приспособительных признаков.
3. Экспериментальное изучение взаимодействия наследственной изменчивости, борьбы за существование, естественного отбора как движущей силы эволюции.
4. Изучение закономерностей видообразования и макроэволюции.
В результате развития эволюционной теории во второй половине XIX в. основные успехи были достигнуты в двух областях:
1. Окончательно доказан принцип эволюции на фактическом материале из разных отраслей эволюционной биологии, сформировавшихся на основе объединения классических наук (палеонтологии, морфологии, физиологии, эмбриологии, систематики) с дарвинизмом.
2. Показано, что эволюция имеет адаптивный характер, и положено начало изучению отбора как причины формирования адаптации.
Однако довольно длительное время слабой была экспериментальная база дарвинизма, что способствовало формированию широкого фронта антидарвинизма, отрицающего творческую роль отбора.
В начале XX в. зарождается генетика, изучающая одну из главных предпосылок эволюционного процесса — изменчивость. Однако первые генетики противопоставили данные своих исследований дарвинизму и в результате в эволюционной теории возникает глубокий кризис. Выступления генетиков против учения Дарвина вылились в широкий фронт, объединяющий несколько течений под общим названием «генетического антидарвинизма». Открытие устойчивости генов трактовалось как неизменчивость, что способствовало распространению антидарвинизма. Мутационная изменчивость отождествлялась с эволюционными преобразованиями, что исключало необходимость в действии отбора как главной причины эволюции. Все направления генетического антидарвинизма примыкали к метафизическим концепциям, характерной чертой которых была односторонняя абсолютизация какого-либо фактора эволюции, например, мутагенной изменчивости, или гибридизации.
С середины 20-х гг. началось формирование новых отраслей эволюционной биологии на базе дарвинизма с генетикой, математическим моделированием, биологией. В основу этого процесса было положено экспериментальное изучение факторов и причин, в совокупности вызывающих адаптационное преобразование популяций. Объединение этих направлений между собой и синтез их с ранее сложившимися отраслями эволюционной биологии стали основой нового дарвинизма, или синтетической теории эволюции. Только в рамках этого нового подхода стала возможной правильная постановка вопроса о движущих силах макроэволюции, в том числе и прогрессивного развития.
Важно отметить, что синтетическая теория эволюции не является некой застывшей массой систем теоретических положений. В ее рамках продолжают формироваться новые направления исследований, фундаментальные открытия в биохимии и молекулярной генетике, что положило начало изучению эволюции на молекулярном уровне организации живого.
Важнейшей практической задачей синтетической теории эволюции становится выработка рациональных способов управления эволюционным процессом в условиях все нарастающего воздействия общества на окружающую среду. Она принимает непосредственное участие в решение проблемы взаимодействия природы и общества, человека и природы.
Таким образом, эволюционная теория возникла не сразу, а прошла длинный путь:
13.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РАЗВИТИЯ
На основе рассмотренных выше положений Ч. Дарвина относительно особенностей развития организмов, можно выделить некоторые выводы о свойствах развития в целом, так как живые существа являются наиболее сложным природным образованием и в их свойствах отражаются и общие свойства и всеобщие черты развития и движения материальных систем. Рассмотрим основные свойства.
1. Развитие — это всегда сторона проявления движения. Дарвин называл свою теорию «теорией развития путем изменения», подчеркивая универсальный характер развития. Развитие как переход из одной стадии в другую, от одного качества — к другому слагается из стадии разрушения и стадии возникновения, созидания. Импульс к развитию содержится внутри самой системы.
2. Развитие проявляется в одновременном возникновении новой формы устойчивости и соответствующей ей изменчивости. Одно предполагает другое. Изменчивость представляет собой результат взаимодействия внутренних свойств объекта (организма) и свойств окружающей среды. С чем большей энергией сохраняется данное состояние объекта, с тем большей энергией и быстротой происходят его изменения, которые по мере своего оформления приобретают устойчивость, но уже иного характера.
3. Развитие отличается ритмичностью, т.е. имеет свою структуру, связанную с природой объекта. Наличие внутренней логики, последовательности стадий процесса определяет путь развития не только прогрессивных, но и регрессивных изменений системы.
4. Развитие связывается с ненаправленной изменчивостью, т.е. именно она служит основой для развития направленной тенденции как необходимости. Развитие, по Дарвину, есть переход случайных явлений, свойств в необходимые.
5. Развитию сложноорганизованной системы способствует сочетание нескольких факторов:
? времени;
? изоляции;
? постоянства окружающей среды;
? числа компонентов;
? уровня дифференциации системы.
Дарвин подчеркивал, что сам естественный отбор только сохраняет полезные свойства в данных условиях среды. Важными компонентами являются:
а) продолжительность времени, в которое осуществляется естественный отбор, так как она увеличивает шансы благоприятных изменений;
б) изоляция организмов друг от друга;
в) численность подвергающихся изменению особей.
6. Чем разнообразнее качества взаимосвязанных объектов, тем богаче спектр слагаемых изменений, тем более содержательным и результативным является объединяющий их процесс развития. Но диапазон этих связей имеет предел, за которым утрачивается специфика данного конкретного вида развития.
7. Сложный процесс развития гасит слабые качественные изменения, которые, исчезая, усиливают общую тенденцию развития.
8. Возникновение направленности движения как условия развития связано с пространственно-временными свойствами объектов. Развитие объекта происходит именно в тот отрезок времени, в котором существует данный объект. И наоборот: пространство и время несут на себе печать природы объекта и его специфики.
9. Интенсивность роста как проявления развития является функцией времени: чем короче период развития системы, тем оно интенсивнее (например, грибы растут очень быстро, так как время их жизни ограниченно).
10. Развитие характеризуется не только приобретением системой более совершенных свойств, но и наличием условий для их реализации.
11. Для биологической организации является характерным отмеченный Дарвином «принцип экономии»: сокращение тех частей, которые стали излишними при изменившихся условиях среды, но при этом другая часть получает соответственно ускоренное развитие. Выражение «Природа щедра на разнообразие, но крайне скупа на нововведения» подтверждает то, что биологическое развитие, как и другие формы развития систем материального мира, характеризуется наличием взаимосвязанных стадий, подчиняющихся закону сохранения и превращения энергии. Если одно звено или стадия в процессе эволюции интенсивно развивается, то связанное с ним звено замедляет темп своего развития. Данное свойство реализуется лишь благодаря целостности и является следствием организации.
12. Организация и дезорганизация — диалектически связанные противоположности, позволяющие системе эволюционировать. Совершенствование системы связывают с повышением ее организованности, упорядоченности, т.е. с ростом ее информационного содержания.
13. Свойства самого процесса развития находятся между собой в системном единстве.
ТЕМА 14. ОТРАЖЕНИЕ КАК ВСЕОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИИ
Общепризнано, что отражение как всеобщее свойство материи существует лишь в непосредственной и неразрывной связи с движущейся материей. Поэтому особенно важно определить характер, содержание этой связи.
Отражение — это всеобщее свойство движущейся материи, которое выражается в способности любого объекта на воздействие извне отвечать определенным действием. Способность каждого предмета или явления реагировать тем или иным способом на воздействие извне сопровождается определенными изменениями своей структуры, в результате чего между отражаемым и отражающим объектами устанавливается соответствующее структурное отношение.
Отражение заключается в воспроизведении особенностей отражаемого объекта. Поэтому отражение присуще:
? всем телам неорганической природы, например, след, произведенный воздействием одного тела на другое;
? простейшим организмам, например, у протоплазмы, «раздраженной» тем или иным способом, появляется мутность и возникают определенные видимые изменения структуры. Эта внешняя ответная реакция протоплазмы на раздражение извне обуславливается внутренними изменениями, происходящими в протоплазме, — уменьшением дисперсных коллоидов, входящих в состав протоплазмы и ядра. Она свидетельствует о том, что противодействие отражающего объекта, возникающее в ответ на действие отражаемого, является сложным процессом, имеющем как внутреннюю, так и внешнюю стороны;
? растениям, например, чувствительная мимоза свертывает свои лепесточки при приближении руки человека, комнатный цветок герань начинает очень сильно пахнуть, если до него дотронуться, и т.п.;
? животным, например, ежик сворачивается «клубочком» при грозящей ему опасности, собака, находящаяся за оградой, начинает лаять на проходящего мимо человека и т.п.;
? человеку, у которого отражение проявляется в раздражимости.
Получение знаний об окружающей действительности связано с отражением (вспомните, как дети во всем стараются копировать взрослых): при сдаче экзамена или зачета студент должен выразить отраженные или трансформированные в его мозгу знания, ранее изложенные преподавателем, и о степени адекватности отражения свидетельствует полученная оценка и т.д. Психическое отражение — это свойство высокоорганизованной материи.
Отражение как всеобщее свойство материи существует потому, что все материальные объекты взаимосвязаны и взаимодействуют между собой. Процесс взаимодействия предполагает взаимоотражение. Однако последнее не всегда возможно между взаимодействующими объектами, так как условия могут быть такими, что обратное действие отражающего не достигает отражаемого.
В процессе отражения материальные объекты взаимоотражают друг друга в соответствии со своей природой, ее спецификой. Отражение порождается во взаимодействии и сопровождает процесс взаимодействия материальных объектов. Процесс отражения является не только результатом процесса взаимодействия, но и моментом всякого движения.
Отражение как всеобщее свойство материи обнаруживается при всех формах воздействия. Взаимодействие есть единый процесс действия одного тела на другое и противодействия последнего. Отражение является необходимой основной частью любого противодействия, а значит, и взаимодействия. Существует мнение, что под действием отражаемого тела в отражающем происходят соответствующие внутренние изменения, а именно:
? внутренние изменения во взаимодействующих телах;
? внутренние изменения, адекватные воздействию извне;
? необходимые изменения для активного реагирования тела на внешний фактор, которые и представляют собой процессы отражения.
В процессе отражения ответное действие отражающего всегда строго специфично и точно соответствует характеру полученного воздействия. Эта особенность отражения имеет большое значение и выражает специфику формы движения материального объекта.
Когда говорят о движении объекта, то подразумевают при этом тот или иной материальный процесс взаимодействия его с другими телами. Когда же называется его то или иное свойство, имеется в виду способность данного объекта вступать в определенные процессы взаимодействия. Если материальный объект попадает в какую-то иную систему связи, то при этом у него может появиться свойство, способность реагировать специфическим образом на новые внешние воздействия. Проявление специфических свойств объекта возможно лишь в специфических взаимодействиях, в которые может вступать объект.
14.2. ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ СТОРОНЫ ОТРАЖЕНИЯ
Ответная реакция объекта на воздействия извне обуславливается внутренними изменениями. Понятия «внутреннее» и «внешнее» являются относительными, так как когда объектом исследования становятся более глубокие структурные элементы материального объекта, внутреннее оказывается внешним по отношению к процессам отражения, происходящим в этих более глубоких структурных уровнях. Например, действие звука большой мощности вызывает внутреннее изменение протоплазмы в виде денатурации ее белка. Сама же денатурация рассматривается по отношению к структурным изменениям ее белка, вызванным этим воздействием, уже как внешнее по отношению к внутреннему. Или, скажем, возбуждение мышцы при парабиозе связано с нарастанием в ней органических фосфорных соединений. Но этот процесс при сравнении с обуславливающим его явлением — увеличением синтеза макроэнергетических фосфорных соединений в клетках мышечной ткани — превращается из внутреннего во внешний.
Для характеристики диалектического единства категорий «внутреннее» и «внешнее» интересной является та сторона, на которую одним из первых обратил внимание Т. Павлов. Он писал, что чем ниже спускаемся мы по ступеням эволюции отражения вообще как свойства всей материи, тем труднее отличить внешние ответные реакции тела от внутренних состояний — следов или актуального отражения окружающей среды в испытывающем ее воздействие теле.
Поскольку любой материальный объект внутренне противоречив, в нем самом имеется источник самодвижения и саморазвития. Самодвижение предмета как его внутреннее проявляется во внешней ответной реакции данного предмета на воздействие извне как в своем внешнем. С помощью этого внешнего материальный объект может вступать во взаимодействие с другими объектами окружающей среды.
Однако, по сравнению с внутренним самодвижением объекта, его внешняя ответная реакция представляет собой действие в совсем иного рода взаимодействии. Это взаимодействие происходит уже не между частями данного предмета, а между ними и другими материальными объектами в более общей системе связей, где уже данный предмет выступает как часть или элемент более сложной системы. Специфика такого процесса взаимодействия обусловлена характером ответной реакции и качественной характеристики взаимодействующих с ним тел. Поэтому внутреннее движение объекта определяется как одна форма движения, а взаимодействие его с иными объектами посредством внешней ответной реакции — как другой вид движения.
Таким образом:
? нельзя говорить о том, что «внутреннее» и «внешнее» сливаясь в процессе отражения, неотделимы друг от друга. Здесь нужно различать момент перехода одной формы движения в другую, учитывать процесс дифференциации материи;
? действие объекта представляет собой единство внутреннего и внешнего и является примером превращения одних форм движения в другие;
? взаимодействие представляет собой единый процесс действия и противодействия, это сложное целое внутренних структурных изменений отражающего объекта и его внешней ответной реакции. Эта внешняя ответная реакция и есть проявление совершающегося в отражающем объекте процесса отражения;
? отражение приводит к созданию специфического соответствия структур взаимодействующих материальных объектов;
? отражение — определенная часть противодействия, которое вызывает внешнюю ответную реакцию отражающего и поэтому является необходимой частью любого взаимодействия.
14.3. ОТРАЖЕНИЕ— ВСЕОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИИ
Являясь всеобщим свойством движения, процесс отражения качественно меняется на различных ступенях развития. Так как оно является проявлением движения, его неотъемлемой стороной, то оно и развивается по мере изменения и развития форм движения. Более простым формам движения соответствуют более простые формы отражения. С переходом этих форм движения в более сложные появляются и более сложные формы отражения.
Формы отражения подразделяются на несколько основных видов в зависимости от их сложности, в соответствии с порядком их возникновения на Земле. Весь этот ряд можно разделить на части:
1. Формы отражения малоактивные, не связанные еще с процессами управления и самоуправления.
2. Активное отражение, для которого характерны процессе управления и самоуправления.
Эти формы отражения связаны друг с другом общими законами отражения, которые действуют на всех ступенях развития материи и проявляются во всем многообразии форм отражения.
Отражение должно подчиняться общим законам движения материи, которые служат основой для действия общих законов отражения. Исходя из этого, можно предположить, что отражение, как и движение, противоречиво, является одновременно абсолютным и относительным, характеризуется устойчивостью и изменчивостью, прерывностью и непрерывностью, тождеством в различии и различием в тождестве.
14.4. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ОТРАЖЕНИЯ
К основным свойствам отражения относятся следующие:
? аккумуляция отражения;
? избирательность отражения;
? опережающее отражение действительности;
? адекватность полученному воздействию.
Именно эти свойства отражения в силу его взаимосвязи с движением оказывают непосредственное участие и влияние на ход и особенности процесса развития.
Аккумуляция (accumulatio) в переводе с латинского означает накопление. Отражающая система фиксирует в виде «следа» отражение, которое произошло вследствие полученного воздействия. Изменения структуры, которые при этом происходят, не исчезают полностью, а сохраняются некоторое время. Если аналогичное воздействие повторяет «след», отражение становится характерным признаком и активным центром структуры отражающей системы.
Когда материальная система взаимодействует с множеством систем окружающей среды, то с теми, с кем чаще, происходит аккумуляция отражения, т.е. более адекватное структурное соответствие.
Благодаря аккумуляции отражения отражающая система оказывается предрасположенной к восприятию главным образом лишь определенных воздействий, что обуславливает избирательность системы к такого рода воздействиям и в конечном итоге — ее эволюцию. При постоянстве среды система становится или менее восприимчива, или вообще практически не восприимчива к другим факторам среды аналогичного уровня организации.
Благодаря избирательности противодействие отражающей системы всегда строго специфично и соответствует характеру полученного воздействия.
14.4.3. Опережающее отражение действительности
Опережающее отражение действительности — это способность отражающей системы медленно развертывающиеся в пространстве и времени действия и события внешнего мира быстро воспроизводить в специфических изменениях своей структуры и соответственно во внешних реакциях.
На чем более высоком уровне организации находится система, тем более наглядно опережающее отражение.
Именно идеальная форма отражения, каковой является сознание, обуславливает возможность наиболее адекватного и совершенного опережающего отражения, его способности действовать целенаправленно, целеустремленно, преобразовывать мир на основе его познания.
Адекватное (от лат. adaequatus — приравненный, равный) означает соответствующее, точное, верное, воспроизведение связей и отношений материального мира. В основе этого свойства отражения лежит структурно-функциональное соответствие систем разного уровня сложности. Чем более адекватно отражение, тем больше система приспособлена к окружающей среде, поэтому гармоничное взаимоотношение со средой можно считать показателем, критерием развитости системы.
Это основное свойство отражения, но оно не абсолютно в силу своей противоречивости. Отражение не может быть абсолютно адекватным полученному воздействию, а через него и определенным свойством отражающей системы в силу своей устойчивости, которая обусловлена общими свойствами отражения:
? способностью аккумулироваться;
? избирательностью по отношению к воздействию среды.
Степень адекватности отражения непосредственно связана и с условиями самого развития, относительной изоляцией окружающей среды. Благодаря определенному однообразию внутренней и внешней среды, наряду с ее разнообразием, создается устойчивый тип, или стереотип, ответной реакции, который обуславливает большую адекватность отражения и воздействия окружающей среды и соответственно понижает возможность отражения свойств других систем, находящихся за пределом сложившихся взаимодействий.
Структурная согласованность, гармония организации развивающейся системы и окружающей среды, связанная с адекватностью, находится в неразрывном единстве с дисгармонией, несогласованностью, различием.
Таким образом, общие свойства процесса отражения связаны между собой, взаимообуславливают друг друга, что свидетельствует о цельном системном характере самого отражения.
14.5. АДАПТАЦИЯ. ПРОБЛЕМЫ АДАПТАЦИИ ЖИВОГО И ПРИНЦИП ОТРАЖЕНИЯ
Адаптация — это особая форма отражения системами воздействий внешней и внутренней среды, заключающаяся в тенденции к установлению с ними динамического равновесия. Отражение — это та всеобщая основа, которая определяет возможность адаптации живых существ к постоянно меняющимся условиям среды. Адаптацией называется сам процесс выработки приспособлений. Адаптация неразрывно связана со строением или организацией живого как единства его структуры и форм. Процессы адаптации — это форма отражения, которая постоянно совершенствуется в процессе развития живого в направлении наиболее полного, адекватного воспроизведения поступающих извне воздействий.
14.5.2. Проблемы адаптации живого и принцип отражения
Ч. Дарвин, анализируя сущность естественного отбора, определял его как выживание наиболее приспособленных к среде организмов. Обобщая взгляды Дарвина на взаимосвязь адаптации и организации живых существ, можно заключить:
1. Сущность процесса развития состоит в формировании приспособляемости организмов друг к другу и всех вместе — к среде обитания, в силу чего создаются единство и гармония живой природы в целом. В основе приспособляемости лежит процесс образования многоуровневого структурного соответствия организмов и окружающей среды.
2. Сходные условия среды порождают сходные типы строения (структуры и функций организмов). Чем разнообразнее среда, тем, как ее отражение, разнообразнее строение живого. Разнообразие строения представляет собой условия и показатель высокого уровня жизнестойкости системы. В сходных условиях среды создаются подобные структуры и функции, а в меняющихся условиях формируются однотипные по существу, но разнообразные по строению организмы.
3. Характер адаптации как сущности эволюции живых существ и систем связан с уровнем их развития. Прогрессивная стадия развития характеризуется появлением новых приспособлений во взаимодействии со средой.
4. Темпы развития среды и темпы, а также скорость адаптации к ней на прогрессивной стадии развития совпадают. Только в этом случае суммируются гармонии системы и среды", что способствует сохранению и развитию живого.
5. В ходе адаптации организация живых систем воспроизводит организацию среды. Эта зависимость столь тесна и адекватна, что по определенным звеньям биологической организации можно судить о том, какие компоненты среды, изменившись, нашли в них воплощение.
6. Процесс адаптации неоднороден, он дифференцируется в соответствии с организацией самого объекта, с особенностями строения среды и изменениями данного организма и данной среды.
14.5.3. Взаимосвязь эволюции, адаптации и организации живого
В методологическом отношении, рассматривая вопросы взаимосвязи эволюции, адаптации и организации живого, можно отметить следующее:
1. Единство живой природы базируется на взаимосвязи и взаимоотражении организации живых существ между собой и с определенной средой. Процесс отражения осуществляется с помощью механизма преобразования информации, поступающей от среды к организму.
2. «Причинность» структуры организма к пространственно-временному «континууму среды» — это комплекс адаптаций организма к окружающей среде. Это свойство биологической организации как необходимое условие существования живого не только закрепляется в процессе эволюции, но и усиливается дополнительной системой регуляции жизненных процессов.
3. Ритмический, поэтапный характер развития обусловлен тем, что оно совершенствуется на основе отражения ритмических особенностей окружающей среды. Степень приспособления к среде может определяться по уровню совпадения ритмов движения системы и окружающей среды. Аритмия — показатель снижения темпов развития или определенной деградации системы.
4. Существующее опережающее отражение действительности свидетельствует о том, что направленность эволюции состоит в совершенствовании форм отражения живыми существами воздействий среды.
5. Структурная гармония, являющаяся основой единства живого, непосредственно связана с аккумуляцией отражения в ходе ответных реакций организмов на воздействия среды.
6. Отражение как основа приспособления организмов к окружающей среде неразрывно связано с процессами преобразования информации, осуществляющими функцию управления по отношению к окружающей среде.
14.5.4. Исследование случайных и направленных процессов повышения приспособляемости
Для современных проблем теории эволюции чрезвычайно важно исследование соотношения случайных процессов в эволюции с направленными процессами повышения приспособляемости. Бесспорна нарастающая приспособляемость организма, но в некоторых случаях эти изменения случайны. Долгие годы мы ничего не знали о причинах изменчивости, мутациях. Возникновение молекулярной биологии, расшифровка генетического кода позволили расширить представления о мутации.
Все разнообразие типов, характеризующееся чисто объективно разной сложностью организации, хорошо приспособлено к условиям своего существования. Приспособление бактерии и птицы неравноценно в отношении свободы перемены своей среды, но это не означает, что бактерии распространяются менее широко, чем птицы, и наоборот. Для жизни, а следовательно, для адаптации наиболее важны физиологические процессы, а они эволюционируют очень мало, отличаются консерватизмом.
В выборе направлений дальнейшей эволюции всегда присутствует случайность, но этот выбор контролируется отбором и приводит к повышению жизнеспособности. Если насекомое, живущее преимущественно на песчаном фоне и приобретающее светлую окраску, получает возможность переселиться в другую среду, более благоприятную в смысле питания и связанную в основном с более развитой растительностью, то оно будет быстрее замечено птицами и естественный отбор неминуемо приведет к изменению этой окраски на более благоприятную для выживания, если, конечно, вид вообще сохранится. Но какую именно окраску приобретает насекомое, зависит от случайности, так как имеется несколько возможных путей для адаптивных изменений окраски.
Допустим, что, например, первый случай связан с распространением в небольшой пока популяции насекомых с зеленой окраской, цвет которой совпадает с фоном зеленой растительности. Если возникшая в этом случае мутация распространится и закрепится, то из вида постепенно исчезнут желтые особи, а зеленые в большом количестве сохранятся в каждом поколении.
Но возможен и другой путь: если насекомое по своей форме сходно с теми, за которыми не охотятся птицы, например, с осой, то, возможно, что его сохранению будут способствовать мутации, вызывающие черные полосы на желтом фоне, что наблюдается у ос.
Оба пути адаптивно приблизительно равноценны, и какой именно будет избран в эволюции, во многом зависит от случайности: какая мутация появится раньше. Но если уже приобретена зеленая окраска, то появление черной полосы будет только демаскировать насекомое из-за отличия от зеленых листьев. Вместе с тем если раньше появилась отпугивающая птиц окраска, то замена желтых полос на зеленые только приведет к потере адаптации.
Если в разных частях популяции возникли обе формы и они способны комбинироваться и опять создавать неадаптированную черно-зеленую форму, то начнется борьба между этими двумя по отдельности полезными мутациями. Причем если адаптивное значение обеих мутаций примерно одинаково, то более многочисленные мутации вытесняют малочисленную. Такое вытеснение может произойти и тогда, когда имеется некоторое неравенство и может быть вытеснена даже более полезная мутация.
В любом случае естественный отбор действует в сторону повышения приспособляемости по сравнению с исходной формой, но каким именно образом произойдет это повышение приспособляемости зависит от случайности.
В системе общей направленности эволюция сохраняет адаптивный характер, т.е. повышение адаптации все равно произойдет, но конечный результат может быть даже хуже, чем был бы при ином направлении.
Случайные процессы идут в русле постоянного повышения в каждый данный момент адаптации под влиянием естественного отбора, принимая лишь форму случайного выбора именно того, а не иного конкретного направления повышения адаптации.
Может быть и так, что случайный выбор за счет более раннего возникновения одной из потенциально возможных мутаций приведет в тому, что мутация с лучшими адаптивными свойствами, но возникшая позднее, будет вытеснена менее благоприятной, так что здесь огромное значение имеет и фактор времени.
Таким образом, все достигнутое за период эволюции не обязательно является наилучшим из возможного. В истории эволюции бывают тупики и вымирания.
14.6. КОНЦЕПЦИЯ АДАПТАЦИОННОГО СИНДРОМА, ИЛИ СТРЕССА
Стресс (от англ. stress — напряжение) означает состояние напряжения, возникающее у человека или животного под влиянием сильных воздействий. Это есть неспецифический ответ организма на любое предъявленное ему требование.
С точки зрения стрессовой реакции, не имеет значения приятна или неприятна ситуация, с которой организм столкнулся. Имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке и адаптации. Горе и радость — специфически противоположные результаты двух событий — могут иметь одинаковое стрессорное действие: неспецифическое приспособление к новой ситуации. Дело обстоит так, что холод, жара, лекарства, гормоны, печаль и радость оказывают одинаковые биохимические сдвиги в организме.
14.6.1. Стадии адаптационного синдрома, или стресса
Можно выделить три стадии адаптационного синдрома, или стресса:
1. Реакция тревоги.
2. Резистивность, или сопротивление.
3. Истощение.
Стадия реакции тревоги мобилизует весь организм для ответного действия. Иногда воздействующий агент столь силен, что может вызвать и гибель организма уже на этой стадии. В художественной литературе мы часто встречаем описание «падения в обморок» при сообщении неприятных известий, скоропостижной смерти от «разрыва сердца», поэтому обычно при сообщении плохого известия человека нужно «подготовить». Например в годы войны почтальоны, приносившие письма с фронта, ждали, пока эти письма будут распечатаны, чтобы помочь в случае получения «похоронки».
14.6.1.2. Резистивность, или сопротивление
Эта стадия возникает в результате длительного действия повреждающего агента («Капля камень долбит») Здесь проявляются все резервные силы организма, выявляя его приспособленческие возможности, когда способность сопротивляться поднимается выше нормы. Человек преодолевает всевозможные препятствия, лишения ради спасения жизни (вспомним хотя бы «Судьбу человека» М. Шолохова).
Если же повреждающий агент не прекращает своего действия, резервные возможности организма исчерпываются, в ходе приспособления наступает стадия истощения, нередко ведущая к гибели организма. Стресс превращается в дистресс. Дистрессом называется вредоносный или неприятный стресс.
14.6.1.4. Стресс и адаптационная энергия
В результате адаптирования к какому-то одному стрессорному акту организм теряет способность к адаптации по отношению к другим стрессам. Способность к адаптации — исторически сложившееся и обусловленное историей свойство организмов, выражающееся в присущей каждому организму адаптационной энергии.
Если условия среды обитания обычны, адаптационная энергия расходуется медленно, ее хватает на всю жизнь организма. Если же возникает экстремальная ситуация или экстремальные условия существования, она расходуется быстро, и тем самым жизнь укорачивается.
Стресс как физиологическая адаптация является показателем функциональных способностей нервной системы: с одной стороны, ее пластичности и мобильности, а с другой — устойчивости. Так как нервная система координирует все функции организма, то от ее возможностей зависит выработка адаптивных реакций.
«Человек — дитя препятствий» — гласит восточная поговорка. Отсюда парадоксальный, на первый взгляд, завет восточной мудрости: «Научились ли вы радоваться препятствиям?» Не огорчаться, не мириться с ними, как с некоторой неотвратимой необходимостью, а именно радоваться, именно они и только они побуждают наш дух, приводят в действие сокрытые до поры наши внутренние силы. Трудности — великая школа жизни, напрягающая наши способности... Хвала препятствиям и трудностям. Благополучие — смерть духа. Как не вспомнить здесь знаменитых героев Дюма — Д'Артаньяна, Ато-са, Портоса и Арамиса с залихватской радостью преодолевающих препятствия?
Слово «стресс» так же, как и «успех», «удача» или «неудача», «счастье» имеют различное значение для разных людей. Это и боль, и усилие, и усталость, утомление, необходимость сосредоточиться или неожиданный огромный успех, ведущий к ломке всего жизненного уклада, и т.п.
Факторы, вызывающие стрессы, — стрессоры — различны, но они запускают, в сущности, одинаковую биологическую реакцию.
Стресс — это не просто нервное напряжение и не всегда — результат повреждения. Несущественно, приятен ли стрессор, или неприятен: его стрессорный эффект зависит только от интенсивности требований и приспособительной способности организма. Любая нормальная деятельность — будь то игра в шахматы или страстное объятие, — могут вызвать незначительный стресс, не причинив никакого вреда.
Расположение и благодарность, а также их антиподы ненависть и жажда мести более всех других чувств ответственны за наличие или отсутствие вредного стресса (дистресса) в человеческих отношениях.
Сильные положительные или отрицательные чувства тесно связаны с условными рефлексами. Человек на опыте постигает необходимость избегать всего, что вызывает отрицательные эмоции или приводит к наказанию, и усваивает те нормы поведения, которые приносят поощрение и вознаграждение, т.е. вызывают положительные эмоции и чувства. Кратковременный стресс может привести к выгодам и потерям. Когда все тело подвергается кратковременному интенсивному стрессу, результат бывает либо благотворным, например, при шоковой терапии, либо вредным, как в состоянии шока. Когда стрессу подвергается лишь часть тела, результатом может быть возросшая местная сопротивляемость (адаптация или воспаление) или гибель тканей, в зависимости от обстоятельств.
Существует стереотипная физическая модель ответа на стресс независимо от причины. Исход взаимодействия со средой зависит в такой же мере от реакций на стрессор, как и от природы стрессора. Нужно осуществить разумный выбор, или принять брошенный вызов и оказать сопротивление, или уступить и покориться.
Психический стресс, вызываемый отношениями между людьми, положением в обществе, регулируется похожими механизмами. В какой-то момент возникает столкновение интересов — стрессор, затем появляются сбалансированные импульсы — приказы сопротивляться или терпеть. Непроизвольные биохимические реакции на стресс управляются теми же законами, которые регулируют произвольное межличностное отношение.
В межличностных отношениях выигрыш состоит в возбуждении чувства дружбы, благодарности, доброжелательности и любви, проигрыш же — в том, что у других людей возникают ненависть, тщетное ожидание, жажда мести.
Долговременные последствия различных вариантов межличностных отношений слишком сложны, чтобы их можно было выразить в терминах биохимии. Они в значительной степени основаны на воспоминании о прошлом и предвосхищении вероятностного поведения в будущем, так как можно предсказать будущее, исходя из прошлого. Эти события могут вызвать три типа чувств:
? положительные;
? отрицательные;
? безразличия.
Положительные чувства — это любовь в самом широком смысле слова. Она включает благодарность, уважение, доверие, восхищение выдающимся мастерством. Все эти чувства усиливают дружеское расположение и доброжелательность. Возбуждать такую любовь к себе — конечная цель жизни, если считать, что эта конечная цель состоит в поддержании жизни и наслаждении ею.
Отрицательные чувства — это ненависть, недоверие, презрение, враждебность, ревность, жажда мести и т.п. Это любое побуждение, которое угрожает безопасности организма тем, что вызывает враждебность в других людях, опасающихся, что им может быть причинен вред.
Чувства безразличия в лучшем смысле могут привести к отношениям взаимной терпимости. Они делают возможным мирное сосуществование, но не более.
В конечном итоге все эти три типа чувств — важнейший фактор, управляющий поведением человека в повседневной жизни. Такие чувства определяют душевный покой или тревогу, ощущение безопасности или угрозы, свершения или провала. Иначе говоря, они определяют, можно ли добиться успеха в жизни, наслаждаясь стрессом и не страдая от дистресса. Поняв и проникнувшись этим, можно лучше управлять своим поведением, сознательно контролировать его. Это относится практически ко всем решениям, касающимся отношений между членами семьи, сотрудниками или Даже группами людей.
Успех всегда способствует последующему успеху, крушение ведет к дальнейшим неудачам. «Стресс рухнувшей надежды» со значительно большей вероятностью приводит к заболеваниям, чем стресс от чрезмерной мышечной работы. Физические нагрузки успокаивают и даже помогают переносить душевный дискомфорт. Причина здесь в том, что неспецифическое действие стресса всегда осложняется специфическими действиями стрессора, а также врожденным предрасположением, существенно видоизменяющим проявление стресса. Некоторые эмоциональные факторы превращают стресс в дистресс, а физические усилия в большинстве случаев обладают противоположным действием.
Как уже говорилось, адаптационная энергия — это наследственно определенный, довольно ограниченный запас жизнеспособности. Человек непременно должен его израсходовать, чтобы удовлетворить врожденную потребность в самовыражении, совершить то, что он считает своим предназначением, исполнить миссию, для которой он появился на свет. Это не продукт человеческого воображения или надуманного кодекса поведения. Это следует из неумолимого закона цикличности биологических явлений.
Биологическая необходимость полного завершения циклов распространяется и на произвольные человеческие отношения. Препятствия на пути осуществления нормальных побуждений приводят к такому же дистрессу, как вынужденное продление и идентификация любой деятельности выше желаемого уровня. Забывание этого фактора ведет к утомлению, истощению сил и физическому надрыву. Эта цикличность связана с тремя стадиями адаптационного синдрома, или стресса, которые уже рассматривались выше. В миниатюре каждый человек по нескольку раз в день воспроизводит эти стадии, в полной же мере — на протяжении всего жизненного пути. Какое бы требование ни предъявляла нам жизнь, мы сначала удивляемся или тревожимся из-за неумения совладать с ситуацией или из-за неопытности, затем сопротивляемся и решаем задачу умело и без лишних волнений, а затем наступает фаза истощения, израсходование запасов энергии, ведущее к утомлению. Эта стадия иногда характеризуется тем, что, получив желанный результат, человек не может в достаточной степени радоваться, так как слишком много сил было затрачено («подготовка к празднику иногда важнее самого праздника»). Эти три стадии удивительно похожи на:
? неустойчивость неопытного детства;
? стойкость зрелого возраста;
? одряхление в старости и, наконец, смерть.
14.6.2. Формирование естественного кодекса поведения
Очень важным является формирование естественного кодекса поведения, так как нужно не только понимать фундаментальную биологическую потребность в завершении, осуществлении стремлений человека, но также знать, каким образом сочетать ее с унаследованными возможностями. Ведь количество врожденной адаптационной энергии у разных людей неодинаково. В истории известно много примеров, когда талантливые люди спешат сделать очень много за довольно короткий промежуток жизни и сгорают.
Как сказал Монтень: «Слава и спокойствие никогда не спят в одной постели». Жажда достижений дает человеку радость жизни, отсутствие мотивации — величайшая душевная трагедия, разрушающая все жизненные устои. Неизлечимо болен тот человек, который пережил свои желания.
Адаптация, как и стресс, сама по себе представляет проблему независимости от обстоятельств или факторов, вызвавших стресс, к которым нужно адаптироваться. Лучший способ избежать вредного стресса — избрать себе такое окружение, которое созвучно внутренним предпочтениям (жену, мужа, друзей, руководителя и т.д.), найти любимую работу. Только так можно устранить нужду в постоянной изматывающей реадаптации, которая и является главной причиной дистресса.
Таким образом, стресс — это аромат и вкус жизни. Так как стресс связан с любой деятельностью, избежать его может лишь тот, кто ничего не делает. Но праздный ум и ленивое тело страдают от дистресса безделья. Стоит ли затрачивать столько труда, чтобы его избежать? Постоянное стремление трудиться над улучшением себя и своего окружения — отличительная черта человека.
14.6.2.1. Связь между работой, стрессом и старением
Существует тесная связь между работой, стрессом и старением. Старение — это итог всех стрессов, которым подвергался организм в течение всей жизни. Оно соответствует стадии истощения адаптационного синдрома. Под влиянием интенсивного стресса реакции тревоги, стадии сопротивления и истощения быстро сменяют друг друга.
Любой стресс, особенно связанный с бесплодными усилиями, приводящими к безразличию, оставляет после себя необратимые химические рубцы. Их накопление обуславливает старение тканей.
Успешная деятельность, какой бы напряженной она ни была, оставляет сравнительно мало рубцов. Она вызывает стресс и почти не приводит к дистрессу. Наоборот, даже в преклонном возрасте дает бодрость, ощущение силы. Стресс же неудач и рухнувших надежд особенно вреден. Человек с его высокоразвитой нервной системой чрезвычайно чувствителен к психическим травмам, но есть много приемов, сводящих ранимость к минимуму.
14.6.2.2. Приемы, сводящие психическую ранимость к минимуму
Рассмотрим некоторые из наиболее полезных приемов, сводящих психическую ранимость к минимуму.
1. Постоянно стремиться завоевывать любовь, но не заводить дружбу с бешеной собакой.
2. Стремиться в каждом виде достижений к своему пику, своей вершине и довольствоваться этим.
3. Ценить радость подлинной простоты жизненного уклада. Избегать всего нарочитого, показного, вычурного, усложненного. Это позволит заслуживать расположение и любовь, в отличие от напыщенной искусственности, которая вызывает неприязнь.
4. Какая бы жизненная ситуация ни случилась, необходимо подумать сначала, стоит ли сражаться. Не нужно забывать, что природа учит нас тщательно выбирать на уровне клеток, личности и общества.
5. Постоянно сосредотачивать все внимание на светлых сторонах жизни, на действиях, которыми можно улучшить свое положение. Стараться забывать о безнадежно отвратительном и тягостном. Произвольное ответвление — самый лучший способ уменьшить стресс. Мудрая немецкая пословица гласит: «Берите пример с солнечных часов — ведите счет лишь радостным дням».
6. Вспоминать о былых успехах. Ничто не обескураживает больше, чем неудача, ничто не ободряет сильнее, чем успех. Даже после сокрушительного поражения бороться с угнетающей мыслью о неудаче лучше всего с воспоминаниями о'былых успехах. Такое преднамеренное воспоминание — действенное средство восстановления веры в себя, которая необходима для будущих побед. Даже в самой скромной карьере есть что-то, о чем можно с гордостью вспомнить, и это помогает, когда все кажется беспросветным.
7. Интересна притча о кольце царя Соломона. По преданию, царь владел кольцом, на котором было выгравировано: «Все проходит». В минуты горя и тяжелых переживаний царь Соломон смотрел на надпись и успокаивался. Но однажды случилось такое несчастье, что мудрые слова вместо того, чтобы утешить, вызвали у него приступ раздражения. В ярости сорвал он кольцо с пальца и бросил его на пол. Когда оно покатилось, Соломон вдруг увидел, что на внутренней стороне кольца тоже есть какая-то надпись. Заинтересовавшись, он поднял кольцо и прочитал следующее: «И это пройдет». Данная, казалось бы, сверхтрагическая ситуация тоже была предусмотрена вековой мудростью. Горько рассмеявшись, Соломон надел кольцо и больше с ним не расставался.
8. Если предстоит какое-то удручающе неприятное дело, но необходимое для достижения цели, не нужно его откладывать.
9. Стараться выработать в себе несокрушимое спокойствие во всех случаях жизни. Это лучшая защита и оружие от любого врага. Не следует волноваться. Только на трудностях человек учится находчивости, терпению и великому спокойствию.
10. Не нужно забывать, что люди не рождаются равными, хотя, конечно, они должны иметь равные возможности. В свободном обществе продвижение человека зависит от его достижений. Всегда будут вожди и ведомые, но вожди и нужны лишь до тех пор, пока они служат своим последователям, вызывают любовь, уважение, благодарность.
11. Нет готового рецепта успеха, пригодного для всех. Единственная общая черта — подчинение биологическим законам, которые управляют всеми живыми созданиями. Поэтому естественный кодекс, основанный на специфических механизмах адаптации ближе
всего подходит к тому, что можно считать общим принципом.
Организм человека обладает исключительными возможностями к автоматическому регулированию в ответ на стрессовые воздействия, неважно — физические или психические. Деятельность внутренних органов управляется вегетативной нервной системой, осуществляющей свои действия автономно, без сознательного вмешательства. Однако люди уже давно занимались преднамеренным управлением своими телесными процессами, воздействуя определенными методами, такими как самовнушение.
Аутотренинг может повысить волевой тонус, вызвать чувство бодрости, пригасить любую нежелательную вспышку эмоций. Он эффективен для мобилизации мыслительных процессов, усиления функции памяти и интеллекта. При разумном использовании механизма самовнушения оно с полным правом становится «полководцем человеческой силы».
Учение о стрессе углубило представления о механизме образования общих типов адаптации, характерных для живых систем в целом:
1. Существование общего адаптационного синдрома, или стресса, свидетельствует о единстве всего живого, взаимосвязи тождества и различия, устойчивости и изменчивости в организации живых систем.
2. Благодаря учению о стрессе стала понятна роль адаптации отражения.
15.1. ПОНЯТИЯ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
Для обыденных житейских представлений пространство и время — нечто привычное, известное, очевидное. Но если задуматься, то возникают сложные вопросы, напряженно обсуждавшиеся во все периоды развития естествознания.
Можно сказать, что каждый объект характеризуется своеобразной «упаковкой» входящих в него элементов, их расположением друг относительно друга и это делает любые объекты протяженными. Кроме того, каждый объект занимает какое-то определенной место среди других объектов, граничит с ними. Все эти предельно общие свойства, выражающие структурную организацию материального мира выступают как первые, наиболее общие характеристики пространства.
Пространство и время относятся к числу важнейших форм бытия материи или ее атрибутов, без которых невозможно существование материи. В мире нет материи, не обладающей пространственно-временными свойствами, как не существует пространства и времени самих по себе вне материи или независимо от нее.
Пространство есть форма бытия материи, характеризующая ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах. Пространство выражает сосуществование, протяженность и структурность любых взаимодействующих объектов.
Время характеризует последовательность смены состояний и длительность бытия любых объектов и процессов, внутреннюю связь изменяющихся и сохраняющихся состояний.
Все структурно разделенные объекты материального мира находятся в движении и развитии, представляют собой процессы, которые развертываются по определенным этапам, в них можно выявить сменяющие друг друга стадии. Смена этих стадий может характеризоваться определенной повторяемостью. Одна стадия может наступать быстрее, чем другая, т.е. характеризоваться понятием длительности. Сравнение различных длительностей может стать основой для количественных мер, выражающих скорость развертывания процессов, их темп и ритм. Если рассмотреть отношения длительностей как некоторые самостоятельные признаки процессов, то получим представление о времени как таковом. Представление о времени и само понятие времени имеют смысл лишь постольку, поскольку мир находится в состоянии движения и развития. Если бы материя была бы вне движения, понятие времени не имело бы смысла.
В обыденной жизни и практике понятие времени образуется благодаря сравнению, сопоставлению различных процессов движения. Например, мы говорим: «Лекция длится полтора часа». Это означает, что сложные, развертывающиеся один за другим качественно специфические процессы, такие как изложение лектором текста, запись и усвоение этого текста и т.п. — взяты как единой целое, сравниваются, сопоставляются с другим процессом — колебаниями маятника часов и вызванным этими колебаниями движением часовой и минутной стрелок. Для того чтобы произвести отсчет времени, мы всегда находим какой-то квазипериодический (повторяющийся в некоторых основных чертах) процесс, который выбирается за эталон, и с ним сопоставляются непериодические, более сложные процессы.
15.2. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРОСТРАНСТВЕ И ВРЕМЕНИ
Для обыденного сознания характерно традиционное представление о пространстве и времени как о каких-то внешних условиях бытия, в которые помещена материя и которые сохранились бы, даже если бы эта материя исчезла. Такой взгляд приводил в прошлом к концепции абсолютного пространства и времени, получившей наиболее отчетливую формулировку в труде Ньютона «Математические начала натуральной философии». Здесь пространство и время определялись как две самодовлеющие сущности, существующие вне и независимо от каких-либо материальных процессов.
Лукреций в своей поэме «О природе вещей» говорил, что не существует времени самого по себе, вне движения и покоя тел. Первоначально понятие пространства как бесконечной пустоты и условия для движения тел, фигурировавшее в атомистике Демокрита, постепенно вытеснялось пониманием пространства как протяженности вещества и эфира. Гипотеза эфира как всепроникающей небесной субстанции использовалась еще Аристотелем, но в физике Нового времени стала исходным принципом волновой природы света и учения об электричестве. Эйнштейн говорил: «Пустого пространства, т.е. пространства без поля, не существует. Пространство и время существуют не сами по себе, а как структурное свойство поля». Энгельс в «Анти-Дюринге» (1876 г.) писал: «Основные формы всякого бытия есть пространство и время». И в «Диалектике природы»: «Эти две формы существования материи есть ничто». Пространство и время объединялись еще до Ньютона кембриджскими неоплатониками (единая сущность) и после Ньютона до Эйнштейна — в теории Гамильтона. Огромен вклад, который внесла теория относительности, развитая Эйнштейном.
Возникает вопрос: сохранило ли определение Энгельса свою силу после революционных открытий XX в.? СТО показала ошибочность представления о существовании абсолютного пространства и абсолютного времени. Общая теория относительности (ОТО) выявила, что геометрия пространства-времени — не Евклидова, а Рима-нова. Определение Энгельса, которое не включало ни утверждения о существовании абсолютного пространства и абсолютного времени, ни утверждения о соответствии Евклидовой геометрии структуре пространства и времени, значит, не устарело и сохранило свое значение до настоящего времени. Более того, великие открытия Эйнштейна подтвердили правильность определения пространства и времени как формы существования движущейся материи. Это означает, что определение Энгельса опередило уровень естествознания XIX в., так как включает в себя зависимость пространства и времени от материального движения, что противоречило ньютоновской концепции, но подтверждало эйнштейновскую.
15.3. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
Из свойств материи быть объективной реальностью следует ОБЪЕКТИВНОСТЬ пространства и времени.
Второе свойство — АБСОЛЮТНОСТЬ. Третье - ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ. Четвертое общее свойство пространства и времени — БЕСКОНЕЧНОСТЬ, вытекающая из признания бесконечности материального мира. Пространство и время существуют вне и независимо от сознания человека, т.е. они объективны. Свойство абсолютности вытекает из признания тезиса о том, что бытие вне времени есть такая же бессмыслица, как и бытие вне пространства. Человеческие представления о пространстве и времени относительны. Из этих относительных представлений складывается абсолютная истина, эти относительные представления, развиваясь, идут по линии абсолютной истины, приближаясь к ней.
Так как существуют различные толкования понятия формы в отношении пространства и времени к движущейся материи, нет единодушия по поводу того, какие свойства пространства и времени имеют универсальный характер. Выяснение универсальных свойств пространства и времени связано с большими трудностями и предельными экстраполяциями всеобщих законов движения материи. Всякие суждения на этот счет отражают существующий уровень наших знаний и могут претерпевать существенные изменения в будущих теориях в соответствии с диалектикой абсолютного и относительного в научном познании. Познание развивается по линии преемственности объективных истин и интеграции достоверного содержания научных теорий. Многие современные теории об общих свойствах пространства и времени, проверенные и подтвержденные практикой и системой доказательств современной теории, сохранят свое значение и в будущей научной картине мира.
15.4. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
Пространство и время имеют не только общие характеристики, но и специфические свойства, которые относятся только к пространству или только ко времени, что позволяет рассматривать их как разные атрибуты материи.
Наряду с такими свойствами, как прерывность и непрерывность, противоречивость, к наиболее общим свойствам пространства и времени относят:
? структурность;
? протяженность;
? трехмерность пространства;
? одномерность, однонаправленность и необратимость времени.
Мнение об универсальности таких свойств пространства и времени, как прерывность и непрерывность, трехмерность пространства, не может быть обосновано логически, хотя принципиально предположение об универсальности этих свойств не противоречит принципам диалектического материализма.
Однако условия изучения пространства и времени иные, чем других понятий, так как нам знаком только единственный вид пространства — пространство трех измерений, в котором протекает наша жизнь, существуют наше тело, наша Земля, наша звездная система. Чем ограничено наше пространство и время и каков характер этого ограничения — на этот вопрос пока нет материала для ответа. Проблема была бы намного проще, если бы существовала только одна форма пространства и времени, как предполагали представители механистического материализма. Но диалектический подход к рассмотрению пространства и времени, основанный на достижениях современного естествознания, заставляет сомневаться в правильности такого взгляда и приводит к гипотезе существования многих форм пространства и времени. В этих условиях определение общих свойств пространства и времени превращается в сложную проблему.
15.5. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ В МИКРО-, МАКРО- И МЕГАМИРЕ
Идея пространственного многообразия пространственно-временных структур — важнейший компонент диалектико-материалистической концепции пространства и времени. Утверждая неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей, эта концепция предполагает, что развитие материи и появление новых форм ее движения должно сопровождаться становлением качественно-специфических форм пространства и времени.
Три основные сферы материального мира — неживая природа, живое вещество и общество — характеризуются специфическими пространственно-временными структурами. В свою очередь, в неживой природе, представленной возникшими в нашей Метагалактике уровнями организации материи, существуют особенности пространства-времени в мега-, макро- и микромире.
В локальных областях макромира, когда можно абстрагироваться от искривления пространства-времени вблизи тяготеющих масс, пространство и время характеризуется Евклидовой геометрией.
В самом начале расширения, когда плотность вещества была огромной, пространство и время имели общие свойства. В этом зародышевом состоянии наша Метагалактика была подобна микрообъекту и характеризовалась теми пространственно-временными структурами, которые присущи глубинам микромира. Современная физика сформулировала ряд перспективных гипотез, касающихся природы этих структур. Квантовые эффекты, единство прерывного и непрерывного она распространяет и на пространство и время. По-видимому, в областях 10-23 см и 10-43 с пространство и время становятся дискретными и дальнейшее их деление на части невозможно. Становление Метагалактики означало формирование пространства и времени макро- и мегамира из пространственно-временных структур.
При переходе к системам мегамира мы также сталкиваемся с качественными изменениями свойств пространства. Пространство «черных дыр» относительно замкнуто для световых лучей и частиц вещества, движущихся внутри фотосферы «черной дыры». Центральные области сверхмассивных объектов и «черных дыр» могут обладать пространственно-временными свойствами, которые современная наука не в состоянии и предсказать. Понятие объекта с бесконечными плотностью, гравитационным полем и точечными размерами указывает на необычность пространства такого рода. Но скорее всего это характеризует границы применимости современных физических теорий и необходимость перехода к качественно новым и отличным от существующих физическим концепциям.
Обычно интерес вызывают многочисленные парадоксальные особенности пространства-времени, обнаруженные современной наукой, и прежде всего теория относительности и ее толкование. Действительно, в XX в. было доказано, что свойства пространства и времени не являются раз и навсегда данными и неизменными в физических условиях, отличных от нашей жизни. Они могут претерпевать существенные изменения. Специальная теория относительности открыла эффект замедления времени в быстродействующих системах. Обычно эти парадоксы рассматриваются как нечто фантастическое, абстрактное, далекое от реальной жизни и наших повседневных интересов. Однако в представлениях пространства-времени еще очень много неясного, порождающего многочисленные дискуссии ученых:
? Почему наше пространство имеет три измерения?
? Могут ли существовать многомерные миры?
? Может ли время течь в обратном направлении?
? Реально ли четырехмерное пространственно-временное многообразие теории относительности?
? Могут ли существовать материальные объекты вне пространства и времени?
Эти и многие подобные вопросы ставятся на повестку дня современного естествознания. Углубленное изучение этих вопросов показало, что они связаны с фундаментальными свойствами бытия и важны для нашего мировоззрения. Критерий неадекватности пространственно-временного описания создает целый комплекс проблем, связанный с поиском тех положений, которые могли бы быть выбраны и использованы как критерий выбора пространственно-временных моделей. В настоящее время во многих отраслях современного естествознания назревает необходимость нового изменения пространственно-временных представлений, столь же радикального, как и то, которое возникло после создания теории относительности.
15.5.1. Трехмерность пространства
Вопрос о том, почему наше пространство трехмерно, можно обсуждать:
1) с позиций теологии;
2) с позиций научно-материальных, основываясь на фундаментальных физических теориях.
С первой, т.е. ненаучной, точки зрения, трехмерный мир — самый совершенный из всех миров.
Рассмотрим вторую точку зрения. Трехмерность является общим свойством пространства, обнаруживаемым на всех известных структурных уровнях. Все материальные процессы и измерения реализуются в пространстве трех измерений. Трехмерность пространства органически связана со структурностью систем и их движением.
В одномерном (линия) или двухмерном (плоскость) пространствах не могли бы происходить взаимодействия частиц и полей. Три измерения являются тем необходимым и достаточным минимумом, в рамках которого могут осуществляться все типы взаимодействий материальных объектов. Не известно каких-либо форм движения и взаимодействия, которые требовали бы четырех- или пятимерного пространства. Возможность таких процессов и взаимодействий не вытекает ни из каких установленных законов природы.
Трехмерность пространства имеет место и в микропроцессах (электромагнитная волна имеет три координаты). Обнаружена трехмерность внутреннего пространства микрообъектов, их взаимопревращений.
Реальное пространство как атрибут материи в его отмеченном выше содержании всегда остается трехмерным. Любые сколь угодно сложные явления можно отобразить пространством трех измерений и одной временной координатой, но с изменением способа описания.
15.5.2. n-мерность пространства
Разговоры о возможности пространства большего, чем три числа измерений ведутся постоянно. Подобные мнения навеяны понятием абстрактных многомерных пространств в математике и физике. В физике это понятие используется в качестве удобного способа описания, когда к трем пространственным координатам добавляется время и ряд других параметров. Если число таких параметров вместе с пространственно-временными характеристиками — n, то считается, что они образуют n-мерное пространство. При достаточно большом количестве свойств и взаимосвязанных переменных можно прийти к понятию многомерного и даже бесконечного пространства, но это понятие будет носить довольно условный характер, так как оно будет применяться для характеристик совершенно других свойств.
Если взять, например, стопку листов бумаги (все, что находится в плоскости листа, есть пространство двух измерений) и проколоть эту стопку вилкой, то в каждом листе (пространстве двух измерений) останется след от вилки в виде четырех отверстий. Те, кто «живет» в пространстве двух измерений, никогда не сможет связать эти четыре отверстия в одно целое, т.е. представить, что они являются «следом» вилки, взаимодействия с ней. Таким образом, с позиций двухмерного пространства и его «обитателей», вилка недоступна представлению.
Другой пример. Если представить горизонтальную плоскость, пересекающую вершину дерева параллельно земле, то на этой плоскости разрезы ветвей покажутся отдельными и совершенно не связанными друг с другом. А в нашем пространстве — это разрез ветвей одного дерева, составляющих вместе одну вершину, питающихся от одного корня, имеющих одну тень. Так, может быть, трехмерные тела нашего пространства есть изображения в нашей сфере непостижимых для нас четырехмерных тел? Или, может, всевозможные аномальные явления — это «следы», оставленные в нашем трехмерном пространстве обитателями четырехмерного?
Мы ведь уже привыкли к понятию «четвертое измерение», или просто «иное измерение», откуда в наш скромный трехмерный мир иногда «вылезают» всякие «нечисти», включая «пришельцев» всех мастей, с одной стороны, а с другой исчезают, чаще всего безвозвратно, люди, корабли, самолеты.
История поиска «иных» измерений полна драматизма, имеет своих пророков и своих злых гениев. Пути науки странны и непредсказуемы, и то, что было отвергнуто в начале века как научное направление, вдруг вызвало пристальный интерес в конце века. Историю любого научного направления следует начинать с его корней. Первые намеки на существование «иных» пространств можно найти еще в работах Джордано Бруно. Но лишь в середине XIX в. физики и математики впервые робко поставили вопрос о возможности существования иных, более высоких измерений. Наиболее просто эта задача решалась математически, и первым вынес ее на обсуждение один из создателей новых неевклидовых геометрий Б. Риман в своей работе «О гипотезах, лежащих в основе геометрий», посвященной, в частности, n-кратно протяженным величинам. Почти в то же время эта проблема стала задевать и физиков, и одним из первых ее коснулся Э. Мах: «Находясь еще под влиянием атомистической теории, я попытался однажды объяснить спектральные линии газов... Затруднения, с которыми я столкнулся при этом, навели меня в 1863 г. на мысль, что нечувствительные вещи не должны быть обязательно представляемы в нашем чувствительном пространстве трех измерений».
Теория относительности Эйнштейна, появившаяся в начале XX в., тогда дала громадный простор для развития физических идей, даже самых экстравагантных. Эйнштейн был одним из первых, кто покусился на незыблемые до сих пор понятия пространства и времени, показал их зависимость в СТО от системы отсчета, скорости движения, а затем в ОТО — и от напряженности гравитационного поля.
Позднее многие ученые стали задумываться над вопросом, почему у нашего пространства именно три измерения или, другими словами, какие особенности отличают геометрию и физику в трехмерном пространстве от геометрии и физики в многомерных пространствах?
В 1917 г. на основе ОТО Эйнштейн создал стационарную замкнутую сферическую модель Вселенной. Характерной чертой этой модели была конечность пространства, хотя, с точки зрения внутренней геометрии, пространство представляется тогда неограниченным. Никакого противоречия в этом нет. Например, поверхность надувного шарика, с нашей точки зрения, является конечной, а с точки зрения мухи, ползающей по ее внутренней поверхности, она будет неограниченной.
Однако при решении стандартных уравнений возникли определенные трудности. Для получения статистических решений Эйнштейн вынужден был ввести некий коэффициент, так называемый космологический член Я. Уравнения, выведенные Эйнштейном, интересны тем, что дают три варианта решения и соответственно три модели как Вселенной, так и пространства. Пространственно-временной мир Эйнштейна полностью статичен. Его можно представить как цилиндрический 4-мерный мир с неограниченной осью времени, т.е. по этой модели временное сечение пространственно-временного континуума в отличие от пространственного сечения является бесконечным.
В переводе на общедоступный язык мир Эйнштейна — это 3-мерное физическое пространство, искривленное и замкнутое само на себя благодаря присутствию в нем материи, т.е. 4-мерная сфера (гиперсфера), не имеющая ни начала, ни конца во времени. Искривить же трехмерный мир можно только в пространстве 4- и более высокого порядка измерений. Однозначно подразумевается полная равноправность этого четвертого измерения по отношению к трем существующим.
В годы жизни Эйнштейна и после многие ученые выдвигали идеи и представляли теории, связанные с n-мерностью пространства. То, что не удалось когда-то Эйнштейну, довольно успешно решается плеядой современных теоретиков, многие из которых уже стали лауреатами Нобелевских премий. Это А. Салаш, С. Вайнберг, Ш. Глэшоу. В пределах современных теорий Великого объединения им удалось собрать в рамках одной концепции три очень разных вида взаимодействий (гравитационные пока остались «за бортом»), которые могут быть описаны с помощью так называемых калибровочных полей. Основное свойство калибровочных полей состоит в существовании абстрактных симметрий, благодаря которым этот подход приобретает элегантность и открывает широкие перспективы. В возвращенной к жизни теории Калуцы — Клейна симметрии калибровочных полей приобретают конкретность геометрические симметрии, связанные с дополнительными измерениями пространства.
Как и в первоначальном варианте взаимодействия в теории вводятся путем присоединения к пространству-времени дополнительные пространственные измерения. Однако, так как теперь надо дать пристанище взаимодействиям трех типов, приходится вводить не одно, а несколько дополнительных измерений. Простой расчет количества операций, входящих в теорию Великого объединения, требует дополнительно еще 7 пространственных измерений; если же учесть время, то все пространство-время насчитывает 11 измерений. Таким образом, современный вариант теории Калуцы — Клейна постулирует 11-мерную Вселенную, 7 пространственных координат которой свернуты и потому принципиально не наблюдаются.
Науке известны четыре фундаментальных взаимодействия в природе:
? электромагнитное и гравитационное в масштабах макромира;
? слабое и сильное в масштабах микромира.
Однако в последние годы в научных трудах обсуждается возможность существования еще одного дистанционного взаимодействия в макромире — спинового, или торсионного, фиксирующего и передающего информацию посредством торсионного поля. Физическая природа этого пятого взаимодействия, по-видимому, совершенно иная, чем у остальных четырех взаимодействий, так как передача информации здесь осуществляется вроде бы без затрат энергии.
Современные работы Дж. Уиллера, А. Пероуза, К. Прибрама, П. Дэвиса позволяют наличие этого пятого фундаментального взаимодействия в природе — спинторсион-ного взаимодействия. Связанные с ним поля (поля кручения) обладают способностью почти безэнергетически передавать информацию в любую часть Вселенной, а также обеспечивают «голографичность» информационных связей во Вселенной.
Соответственно изложенной парадигме вполне объяснимым становятся практически все явления, связанные с сенсорным восприятием феноменов и биоэнергетическим (точнее биоинформационным) воздействием целителей. Поэтому есть все основания считать, что торсионные поля ответственны за парапсихические феномены.
В наше время эта область деятельности перестала быть экзотической. Сейчас в нее вовлечены многие организации, предприятия, научно-исследовательские институты. Организовано производство синтетических противотор-сионных экранов из пленок для продажи населению, которые можно использовать в качестве защиты от геопатогенных излучений, излучений ЭВМ, компьютеров, телевизионных приемников и других радиоэлектронных приборов. Создаются новые конструкционные материалы с уникальными свойствами. Например, учеными России и Украины создана сталь в два раза прочнее и в шесть раз пластичнее, чем обычная. Разрабатываются самые различные типы датчиков, реагирующих на торсионные поля.
Перспективы использования торсионных полей грандиозны. Достаточно упомянуть новые поколения компьютеров с элементной базой на микроуровне с поистине невероятными вычислительными способностями. Открытие пятого фундаментального взаимодействия перевернет наши представления о природе. Если наш век прошел под знаком электромагнетизма, то следующий будет веком торсионной энергии.
15.5.3. Социальное пространство
Возникновение социально организованной материи связано с формированием качественно новых пространственно-временных структур. Пространственные структуры, характеризующие общественную жизнь, не сводятся ни к пространству неживой природы, ни к пространству биологическому. Здесь возникает и исторически развивается особый вид пространственных отношений, в котором воспроизводится и развивается человек как общественное существо. Социальное пространство, вписанное в пространство биосферы и космоса, обладает особым человеческим смыслом. Оно функционально расчленено на ряд подпространств, характер которых и их взаимосвязь исторически меняются по мере развития общества.
Чтобы понять особую природу социального пространства, важно выработать представление о целостной системе общественной жизни. Эта система включает в качестве компонентов предметный мир, который человек создает и обновляет в процессе своей деятельности, отношения к другим людям. Все это единое системное целое существует только благодаря взаимодействию составляющих его частей — мира вещей — «второй природы» мира идей и мира человеческих отношений. Организация этого целого усложняется и меняется в процессе исторического развития. Оно имеет свою особенную пространственную архитектонику, которая не сводится только к материальным отношениям, а включает их отношение к человеку, его социальные связи и те смыслы, которые фиксируются в системе общественно значимых идей.
Специфика социального пространства тесно связана со спецификой социального времени, о котором будет сказано ниже.
Исторически сложилось, что социальное пространство формируется и упорядочено прежде всего посредством проектирования и сооружения материальных объектов. Все многообразие системы разделения людей, включая коммуникации и прочие архитектурные объекты, образуют материализованную сторону социального пространства. Архитектор, зодчий — это центральная фигура, благодаря которой формируются определенная метрика и геометрия среды жизнедеятельности человека. Можно сказать, что архитектор — это выразитель социального бытия через создание материальной пространственной среды. Он может доступными ему средствами стабилизировать, ускорять или замедлять и тормозить различные социальные процессы.
Архитектурное управление при более внимательном рассмотрении данного вопроса может существенно определять характер поведения людей. Архитектурно-технический подход к социальному пространству позволяет реализовать одну из основных и исходных целей жизнедеятельности человека — защищенность от внешних воздействий. Первоначально именно стены жилища или городские стены выполняли эту функцию защиты. Завоеватели чужих территорий хорошо осознавали взаимосвязь архитектуры и условий жизнедеятельности человека, когда, ставя целью уничтожить народ, стирали с лица земли поселения и постройки. Так, римлянами был полностью разрушен Карфаген, а его место распахано. И, наоборот, в заботе о возрождении национального духа и социальной активности древние в первую очередь стремились к качественному совершенствованию архитектуры среды. Афиняне, например, после победы над Спартой в V в. до н. э. закладывают афинский Акрополь по самым высоким стандартам того времени.
В творчестве зодчего обязательно проявляется влияние культуры, традиций, обычаев и предрассудков. Деление социального пространства на области, одна из которых соответствует элитарным, а другая — массовым процессам жизнедеятельности, предполагает ограничение контактов представителями элитарной и массовой среды. В результате возникают самые различные архитектурные объекты, адаптированные в соответствии с принципами иерархии.
При помощи типового проектирования жилье тиражируется и образует особую среду, взаимодействующую с сознанием человека. С одной стороны, они порождают установку на замкнутость, безынициативность, довольствование имеющимся, а с другой — поиск престижных комфортных условий элитарной группы общества. Это «спальные» районы, построенные во многих городах, безликость домов в микрорайонах, чрезвычайно «скучных» по выразительности. Даже такая черта, как общая тема памятников, мемориалов, монументов, установленных в данном районе, может оказывать серьезное влияние на чувства и настроение жителей.
Личностный характер социального пространства выражается в единичных и особенных формах своего материального устройства. Это является предпосылкой функционирования стран и народов, социальных слоев и групп общества, различных пространственных общностей людей.
Для человека формы организации пространства — это «ансамбль» сооружений: город, район. Для общества — государство, континент, планета. Планетарный, или космический, феномен человека пока далек от своего выражения пространственно-архитектурными средствами. Однако пространственное описание мира человека вдохновляло А. Эйнштейна, В.И. Вернадского, К.Э. Циолковского, а художники давно стремятся отыскать основополагающие элементы человека, вспомним хотя бы К. Малевича или С. Дали, смелые эксперименты с прерывными человеческими пространствами. Характер индивидуальной жизнедеятельности человека формирует индивидуальные пространственные характеристики. Исходя из того, что каждый из нас имеет вполне определенный рост, вес, размер одежды, обуви, можно сформулировать следующее положение: человек занимает пространство, равное объему его физического тела. Но человек, находящийся долгое время без движений, обречен на гибель. Частичное ограничение возможности передвигаться воспринимается либо как дискомфорт, либо как наказание (лишение свободы). То есть одним из условий существования является перемещение в пространстве.
Человеку всегда была свойственна потребность в «очеловечивании» пространства, которая, по-видимому, имеет древние корни, связанные с борьбой за среду обитания. В древности эта потребность проявлялась в поиске и освоении новых территорий, в настоящее время об этой потребности свидетельствует процветающая индустрия туризма. А стремление открывать новые земли выражается в освоении околоземного и более отдаленного космического пространства. Эта потребность выступает в самых разных формах:
1. Физическая целостность организма. Всякое внешнее воздействие воспринимается как опасное, если оно может нести угрозу целостности, например, травма.
2. Одежда — другая форма автономии пространства. В одежде, со вкусом подобранной, человек чувствует себя более комфортно, более уверенно.
3. Суверенитет тела сохраняют дома, комнаты, особняки, автомобили.
Теснота, скученность справедливо воспринимаются как дискомфорт. Переполненный общественный транспорт, перенаселенные квартиры — все это нарушает суверенитет личного пространства.
Американский ученый и философ Э. Фромм обратил внимание на то, что личное пространство человека зависит от того, чем данный человек обладает. Оказывается у дилеммы «быть или иметь» есть еще одна сторона: чем большим человек владеет, тем меньше его личностное пространство и тем теснее он себя в нем чувствует. На первый взгляд, кажется, что всякая личная собственность расширяет пространство человека. Если человек приобретает загородный дом в дополнение к городской квартире, то он ограничивает свое личностное пространство, часть которого теперь занята домом. «Обладание, — считает Э. Фромм, — это разновидность рабства, а раб ущемлен во многих своих правах, в том числе и в автономии своего личностного пространства». Личностное пространство оформляется разными путями. Один из них — расширение круга знакомств, всех тех, с кем связывают какие-то деловые, дружеские или родственные отношения. Родные, друзья, сослуживцы, просто знакомые — все они образуют контуры того личностного пространства, которое освоил и занимает человек. Одиночество — это экстремальный пример суженного до минимума социального пространства, это дискомфорт, если не патология. Человек, обреченный на одиночество, не может продержаться долго. Другое дело, уединение — форма автономии личностного пространства. Уединение — это пространство самосознания.
Достойна внимания и мысль Сенеки о возможности расширения рамок личностного пространства за счет мысленного перенесения во времени: «Хочешь освободиться от пороков — сторонись порочных примеров. Скупец, жестокий, коварный... — уйди от них к лучшим... Если тебе по душе греки — будь с Сократом». Становится понятным феномен слова.
Слава — это известность не только за пределами своего круга общения, но и за пределами отрезка времени, который называется жизнью. Вспоминая человека, мы тем самым реализуем его жизненное желание расширить жизненное пространство. Формы личностного пространства обусловлены прежде всего особенностями восприятия самого человека. Именно с ним приходится соизмерять свои поступки, строить планы. К пониманию сущности личностного пространства наиболее близко подошли литература, живопись. Успехи естествознания помогают глубже проникнуть в мир пространственно-временных отношений человека и общества.
«Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься — и вот я уже не знаю, что есть время», — слова, сказанные много веков назад Августином Блаженным, верны и в наши дни. Но это не значит, что над сущностью времени не надо вообще задумываться. И на пороге нового тысячелетия мы подводим итоги своих знаний о природе времени, чтобы затем вновь отправиться в путешествие сквозь годы, познавая суть времени все лучше и все глубже.
Время — это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связывающее их в единое целое. Время — это последовательность несущихся друг за другом событий. Издревле люди обращали внимание на чередование событий в природе, выделяя среди них главные, связанные непосредственно с практической деятельностью. Промежутки между двумя такими событиями составляли временной отрезок — интервал (например, астрономический год). Вообще любая принятая единица времени — это учитываемый людьми период между повторяющимися событиями. Вне каких-либо конкретных событий понятие времени теряет всякий смысл для нас. Таким образом, средствами измерения времени являются сами события. А если чередование событий идет с разной скоростью, возникают различные временные системы. Ускоренная съемка раскрытия цветка нас не удивляет.
Приборы, именуемые часами — от солнечных до атомных, — измеряют в действительности скорость событий, периодичность процессов.
15.6.1. Всеобщие и специфические свойства времени
К всеобщим временным отношениям всех материальных систем относятся:
? объективность времени;
? его неразрывная связь с движением, пространством и другими атрибутами материи;
? длительность времени;
? единство прерывного и непрерывного;
? вечность времени;
? необратимость и однонаправленность времени;
? одномерность.
Можно также выделить неоднородность времени.
Объективность времени, его неразрывная связь с движением, пространством и другими атрибутами материи уже рассматривались вместе со всеобщими свойствами пространства и времени. Рассмотрим подробно следующие свойства.
15.6.1.1. Длительность времени
Длительность — это последовательность сменяющих друг друга моментов или состояний. Она предполагает возникновение за каждым данным интервалом последующих. Все структурные элементы материального мира находятся в непрерывном развитии и движении, т.е. являются процессами, имеющими свои этапы. Эти этапы и характеризуются длительностью. Причем стадии, сменяющие одна другую, могут характеризоваться определенной повторяемостью, поэтому для их характеристики необходимо ввести длительность. В теоретическом аспекте длительность предполагает возможность прибавления к каждому моменту времени другого, а также возможность деления любого отрезка времени на более мелкие интервалы.
Никакой процесс в природе не происходит сразу, мгновенно. Он длится во времени. Это обусловлено конечной скоростью распространения взаимодействий и изменений состояний. Понятие длительности применимо к отдельным явлениям постольку, поскольку оно рассматривается как звено единой цепи.
Конкретная длительность существования материальных систем от их возникновения до распада, ритмы процессов в них, соотношение между циклами изменений, скорость протекания процессов, темпы развития и соотношение между темпами на разных этапах эволюции — все это характеризуется таким специфическим свойством времени, как длительность.
Аналогично протяженности пространства, длительность времени относится к метрическим свойствам. В мире невозможны процессы без длительности, т.е. мгновенные, но протекающие с конечной скоростью.
15.6:1.2. Прерывность и непрерывность.
Длительность бытия объектов во времени выступает как единство прерывного и непрерывного. Предшествующие состояния непрерывно переходят в последующие. Прежде чем какое-то явление произойдет в будущем, должны осуществиться все предшествующие ему изменения, которые его вызывают. Но время как форма бытия материи складывается из множества последовательностей и длительностей существования конкретных объектов, каждый из которых существует конечный период. Поэтому и время характеризуется прерывностью бытия конкретных качественных состояний. Между всеми сменяющими друг друга качествами имеются внутренняя связь и непрерывный переход.
Вечность времени вытекает из незыблемости законов сохранения материи и ее атрибутов, а также из закона причинности. Вечность времени означает бесконечную последовательность любых интервалов бытия в прошлом и будущем: столетий, тысячелетий и т.д. Вечность присуща лишь материи в целом, конечность проявляется в том, что любой конкретный предмет или система существует конечный промежуток времени, т.е. ограниченное время, и является преходящим.
Каждый из нас может видеть не только то, что впереди, но и то, что сзади, стоит лишь оглянуться. Так обстоит дело с пространственным восприятием. Со временем же будет иначе: память оставляет нам воспоминания о прошлом, а будущее как бы оставлено на волю случая. Поток событий несется без остановки, и каждый из нас находится на его гребне. Гребень потока — это миг настоящего, неустанно обращающегося в прошлое. Позади — выполненные дела, воспоминания. Впереди — неведомое будущее. В одни события каждый из нас будет неумолимо вовлечен, в другие же — зависит от выбора. Природа скрывает от человека будущее, чтобы предоставить ему возможность творчески преобразовывать мир.
Прошлое, настоящее и будущее соотносятся в своем бытии, и это имеет научное объяснение. Прошлое превратилось в ходе изменений в последующие состояния материи, которые могут быть качественно отличны от предшествующих. В этом случае прошлого уже реально не существует, а имеется только настоящее в виде реально существующих и взаимодействующих объектов и материальных систем. Будущего тоже физически не существует, но оно должно возникнуть за счет трансформации в него современного состояния материи. Но в реально существующих системах имеются некоторые возможности будущих состояний и событий, вытекающие из законов их движения и развития. Однако не все возможности будущих систем присутствуют в настоящем, ибо сами возможности тоже возникают в процессе развития, а нереализованные исчезают, сменяясь новыми. Однозначной детерминации будущего прошлым нет, детерминация имеет вероятностный характер.
15.6.1.4. Необратимость времени
Всеобщим свойством времени, а точнее, временных отношений в материальных системах, является необратимость времени, означающая однонаправленное изменение от прошлого к будущему. Прошлое порождает настоящее и будущее и переходит в них. К прошлому относятся все те события, которые уже осуществились и превратились в последующие. Настоящее охватывает все те процессы, объекты, системы, которые реально существуют и способны к взаимодействию между собой. Объекты, существовавшие в прошлом, но перешедшие в другие, последующие состояния материи, уже недоступны никакому воздействию. На прошлое нельзя воздействовать физически. Можно только изменить представления о прошлом в сознании реально существующих людей. Понятие настоящего многозначно, так как охватывает различный временной интервал. Для каждого человека настоящее может быть предельно сужено — это сиюминутное, сиюсекундное переживание настоящего момента, фиксируемое с большим трудом. Все, что было до него, относится к прошлому, все последующее — к будущему. Но настоящее может быть и расширено, в зависимости от составляющих интервалов и масштабов события до часа, дня, года и даже большего отрезка времени — десятилетия, например, школьные годы, и еще большего — понятия современности в истории.
Будущие события или материальные системы — это те, которые возникнут из настоящего и прошлого, из непосредственно предшествующих им событий и систем. На отдаленные будущие события также нельзя воздействовать, пока они не возникнут, так как реально они еще не существуют. Воздействовать можно на события настоящего и ближайшего будущего, которые из них непосредственно вытекают. Для объектов существующих систем настоящее время охватывает тот временной интервал, в течение которого они могут взаимодействовать между собой путем обмена энергией и информацией.
Какие же причины лежат в основе асимметрии и необратимости времени? «Стрелу времени» не раз пытались связать с определенными физическими законами и процессами: возрастанием энтропии во всех материальных системах, расширением Вселенной и т.д. Все эти процессы вносят вклад в общую необратимость времени. Но основание необратимости времени надо искать не в каких-то частных физических процессах, а в столь же фундаментальных по степени общности атрибутах и законах бытия материи, которые проявляются на всех структурных уровнях. Такими законами являются закон возрастания энтропии в соответствии со вторым законом термодинамики (возрастание энтропии происходит повсеместно в макроскопических и космических масштабах, а в микромире возможно локальное уменьшение энтропии).
Наглядной иллюстрацией обратного хода времени служит пленка в обратном направлении, но здесь нарушается лишь информационная последовательность событий на экране, воспринимаемая человеком. Необратимость времени, неэквивалентность прошлого и будущего осознаются многими науками. Раньше считалось, что все физические законы инвариантны относительно замены знака времени, так как время в уравнениях классической и квантовой механики берется в квадрате. Это наводило на мысль, что все физические законы могут проходить одинаково как в прямом, так и в обратном направлении, по крайней мере, в микромире, где закон возрастания энтропии не определяет взаимодействия частиц. Но за последние годы были открыты процессы, демонстрирующие необратимость изменений в микромире: распады неустойчивых частиц.
15.6.1.5. Одномерность времени
Из весьма общих свойств времени следует упомянуть одномерность, проявляющуюся в линейной последовательности событий, генетически связанных между собой. Если бы время имело не одно, а несколько, например, два или три измерения, то это означало бы, что параллельно нашему миру существуют аналогичные и никак не связанные с ним миры-двойники, в которых те же самые события разворачивались бы в одинаковой последовательности, а для каждого человека должны бы были существовать двойники в каждом из параллельных миров.
15.6.2. Проекции времени на сознание человека
Время не есть чистое бытие, но именно оно создает проекции на человеческое сознание тех изменений, которые происходят в телесном мире и составляют суть бытия каждого человека. Народная мудрость гласит: «Время надо наполнять событиями, иначе оно летит незаметно». Поэтому все большие и малые события человек воспринимает исключительно через время. Ярчайший тому пример — библейская «Книга Екклесиаста»:
«Всему свое время, и время всякой вещи под небом: время рождаться, и время умирать; время насаждать,- и время вырывать посаженное; время убивать, и время врачевать; время разрушать, и время строить; время плакать, и время смеяться; время сетовать, и время плясать; время разбрасывать камни, и время собирать камни; время обнимать, и время уклоняться от объятий; время искать, и время терять; время сберегать и время бросать; время раздирать, и время сшивать; время молчать, и время говорить; время любить, и время ненавидеть; время войне, и время миру».
Долгие годы часы красовались на городских башнях, потом их стали носить на руке. Мы сверяем наши часы, так как общество существует за счет согласованного действия на разных уровнях своей организации. Однако каждая клетка нашего организма оказывается достаточно обособленной пространственно-временной системой, в которой осуществляются процессы обмена веществ. Интенсивность этого обмена у каждого организма индивидуальна. Имеются гипотезы об ускорении и замедлении самого времени в биологических системах. Люди, родившиеся в один день и год, выглядят совершенно по-разному. В 30 паспортных лет один выглядит на 25, а другой — на 40. Это потому, что каждый из нас живет по своим биологическим часам, в своем времени и старится вместе с ним, а социальное время существует для рациональной организации нашей жизни.
Проблема времени еще в древности волновала человеческий ум. Начиная с мифологических представлений о боге времени Кроносе, пожирающем своих детей, и о вневременном бытии, вопросы, связанные с этим понятием, так или иначе ставились и обсуждались почти всеми философами. С другой стороны, в естественных науках понятие времени подвергалось детальному теоретическому исследованию. В последние десятилетия, начиная с 50-х гг., проблема времени вызывает очень сильный интерес. В 1966 г. было создано Международное общество по изучению времени, которое провело множество конференций, где рассматривались функционирование и эволюция сложных материальных систем.
Понятие времени используется везде и всюду. Все исторические события, все процессы протекают во времени. Время «течет» безостановочно. Настоящее — это неуловимое мгновение, разграничивающее прошлое и будущее («Есть только миг между прошлым и будущим, именно он называется жизнь»). Реально именно это мгновение, а вместе с ним мы все и весь наш мир непрерывно движемся в будущее, оставляя позади себя нарастающие «пласты» прошлого. Вот мы ожидаем некоторое событие, пока оно пребывает в будущем и еще не произошло. Но наступает момент, и событие свершилось, и теперь это уже история, которая со временем будет все больше отдаляться от нас в прошлое. Недаром говорят о «неумолимом ходе времени». Неспроста возникает безотчетное желание остановить этот ход: «Остановись, мгновенье, — ты прекрасно!» Поэтому мы не расстаемся с фантастическими мечтами о путешествии во времени: если нельзя остановить этот ход, то возможно ли хотя бы в отдельных случаях двигаться навстречу времени, навстречу этому ходу: из будущего — в прошлое? Вот почему каждое поколение людей зачитывается фантастическими романами о путешествии во времени: «Машина времени» Г. Уэллса, «Конец вечности» А. Азимова и т.п.
Следя за событиями, описанными в фантастических романах, мы размышляем над проблемами причинности, взаимосвязи событий. Мы видим, как вмешательство в прошлое приводит к изменениям в будущем. Фантастические экскурсы в прошлые столетия чреваты разрушением прежних связей, они изменяют историю, порождают новую реальность. Уже это говорит о принципиальной невозможности этих путешествий.
Не менее удивительно присущее человеку чувство времени. Тренированный человек может приказать себе проснуться в нужное время — и он действительно проснется в это время. Создается впечатление, что человек обладает своеобразными внутренними часами. Именно так считают физиологи и психологи: ритмично бьется сердце, ритмично работает система дыхания, недавно были обнаружены ритмы головного мозга. Основоположник кибернетики Н. Винер (1894—1964) считал, что именно ритмы головного мозга объясняют нашу способность чувствовать время.
Формирование времени связано у человека с пространством. Термины «сейчас» и «скоро» появились по образу и подобию понятий «здесь» и «близко». Зенон Элейский в V в. до н. э. говорил: «Летящая стрела одновременно и находится в данный момент времени в данной точке пространства и нет». У Гегеля: «Двигаться — означает быть в данном месте и в то же время — не быть в нем, — следовательно, находиться в обоих местах одновременно, в этом состоит непрерывность времени и пространства, которая только и делает возможным движение».
Два события, одновременных в одной системе отсчета, будут одновременны вообще. Слово «сейчас» имеет абсолютный смысл для всего мира: и для нас и для далеких галактик.
Умозаключение Зенона об отсутствии движения как такового вызвало большие толки в научном мире, и имя его не было затеряно в веках. Его нужно благодарить за то, что он заставил ученых пристальнее всматриваться в окружающий мир, поставил вопросы, задевшие за живое и в конце концов позволил продвинуть науку дальше. А она, в свою очередь, давала ответы на вопрос: «Время движется по прямой или по окружности?» Аристотель объединил круг и прямую — получилась спираль. Правда, Аристотель не предполагал свое изобретение в качестве нового образца времени. Но спираль соединяет то, что раньше казалось несопоставимым, что противопоставлялось друг другу, когда говорили о наглядном представлении времени. Однако временная спираль завершает сейчас свой очередной виток...
Особенности жизнедеятельности отдельного человека, а также общество в целом находят выражение в свойствах длительности, порядке следования и сосуществования объектов и процессов. Пространственно-временная проблематика тесно связана с системой ценностей человека. Атомные и песочные часы не в состоянии выразить сущность общественных процессов. Например, Столетняя война во Франции — какова продолжительность по существу происходящих процессов? Календарная длительность вытесняется здесь другим, новым типом временных отношений, передать которые можно при помощи нового понятия — социального времени.
Социальное время характеризует длительность, последовательность этапов материальной и духовной деятельности человека. Главным фактором, определяющим ход социального времени, является деятельность человека, направленная на преобразование среды и самого себя. Календарь, основанный на природных процессах, чередовании дня и ночи, смене времен года и т.д., безучастен к происходящим переменам в обществе. Однако широкое распространение и использование календарного времени объясняется возможностью точно количественно исчислять промежутки. Все известные единицы календарного времени — секунды, минуты, часы, дни могут быть достаточно точно измерены.
Совсем другое дело — исчисление длительности социальных процессов. Это эпоха, эра, сессия, сезон, семестр и т.п. Все они не могут быть не только определены, но не образуют соотношений между собой. Еще древнегреческий философ Сенека в работе «Письма к Луцилию» писал: «Все заботятся не о том, правильно ли живут, а о том, долго ли проживут, между тем правильно жить — доступно всем, жить долго — почти никому». В том же направлении размышляет и Плиний Старший, римский писатель и ученый, автор афоризма «Не считать надо дни, а взвешивать». Очевидно, что значимые для человека и общества характеристики длительности должны стать компонентами социального времени.
С социальным временем связано и время человека, свободного от участия в общественном производстве. Это личное время. Можно встретить два типа людей, которые по-разному относятся к своему личному времени: одни им вполне самостоятельно распоряжаются, другие не знают, как его провести, чем заполнить. Являясь атрибутом индивидуальной жизни, личное время субъективно, но вместе с тем непосредственно связано с социальным времени, так как история отдельного человека не может быть оторвана от всей истории общества («Жить в обществе и быть свободным от общества нельзя»). Личностное время используется непосредственно при определении многих ценностей человеческой жизни, и прежде всего его деятельности. Леонардо да Винчи считал удавшейся независимо от ее длительности всякую жизнь, прожитую хорошо и достойно.
Личностному времени присуще чувство ритма, так, например, в жизни каждого человека устанавливается определенная последовательность событий: детство, юность, получение образования, начало творческой деятельности, вступление в брак, рождение детей и т.д. Такая последовательность выражает ритмическую организацию индивидуальной жизни, но не всякая последовательность носит ритмический характер. Несовпадение важнейших этапов социальной зрелости человека с его календарным возрастом или общепринятым ритмом организации общественной жизни является проявлением аритмии личностного времени. Ритмичность личностного времени устанавливается выбором начала отсчета и соответствующих единиц измерения. Традиции ежегодно праздновать дни рождения, годовщины свадеб, других особо значимых для человека событий означают отсчет и измерение длительности и последовательности индивидуальной жизни.
Важно отметить, что у каждой достаточно автономной системы своя собственная хронология происходящего. Внутреннее время таких систем обычно не совпадает с внешним. Известный французский философ и гуманист М. Монтень приложил немало усилий для обоснования своего подхода к взаимосвязи внутреннего и внешнего времени. Согласно его рассуждениям, изложенным в статье «О том, что нельзя узнать, счастлив кто-нибудь, пока он не умер», жизнь человека проходит в едином внутреннем времени. Нельзя назвать кого-либо счастливым, пока жизнь продолжается и внутреннее время ведет отсчет. Непостоянство фортуны может проявиться как раз после высказывания суждений о ней. «Шаткость и изменчивость дел человеческих таковы, что достаточно ничтожного толчка, как они немедленно изменят свой облик». Здесь акцент делается на вероятностном, не всегда достоверном характере всяких оценок со стороны. Жизнь человека — это суверенная длительность и описывается она прежде всего внутренним, а не внешним... Именно о внешнем времени говорят: «провести время», «бесцельно потратить время» и т.п. Такие понятия, как «времяпрепровождение», «развлечение», означают отвлечение или отчуждение человека от самого себя. И если внешнее время может превратиться в пустыню скуки, которую необходимо «разгонять», то время внутреннее образует свободное пространство духовного роста человека. Оно становится атрибутом индивидуальной жизни и в этом его абсолютная ценность.
Необходимо отметить сложность и неоднозначность пространственно-временных отношений на уровне отдельного человека. Личностные время и пространство обусловлены особенностями восприятия самого человека. Именно с ними приходится соизмерять свои поступки, строить планы. Научный подход в этом вопросе необходим для более целостного видения мира.
15.6.4. Идеи и гипотезы профессора Н.А. Козырева
А. Вознесенский посвятил Н.А. Козыреву как великому открывателю истины следующие стихи (Терминатор. 1994. № 1. С. 36):
Живите не в пространстве, а во времени. Минутные деревья нам доверены. Владейте не лесами, а часами, Живите под минутными домами, И плечи вместо соболя кому-то Закутайте в бесценную минуту. Какое несимметричное время! Последние минуты — короче, Последняя разлука — длиннее... Килограммы сыграют в коробочку, Вы не страус, чтоб уткнуться в бренное. Умирают — в пространстве. Живут — во времени.
Интуиция одного из выдающихся российских ученых — Николая Александровича Козырева — указала принципиально новое направление в развитии человеческой мысли. В 50-х гг. XX в. он писал: «Что собой представляет время — до сих пор не известно. Физик умеет только измерять его длительность, поэтому для него это пассивное понятие. Время имеет и другие активные свойства. Время является активным участником мироздания».
Николай Александрович Козырев обладал аналитическим мышлением. Это позволило ему в 15 лет с отличием окончить школу, в 20 — физико-математический факультет университета, а в 23 года ему было присвоено звание профессора. «Очень крупный вклад в науку, — писал в своем отзыве СИ. Вавилов, — представляет собой работа Н.А. Козырева «Теория внутреннего строения звезд и источники звездной энергии», подготовленная им как диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, которая была затем премирована Президиумом АН СССР».
Луна всегда считалась мертвым телом, закончившим свою эволюцию. Н.А. Козырев был астрономом и предсказал вулканизм на Луне. Понадобился десяток лет, чтобы признать наблюдения Козырева, когда он случайно направил телескоп на Луну, на кратер «Альфонс», именно в тот момент, когда там происходило извержение вулкана, и сумел получить его спектрограмму. В 1970 г. Международная астрономическая академия наградила его именной золотой медалью с бриллиантовым изображением Большой Медведицы за открытие вулканизма на Луне. К своему открытию Козырев пришел, полагая, что основу лунного вулканизма нужно искать ... в потоке времени. Проводя опыты с вращающимся гироскопом, Козырев экспериментально доказал, что гироскоп с электровибратором — это система с причинно-следственной связью. Когда направление вращения волчка гироскопа противоречило ходу времени, то оказывало на него давление, возникали дополнительные силы, которые можно измерить. Из его, опытов следовало, что время — не просто длительность от одного события к другому, измеряемая часами. Время — это физический фактор, обладающий свойствами, позволяющими ему активно участвовать во всех природных процессах, обеспечивая причинно-следственную связь явлений. Козырев таким образом установил экспериментально, что ход времени определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Согласно его расчетам, получалось, что величина такой линейной скорости составляет 700 км/с и имеет знак «+» в левой системе координат.
Взвешивание гироскопов с вертикальной осью неоднократно проводили и японские исследователи. Их результаты, близкие к козыревским, опубликованы в журнале «Физикал Ревью Леттерс» в 1989 г. (Т. 63. № 25).
Измерение «сил хода времени» требовало от ученого много сил, энергии и большой изобретательности. В лаборатории Козырева было разработано несколько типов приборов и схем, позволяющих измерять плотность времени. Это крутильные механические системы, где в качестве нити подвеса используются тонкие кварцевые нити, позволяющие измерять углы поворота стрелки под действием необратимого процесса; системы контактной пары двух металлов. С помощью этих систем удалось провести многие исследования по активным свойствам времени, проводя астрономические наблюдения космических объектов в Крымской астрофизической обсерватории.
Н.А. Козырев установил, что через изменения плотности времени осуществляется связь в космосе, в частности между Землей и Луной. По исследованиям физических свойств времени в настоящее время опубликовано 17 работ. Последняя работа ученого «О возможности уменьшения массы и веса тела под воздействием активных свойств времени» была записана 8 января 1983 г. В ней сделан вывод: необратимый процесс с потерей информации, введенный в материальное тело, уменьшает его инерционную массу. Эта работа открывает новое направление в исследовании активных свойств времени, но ученый не успел ее закончить...
Свои лабораторные опыты Козырев соотносил и с процессами, происходящими во Вселенной. Он считал, что звезды должны выделять колоссальное количество времени, т.е. по сути дела служить его генераторами. Он направлял телескоп с помещенным в его фокусе веществом на какую-либо яркую звезду, но телескоп закрывал темной бумагой или тонкой жестью, чтобы исключить попадание световых лучей. Электропроводность вещества, помещенного в фокусе, менялась. Ему удалось установить некоторые физические свойства времени — энергию, которую оно может излучать, направленность и плотность. Он говорил, что время во Вселенной появляется сразу и везде. И сгущения и разрежения, вызванные энергетическими изменениями, происходят в одно и то же мгновение.
Известно, что мы видим звезду не там, где она находится теперь, а там, где она находилась в момент своего излучения. Свет хотя и является, согласно теории относительности, самым скоростным излучением, но имеет все же конечную скорость распространения. Так что если вычислить, где в данный момент находилась звезда, и навести телескоп на этот «чистый» участок неба, то при изменении веса гироскопа гипотеза будет доказана. Козырев так и поступил. Именно таким образом было зафиксировано положение Проциона. Со временем, как и с гравитацией, дело обстоит иначе, чем со светом: оно распространяется не постепенно, а сразу появляется во многих точках Вселенной.
Суть причинной механики Н.А. Козырева выражается в нескольких постулатах:
1. В причинных связях всегда имеется принципиальное отличие причин от следствий.
2. Причины и следствия всегда разделяются пространством. Расстояние не может быть равно нулю.
3. Причины и следствия всегда разделяются временем, которое не равно нулю. Следствие всегда находится в будущем по отношению к причине.
4. Время всегда обладает особым абсолютным свойством, отличающим будущее от причины, которое может быть названо направленностью времени.
Научное наследие Н.А. Козырева представляет собой общечеловеческое достояние огромной важности. Оно утверждает приоритет отечественной науки в развитии нового направления исследования Вселенной. Новосибирские ученые в конце 80-х гг. проводят астрономические наблюдения по методике Н.А. Козырева. Результаты убедительно свидетельствуют о воздействии звездных процессов на наземные датчики. Важно то, что датчики реагировали на видимое положение звезд и Солнца, а также на истинные их положения и положения в будущем (Доклады АН. 1990. Т. 314. № 2; Т. 315. № 2; 1992. Т. 323, № 4). С 1984 г. при Московском государственном университете постоянно работает семинар «Изучение феномена времени» под руководством А.П. Левича. Большое внимание на семинаре уделяется анализу и развитию идей Н.А. Козырева о природе времени. Участниками семинара подготовлена к печати двухтомная монофафия «Время в естествознании». Продолжателями идей ученого было доказано, что непосредственно из постулатов причинной механики вытекают соотношения неопределенности Козырева. В рамках этой модели получают ясный смысл общенаучные понятия течения времени и его направленности, а Симметрия Мира оказывается именно такой, как она диктуется квантовой теорией поля.
Есть люди, жизненный путь которых весь воплотился в творчестве, творчество как бы впитало в себя все соки их жизни. К таким людям относится Н.А. Козырев.
ТЕМА 16. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ
16.1. СУЩНОСТЬ ПРОБЛЕМ САМООРГАНИЗАЦИИ В СВЕТЕ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ
Со времени открытия второго закона термодинамики встал вопрос о том, как можно согласовать вывод о возрастании во времени энтропии (неопределенности, хаоса) в замкнутых системах с процессами самоорганизации в живой и неживой природе, происходящими в открытых системах. Долгое время казалось, что существует противоречие между выводами второго закона термодинамики и эволюционной теории Ч. Дарвина, согласно которой в живой природе благодаря принципу отбора непрерывно происходит процесс самоорганизации.
16.1.1. Связь проблем самоорганизации материи с кибернетикой
Разработка представлений о самоорганизации материи как о содержании процесса развития и движения эволюционировало в ходе обобщения естественнонаучных данных. Идеи самоорганизации резко выдвинулись вперед в связи с появлением новых данных, представленных кибернетикой. В формировании современных представлений на процесс самоорганизации существенную роль сыграла кибернетика.
16.1.1.1. Кибернетика и ее принципы
Кибернетика (от греч. kybenietike" — управление, искусство управления) — возникла в 40-х гг. XX в. в результате насущной практической потребности в повышении качества управления в производственно-технической, хозяйственной, политической, военной и других областях человеческой деятельности.
Отцом кибернетики по праву называют выдающегося американского математика Н. Винера, который в 1948 г. впервые сформулировал основные идеи и принципы этой науки. Возникновение кибернетики было подготовлено всем предшествующим развитием науки — в первую очередь теории автоматического регулирования следящих систем, техники переработки и передачи информации, теории игр и оптимальных решений, физиологии (теории рефлексов), медицины, математической логики, теории алгоритмов и машин, радиоэлектроники и других наук. Решающую роль в появление и развитии кибернетики имело появление электронной автоматики и быстродействующих ЭВМ.
В создании кибернетики принимали участие многие ученые: Д. Биглоу, К. Шеннон, И.М. Сеченов, И.П. Павлов, А.М. Ляпунов, А.А. Марков, А.Н. Колмогоров и др.
Кибернетика — это наука об управлении и связи, оптимальном управлении, о восприятии, хранении и переработке информации, об алгоритмах переработки информации, о причинных сетях. Каждое из этих определений подчеркивает существенную сторону кибернетики.
Область применения кибернетики определил Н. Винер — это машины, живые организмы и их объединения.
Исходя из вышесказанного, кибернетика — это наука об управлении в машинах, живых организмах и их объединениях на основе получения, хранения, переработки и использования информации. Кибернетика — это наука об управлении в кибернетических системах. Кибернетические системы — это сложные динамические системы любой природы (технические, биологические, экономические, социальные, административные) с обратной связью. Сложными динамическими системами называются такие системы, которые содержат в себе множество более простых, взаимодействующих друг с другом систем и элементов, которые меняются, т.е. под воздействием определенных процессов переходят из одного устойчивого состояния в другое.
Сущность управления, базирующегося на использовании обратной связи, было разработано задолго до возникновения кибернетики — в рефлекторной теории И.М. Сеченова и И.П. Павлова. Идея обратной связи была использована при создании автоматических регуляторов — поплавковых регуляторов Уатта.
Кибернетика сформулировала принцип обратной связи: без обратной связи невозможно управление сложными и сложнодинамическими системами. В настоящее время этот принцип сознательно кладется в основу конструирования станков-автоматов, ЭВМ и других технических устройств. С учетом принципа обратной связи организуется управление (руководство) предприятия со стороны министерства, промышленными предприятиями — со стороны дирекции («летучки»), по той же схеме ректор осуществляет руководство преподавателем и группой, студенческими коллективами, а преподаватель — студентами и т.д. (дети — родители).
Для кибернетики характерен макроподход: она ответвляется от внутреннего строения системы и рассматривает ее как единое целое, некий «черный ящик», способный функционировать с помощью потоков информации. Это и есть информативный принцип кибернетики. Теория информации — раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации. Первые исследования в этой области были проведены Р. Фишером (работы по математической статистике), Р. Хартли (запоминающие устройства, передача информации по каналам связи). Вероятностная теория информации окончательно нашла свое применение и оформление к работах К. Шеннона (1948 г.). Рассматривая зависимость информации на выходе от информации на входе системы, он разработал принцип функциональной связи.
Кибернетика использует и микроподход: она предполагает определение внутреннего строения системы управления, выявление ее основных элементов, их взаимосвязи, алгоритмов их работы и возможность синтезировать из этих элементов системы управления.
Кибернетику подразделяют на:
? теоретическую;
? техническую и
? прикладную.
Теоретическая кибернетика связана с разработкой аппарата и методов исследования систем управления любой природы. Она связана с машинным моделированием на ЭВМ. Моделирование на ЭВМ ставит теоретическую кибернетику в особое положение по отношению к другим наукам: она дает принципиально новый подход и метод исследования практически всех наук: естественных, технических, гуманитарных. В этом она сходна с математикой. Но кибернетика — это не математика, так как имеет свой предмет исследования — системы управления. Создаются новые научные направления — математическая логика, теория вероятностей, вычислительная математика, теория информации, теория кодирования, теория алгоритмов и т.д. В самой кибернетике возникли такие разделы, как теория автоматов, теория формальных языков и грамматик, теория распознавания образов, теория самообучающихся и самоорганизующихся систем, теория игр, теория статистических решений и т.п. Машинное моделирования позволяет исследовать объекты на основе математической модели.
Техническая кибернетика — это конструирование и эксплуатация технических средств, применяемая в управляющих и вычислительных устройствах. Одна из главных проблем здесь — это проблема «человек—машина», т.е. изучение автоматических систем управления (АСУ), где обязательно принимает участие человек-оператор. Здесь она пересекается с инженерной психологией. Основные проблемы, стоящие перед технической кибернетикой, — это распознавание образов, создание читающих автоматов, анализ ситуаций, характеризующих технический процесс, разработка диагностических устройств.
Прикладная кибернетика содержит приложение двух предыдущих подразделов кибернетики к решению задач, относящихся к частным системам в биологии, медицине, экономике, промышленности, транспорте. Поэтому выделяют психологическую, биологическую и другие виды кибернетики.
Таким образом, в кибернетике скрестились почти все виды отраслей знаний — это целое направление в науке, занимающейся исследованием общих принципов управления и способов использования их в технике.
16.1.1.2. Самоорганизующиеся системы
Сложнодинамические системы часто представляют собой самоорганизующиеся системы. В зависимости от выделения той или иной ведущей группы свойств их также называют саморегулирующимися, самонастраивающимися, самообучающимися, самоалгоритмизующимися системами.
Самоорганизующимися называют такие системы, которые способны при изменении внешних или внутренних условий их функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта, сигналы о которой поступают по каналам обратной связи.
Примеры самоорганизующихся систем: отдельная живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив, машина-автомат, машина-робот.
Так как в сложнодинамических системах имеют место процессы самоуправления и применяются операции управления, то они называются системами управления. Каждая система управления состоит из двух систем: управляемой и управляющей.
Управляющая система воздействует на элементы управляемой системы и приводит ее в соответствие с заданным алгоритмом или целью в новое состояние. Различают три вида системы управления:
? живые организмы;
? сложные (с обратной связью) машины;
? человеческие коллективы.
Заслуга кибернетики в том, что она показала универсальность процессов управления.
Процесс управления осуществляется в соответствии с задачей или целью управления. Управляющая система вырабатывает и передает по каналу обратной связи сигналы, несущие команды, которые поступают в управляемую систему и приводят ее к изменению. От управляемой системы по каналу обратной связи передаются сигналы, несущие информацию о том, как выполнены команды. В соответствии с этой информацией система вырабатывает новые, корректирующие команды. Это происходит до тех пор, пока цель управления не оказывается достигнутой.
16.1.1.3. Связь кибернетики с процессом самоорганизации
По современным представлениям, в формировании которых существенную роль сыграла кибернетика, процесс самоорганизации представляет собой автоматический процесс, при котором, если говорить о биологических системах, выживают комбинации, выгодные с точки зрения адаптации всего вида и отдельных организмов.
Кибернетика играет существенную роль в понимании общих принципов процессов самоорганизации и дает исследователям методы конструирования различных типов самоорганизующихся систем. Но при этом остается открытым вопрос о физических процессах, происходящих в ходе самоорганизации в самых различных физических, химических, метеорологических, биологических и других системах. Эти процессы, как правило, очень сложны. И все же установление общих закономерностей процессов самоорганизации оказывается возможным.
16.1.2. Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований
Синергетика — это теория, исследующая процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения самых разнообразных структур живой и неживой природы.
Синергетика стоит в одном ряду с такими дисциплинами, как теория систем и кибернетика, является естественным их продолжением. Как и эти науки, она претендует на статус обобщенной теории поведения систем различной природы.
Во всех рассматриваемых синергетикой системах процесс самоорганизации идет обязательно с участием большого числа объектов (атомов, молекул или более сложных преобразований) и, следовательно, определяется совокупным, кооперативным действием. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, профессор Штутгартского университета Г. Хакен ввел специальный термин «синергетика». С одной стороны, имеется в виду сотрудничество ученых разных специальностей, разных областей знания, подоплекой которого выступает общность феномена самоорганизации. С другой стороны, выражена суть явлений данного рода — кооперативность действий разрозненных элементов, спонтанно организующихся в структуру некоторой системы.
Основатель синергетики Хакен пишет во введении к своей книге: «Я назвал эту дисциплину «синергетика» не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин».
В фокусе внимания синергетики оказываются сложные системы, в которых эволюция протекает от хаоса к порядку, от симметрии — ко все возрастающей сложности.
16.1.2.2. Отличие синергетики от кибернетики
Первые серьезные успехи в изучении проблем развития и самоорганизации были заложены кибернетикой. Это направление имело дело прежде всего с техническими управляющими и саморегулирующимися системами. В этом отношении примечательны гомеостатические системы, т.е. системы, поддерживающие свое функционирование в заданном режиме. С этих позиций становятся ясными факты устойчивости и сохранения системы, но нельзя понять, как возникают новые системы.
Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований представляет собой интерес для науки в целом.
Во-первых, она представляет собой иной подход к изучению процессов самоорганизаций, развития различного рода систем, чем кибернетика. Кибернетика ограничивалась анализом самоорганизующихся технических систем. Синергетика пытается раскрыть единые принципы самоорганизации в любых природных системах, т.е. как в живых, так и в неживых.
Во-вторых, принципы самоорганизации могут стать основой для создания общей концепции глобального эволюционизма, т.е. развития в масштабе всей Вселенной.
В-третьих, синергетика является более общей теорией самоорганизации, чем теория, основанная на данных кибернетики. Обрисовывая единые механизмы структу-рогенеза, она становится целостной естественнонаучной концепцией становления и развития материальных структур.
В-четвертых, для синергетики характерен особый подход в постановке вопроса об изоморфных законах структурной статики и динамики. У нее есть собственные основания для решения этого вопроса, которых нет ни у кибернетики, ни у теории систем. Это положение о когерентном, самосогласованном, самоинструктированном поведении большого ансамбля инородных объектов, поставленных в определенные условия. Синергетика рассматривает мир объектов, основываясь на не известном ранее моменте активности материи — «резонансном возбуждении» вступающих во взаимодействие объектов.
16.1.2.3. История становления синергетики как науки
Основателем синергетики, как уже говорилось, является профессор Штутгартского университета Г. Хакен, который начал свою карьеру в период бурного развития физики твердого тела, теории полупроводников и сверхпроводимости. Он является одним из «пионеров» создания теории экситонов и поляронов в твердых телах. Работы тех лет подытожены в книге «Квантовополевая теория твердого тела» (М.: Наука, 1980). Также ему принадлежат работы по теории лазеров, а именно флуктуации лазерного излучения, из которой берет начало известный термин «неравновесные фазовые переходы».
Возникновение теории самоорганизации — синергетики — было подготовлено трудами многих выдающихся ученых. К ним относятся, в первую очередь, Ч. Дарвин — создатель теории биологической эволюции, Л. Больцман и А. Пуанкаре — основоположники статистического и динамического описания сложного движения, а также А.Н. Колмогоров, Л.И. Мандельштам, А.А. Андронов, Н.С. Крылов, Н.Н. Боголюбов, А.А Власов, Л.Д. Ландау и многие, многие другие.
Существенную роль в становлении теории самоорганизации сыграли работы В.И. Вернадского о ноосфере. Созданием теории самоорганизации в современном ее понимании мы во многом обязаны И. Пригожину и Г. Хакену.
Долгое время в науке преобладало представление о том, что процессы самоорганизации присущи всем живым системам. Что же касается неживых, то, согласно второму закону термодинамики, они могли эволюционировать лишь в сторону хаоса и беспорядка. Другими словами, системы неживой природы способны лишь к дезорганизации, разрушению, вырождению. Но тогда становится невозможным понять, откуда появились живые системы, способные к самоорганизации, и почему физические законы не применимы к живым телам, состоящим из тех же молекул, атомов, частиц?
Со временем ученые не только опровергли эту точку зрения, но и самым тщательным образом занялись изучением этой проблемы. Наиболее впечатляющими были эксперименты с самоорганизующимися химическими реакциями, начатые в 50-е гг. Б.Н. Белоусовым и подробно исследованные В. Жаботинским. Главным, бесспорным условием самоорганизации является требование открытости системы.
16.1.2.4. Связь синергетики с другими науками
Процессы самоорганизации, которые изучает синергетика, основываются на одном общем эффекте — способности разнокачественных единиц материи в известных условиях проявлять активность, и даже не просто активность, а своего рода двойственность, каким-то образом согласованную, протекающую по единому плану и направленную в каждом конкретном случае на вполне конкретный факт структурирования или структурной трансформации.
Самоорганизующиеся системы приобретают присущие им свойства, структуры или функции и без какого бы то ни было вмешательства извне. Дифференциация клеток в биологии и рост снежинок могут в равной степени служить примерами самоорганизации. С другой стороны, такие устройства, как используемые в радиопередатчиках электронные генераторы, сделаны руками человека. Однако мы часто забываем о том, что во многих случаях технические устройства функционируют на основе процессов, тесно связанных с самоорганизацией. В электронном генераторе движение электронов становится когерентным без воздействия извне когерентной вынужденной силы. Самоустройство сконструировано так, что допускает специфические коллективные движения электронов.
В собственном смысле синергетика — это теория и методология, исследующая процессы самоорганизации. По своему рангу синергетика близка к философским наукам, поскольку объектом являются вопросы о том, как вообще возникают организационные структуры материальных образований со всеми их функциями. Но в не меньшей мере это и мировоззренческие вопросы.
Однако проблемы, общие для философии и синергетики, раскрываются в них по-разному. Синергетика выражает то же содержание, но на языке конкретных терминов многих наук, использует значительный объем фактологического материала целого ряда дисциплин, таких, как физика, химия, биология, общая теория вычислительных систем, экономика, социология, и не пользуется абстрактно-всеобщей философской формой. Каждая из вышеперечисленных наук имеет достаточно веские основания считать синергетику своей составной частью. Но синергетика каждый раз привносит характерные особенности, понятия, методы, чуждые традиционно сложившимся научным направлениям.
Так, например, термодинамика действует в полную меру только в том случае, если рассматриваемые системы находятся в тепловом равновесии; термодинамика необратимых процессов применима только к системам вблизи теплового равновесия. Синергетические системы в физике, химии, биологии находятся вдали от теплового равновесия и могут обнаруживать такие необычайные особенности, как колебания.
Хотя термодинамические понятия о макроскопических переменных используются и в синергетике, такие переменные, называемые параметрами порядка, имеют совершенно иную природу, чем в термодинамике.
Таким образом, синергетика — не сумма физических идей или математических методов. Это система взглядов, в которых физик, химик, биолог и математик видят свой материал. Эта наука уже сыграла роль своего рода катализатора между представителями разнообразных наук.
Выводы. Итак, мы видим, что окружающий нас мир состоит из огромного количества разнообразнейших сложных систем, да и сам он является таковой системой а значит, подчиняется выводам, сделанным сравнительно молодой наукой — синергетикой. Все, кому небезынтересен окружающий его мир, могут взглянуть на него по-новому благодаря синергетике.
Н. Винер связывал суть науки об управлении с организацией и самоорганизацией, которая рассматривалась им как антипод энтропии, фактор, противостоящий тенденции роста мирового хаоса. Под самоорганизацией понимается способность к стабилизации некоторых параметров посредством направленной упорядоченности ее структуры с целью противостоять энтропийным факторам среды. Самоорганизация — это структура в действии.
16.2.1. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации
Для процесса самоорганизации характерны следующие структурные компоненты и свойства.
16.2.1.1. Структурные компоненты процесса самоорганизации
Структурными компонентами, посредством которых осваивается информация, являются:
1. Механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, переработку информации и формулирование информационной программы ответного действия.
2. Канал обратной связи.
16.2.1.2. Свойства самоорганизующейся системы
К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:
1. Самоорганизующаяся система сохраняет состояние термодинамического равновесия.
2. Негаэнтропийный характер самоорганизующейся системы обеспечивается использованием информации.
3. Самоорганизующаяся система обладает функциональной активностью, выражающейся в противодействии внешним силам.
4. Самоорганизующаяся система обладает выбором линии поведения.
5. Целенаправленность действий.
6. Гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.
16.2.1.3. Механизм, обеспечивающий организационный процесс
Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным на нее внешним воздействием — вход системы. Вместе с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, представляющая собой собственную упорядоченность этого потока.
Эта информация оценивается в особом блоке — механизме управления. Здесь же вырабатывается программа ответного действия. В результате система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.
Таким путем многократного самоконтроля системы, получившие название «самоорганизующиеся», настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым сохраняют себя.
16.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА САМООРГАНИЗАЦИИ
Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации:
? гомеостаз;
? обратная связь;
? информация.
Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois — подобный, одинаковый, сходный (например, всем известна гомеопатия — лечение подобным) и stasis — неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз — это стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.
Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу — мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.
Разрушение организации живой системы означает ее гибель. Живое всегда стремится сохранить свою стабильность — это факт эмпирический. Для неживой материи стремление сохранить свой гомеостаз выражен в принципе Ле Шателье, который является следствием закона сохранения (см. ТЕМУ 11.7)
Однако диалектика развития неоднократно демонстрирует нам неоднозначность результатов и противоречивый характер любых утверждений типа «только так и не иначе». Устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие. Чересчур стабильные формы — тоже тупиковые формы, развитие которых прекращается. Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования, как и его неспособность к адаптации. То есть стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост разнообразия.
Важнейшей характеристикой процесса самоорганизации является обратная связь. Механизм обратной связи — это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи — это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.
Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие, и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы.
Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как оно компенсируется тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии (рассеяния энергии), уже рассмотренном ранее (см. ТЕМУ 10.5). Это является таким же эмпирическим обобщением, как и принцип сохранения гомеостаза.
Уже неоднократно говорилось о том, что живые системы — это всегда открытые системы (закупоренное в консервную банку со временем протухает). Живым системам свойствен метаболизм, т.е. обмен энергией и веществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущих тенденций развития живых систем является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию — меру хаоса.
Это тоже является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственно стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.
Таким образом, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. сохранению гомеостаза, и укреплению отрицательных обратных связей, и тенденциями к поиску новых, более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, т.е. укреплению положительных обратных связей. Способы решения этих противоречий могут быть различными, и это обстоятельство ответственно за самые разнообразные организационные формы материального мира.
Здесь хочется также отметить, что распространена теория двойственной обратной связи, согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационной и неинформационной. Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире порождает совершенно иной, новый тип механизмов развития, неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого. Однако некоторые прокариоты и вирусоподобные существа, традиционно относимые к живому миру, по-видимому, все-таки лишены способности формировать петли обратной связи. Поэтому уместнее здесь перейти к третьей характеристике — информации.
Содержание понятия информации тесно связано с понятием отражения, которое уже было рассмотрено (см. ТЕМУ 14.). В общем случай информация означает отражение взаимодействующих тел. В результате воздействия одного объекта на другой запечатлеваются форма тела, структура, черты поведения.
Таким образом, информация — это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество — это гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.
16.3.3.1. Этимология понятия «информация»
Употребляя понятие «информация», важно помнить об этимологии этого понятия. В обычном, т.е. житейском, смысле оно означает сумму сведений, которые получает субъект — человек или группа людей, животных, — об окружающем мире, о самом себе, другом субъекте или изучаемом явлении, т.е. сведений, с помощью которых он может точнее прогнозировать результат своих действий и отбирать способы использования своих возможностей для обеспечения собственных интересов, достижения поставленной цели. В этой трактовке информации центральной фигурой оказывается человек (субъект), который использует полученные сведения по своему усмотрению. Понятие «субъект» можно и обобщить, распространяя его на все живые существа, а также на организмы, обладающие целенаправленным действием.
Информация нужна субъекту для обеспечения возможности успеха некоторых целенаправленных действий. Например, белка, прыгая с ветки на ветку, должна знать, как далеко от нее следующая ветка, приблизит ли она ее к преследуемой цели, способна ли она ее удержать? Качество информации зависит от того, насколько белка способна оценить положение ветки, ее соответствие программе своих действий. Другой пример — дорожно-транспортные происшествия происходят как раз из-за неспособности пешеходов и водителей адекватно оценивать информацию (пешеходу кажется, что он успеет перебежать перед движущимся транспортом; водителю кажется, что он впишется в поворот, и т.д.).
Таким образом, качество информации зависит также и от субъекта, его способности воспринимать и обрабатывать информацию. Если белка окажется, например, близорукой, то информация о положении ветки может оказаться для нее не только бесполезной, но и вредной или даже смертельной. Значит, качество информации оценивается прежде всего тем, насколько знания, получаемые о предмете или окружающей обстановке, помогают в принятии решений. Ценность и смысл информации полностью раскрываются только тогда, когда существует цель.
На развитие утвердившегося в широких кругах понимания смысла информации и на развитие соответствующей теории информации оказали огромное влияние работы Н. Винера и К. Шеннона.
Теория информации — это раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации (см. ТЕМУ 16.1.1.1). Основные понятия теории информации — количество информации. В докибернетический период информацию связывали исключительно с человеческим сознанием. Две концепции информации существуют и в настоящее время:
1. Информация свойственна обществу, живым системам, кибернетическим устройствам и не присуща неживой природе.
2. Информация присутствует во всех материальных системах.
В живой природе к формам движения, лежащим в основе выработки сигналов, несущих информацию, прибавляется биологическая форма движения, а в человеческом обществе — и общественная.
Изменения, происходящие в системе в результате отражения или спонтанно, реализуются в форме вещественных или энергетических сигналов. Информация — это содержание сигнала, а значит, содержание отражения и изменения вообще.
Таким образом, можно говорить о двух видах информации:
? информация как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий (сложности, организации, порядка), мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы;
? информация как форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.
Информация как степень упорядоченности системы внутренне присуща самой системе независимо от ее познания.
16.3.3.2. Роль и место информации
За последнюю четверть века появилось огромное количество статей, сочинений, посвященных обсуждению понятия информации и сфер ее применения.
При описании последовательности развития материального мира информация появляется в нем лишь тогда, когда начинают изучаться системы с целенаправленным действием. Именно такие системы порождают необходимость использования термина «информация», так как без него невозможно описать процедуры принятия решения, целенаправленного поведения, невозможно изучать зависимость характера принимаемых решений от изменения внешних условий.
По мере развития живой природы и общества, роста разнообразия и сложности организационных форм непрерывно изменяется и место и значение информации, ее влияние на скорость и другие характеристики единого процесса развития и самоорганизации материи. Поэтому проследить все такие изменения интересно не только с исторической точки зрения, но и с точки зрения практического значения — для оценки их возможных тенденций в настоящем и будущем.
Избыток информации может быть гораздо более вреден, чем, например, избыток пищи. Чрезмерное ее количество может служить причиной потери целостного представления об окружающем мире и приводить к ошибочным решениям.
16.3.3.3. Понятие ценности информации
Понятие ценности информации довольно сложно, так как информация — это не просто некоторое возмущение, внешний сигнал, действующий на систему, но и внутренняя оценка этого возмущения или сигнала. Информация и ее оценка возникают и могут быть понятыми лишь в контексте «субъект—объект».
В процессе развития человечества передавались знания и навыки, необходимые для выживания племени, рода, популяции. Чем более квалифицированным был носитель знаний, опыта, мастерства, тем выше была ценность передаваемой информации, тем лучше она позволяла последующим поколениям производить все большее количество совершенных форм и т.п.
Ценность передаваемой и хранимой информации проявилась и в рождении еще одного своеобразного механизма отбора — морали и нравственности. Тот устойчивый механизм поведения, который формировался на основе определенных норм поведения, стал источником морали и нравственности, значение которых для судеб человечества непрерывно возрастает.
На процесс формирования устоев и нравственности ушли десятки, а может быть, и сотни лет. И нормы поведения никогда не были однозначными и неизменными. Однако и их возникновение и их изменение порождались не целесообразностью, а информацией. Если ценность информации определяется качеством поведения, вырабатываемого на ее основе, то это означает, что в игру вступает интеллект. Он сопоставляет, анализирует, делает выводы, принимает решения. Интеллект дает возможность не только предвидеть результаты, но и осознать противоречивость их целей, принципиальную многокритериальность их бытия. Ситуация типа «буриданов осел» — типичная человеческая ситуация (другой пример — «синица в руках и журавль в небе»). Животный мир не знает подобных коллизий. Объясняется это тем, что человек живет в условиях, отличающихся значительно большей неопределенностью, чем животные, — тех не гложут сомнения. Этот уровень неопределенности и является источником не только нетривиальных решений, но и возможных ошибок, когда человек, отнюдь не желая, действует тем не менее во вред себе самому.
Человеку в процессе своей жизнедеятельности в силу тех или иных причин приходится воспроизводить в принципе необратимый процесс, изучать его характеристики, сохранять о нем информацию и т.п.
Он использует для этого память. Память — это способность к воспроизведению прошлого опыта, это одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.
Понятие «память» тесно связано с понятием «информация». Говоря о памяти системы или организма, мы имеем в виду способность системы:
? в той или иной степени сохранять свои параметры и делать доступной для исследователя возможность использования информации о ее прошлом;
? обеспечивать запись (кодирование), хранение и передачу информации от одних поколений другим.
Необходимость использования информации, ее накопления и хранения, т.е. памяти, возникает лишь на определенном этапе саморазвития материального мира. Развитие процессов формирования памяти началось одновременно с появлением жизни, шло разными путями. В результате сложнейшего процесса самоорганизации возникает совершенно непохожая на другие формы памяти генетическая память, о которой мы поговорим позднее. Генетическая память существовала уже у прокариотов, однако решающий шаг был сделан лишь в эпоху эукариотов (см. ТЕМУ 17.4.2).
Механизм генетической памяти совместно с отбором и мутациями способствует совершенствованию популяции, их адаптации к изменяющимся внешним условиям, но не дает организму никакой свободы выбора. Иная ситуация возникает, когда анализируются процессы восприятия раздражений, т.е. информация о внешней среде и выработка ответных реакций, которые обеспечивают гомеостаз конкретного живого организма. Восприятие и реакция уже не являются однозначно определенными, а зависят от качества рецепторов, способности распознавать сигналы и от множества других факторов, связанных с «информационной службой» организма, т.е. оценивается, по Шеннону, способность системы выделять сигнал на фоне помех.
В ходе развития памяти появлялись качественно новые ее формы, способные воспринимать, хранить и передавать новый тип информации, ранее не игравшей никакой роли в развитии живого. Так создавались книги, несущие через бездну лет сведения, изобретались магнитные виды памяти, цифровые и т.д.
Вместе с развитием памяти изменялись и способы использования информации. Ее значение и характер влияния на эволюционные процессы возрастают по мере усложнения организационных форм живого мира. Дальнейшее развитие материи и жизни требует более массивных объемов информации, все новых и новых непрерывно усложняющихся знаний. Эти особенности усложнения «алгоритмов развития» отчетливее проявляют себя по мере усложнения целей, механизмов отбора, структуры интеллекта и общественных форм жизни.
Обретя разум, человек приобрел вместе с ним не только новые возможности, но и новые трудности — трудности выбора способа действий. С одной стороны, вместе с интеллектом, он получил удивительную способность предвидеть результаты собственных действий и поступков, возможность создавать и использовать в собственных целях огромные массивы информации: они на много порядков выше тех, которые используют самые разумные животные. С другой стороны, эта информация раскрывает перед человеком сложную противоречивость окружающего мира, понимание которой приводит его в плен неопределенности.
Человеческий мозг, усваивая многообразную информацию, сам по себе не в состоянии полностью перерабатывать ее, т.е. извлекать из нее достаточно полную и ясную картину происходящих событий. Эта ограниченность индивидуального интеллекта определяется физико-химическими свойствами мозга и его морфологией. Она проявляется в том, что у человека появляется представление о множественности возможных продолжений, которое в сложных и чрезвычайных ситуациях мешает ему сделать однозначный выбор. Противоречие, состоящее в том, что человеческий мозг способен воспринимать значительно большую информацию, чем может ее переработать, т.е. непосредственно использовать, имеет далеко идущие последствия.
16.3.3.5. Две точки зрения на информацию
Существуют две точки зрения на информацию:
1. Принимает уровень живой природы за нижнюю границу естественных информационных явлений.
2. Относит информационные процессы и к неорганическим образованиям.
Согласно первой точке зрения, реальность информации в неживой природе допускается лишь в структурно-связанном, пассивном виде, т.е. неорганические системы не наделены свойством оценки и ответной реакции воздействия. Они не способны учитывать характер упорядоченности внешнего воздействия, интерпретировать поступающую последовательность сигналов и изменять соответствующим образом.
Но в природе нет рубежа, отмечающего начало информационных процессов. Природа в информационном отношении не рассечена на две несвязанные части. И в живой и в неживой природе оба вида информации не только неразрывны, но и диалектически взаимопредполагают друг друга. Тезис о пассивной информации в неживой природе доказывает лишь то, что у неорганических образований отсутствует высокоразвитая способность ее организационно использовать, как это делает, например, мозг человека. Одной из фундаментальных функций мозга является конструирование представлений об окружающей среде и соответствующих причинных взаимодействий внутри нее и использование этой информации для предсказания событий (подробно об этом рассказано в ТЕМЕ 20.8).
16.4. РОЛЬ СИНЕРГЕТИКИ В СТАНОВЛЕНИИ НОВОГО ПОНИМАНИЯ
Процессы, которые протекают в различных явлениях природы, можно разделить на два класса:
? процессы, протекающие в замкнутых системах и развивающиеся в направлении возрастания энтропии и установления равновесного состояния;
? процессы, протекающие в открытых системах, в которых в моменты неустойчивости могут возникать малые возмущения, флуктуации, приводящие к развитию новых самоорганизаций.
Хаос и случайность выступают в качестве активного начала. Самоорганизующейся системе нельзя навязать путь развития, установить жесткий контроль за ней.
Для синергетики неравновесность — это основание для установления упорядоченности. Если система пребывает в термодинамическом равновесии, то ее элементы игнорируют друг друга, т.е. ведут себя независимо друг от друга. Переход же в неравновесное состояние побуждает элементы устанавливать связь, корреляцию. Происходит «резонансное возбуждение» вступающих во взаимодействие объектов, которое, «разбудив» элементы и реализовав их возможности, не исчезает бесследно. Оно продолжает существовать в качестве центрального параметра диссипативной структуры, поразительное свойство которой — необычайная чувствительность.
Диссипативная структура — это структура, рассеивающая свою энергию. Рассеяние — переход энергии упорядоченных процессов, например, кинетической, в энергию неупорядоченных, например, теплоту (см. ТЕМУ 10.5). Флуктуации, т.е. изменения во внешней среде оказываются уже не «шумом», а генератором новых структур. Существование системы становится зависимым от внешних факторов. Неравновесное состояние выступает как естественное для всех явлений действительности.
Исходя из этих позиций, человечество представляет собой чрезвычайно сложную систему. А сложные системы обладают высокой чувствительностью к флуктуациям (возмущениям). Это вселяет одновременно и надежду и тревогу. Надежду — потому что даже малые флуктуации могут усиливаться и изменять всю структуру, а значит, индивидуальная активность не бессмысленна. Тревогу — потому, что наш мир, наверное, навсегда лишился стабильных законов.
16.4.1. Синергетика и трактовка единства мира в восточной философии
Данные синергетики таковы, что логически приводят специалистов к высказываниям о необходимости нового, нетрадиционного миропонимания, имеющего много общего с трактовкой единства мира в восточной философии, и в этой связи — новом понимании места человека в мире и новой стратегии науки в познании действительности.
Восточная философия, ее взгляды на мировое устройство и эволюцию носят целостный и логичный характер. Представители созданного в середине XIX в. в России умонастроения, названного впоследствии «русским космизмом» (см. ТЕМУ 1.3.2), отталкивались от восточных взглядов на мировую гармонию. Цельность восприятия мирового устройства на Востоке оказала влияние на развитие русской естественнонаучной мысли и послужила причиной глубокого взаимопроникновения научной и философской мысли в России.
Из диалога с природой, начатого наукой, рассматривающей природу как некий автомат, родился совершенно новый взгляд на исследование природы, в контексте которого содержится утверждение о том, что активное вопрошание природы есть неотъемлемая часть ее внутренней активности.
Древние китайцы мыслили синергетически. Оценка механизма резонансного возбуждения и его настройка на внешние факторы вызывает ассоциации с древнекитайским учением — даосизмом — и его мировоззренческой ориентацией на органическую целостность мира. Все связано со всем: каждый цветок, каждый камень — это элементы мировой гармонии.
Представления о цветке и камне в восточной философии как необходимых элементах мировой гармонии говорят о том, что неосторожное вмешательство в процессы даже второстепенной важности могут привести к нарушению гармонии мира. Эти представления (как паутина в лесу: в одном месте тронь — в другом отзовется) вполне уживаются с нашим осознанием причин кризисных и экологических явлений.
16.4.2. Синергетика и глобальный эволюционизм
Проблемы самоорганизации имеют существенное значение для понимания эволюции материи, развития живых систем и преобразования социальных. Синергетика представляет собой процесс усложнения, в результате которого образуются высокоупорядоченные структуры, качественно отличающиеся от исходных.
Учение об эволюции, созданное Ч. Дарвином, показывает, как постепенно под влиянием естественного отбора происходило совершенствование видов и возникновение новых. Разумеется, что новые организации представляют собой весьма совершенные самоорганизующиеся системы, которые значительно отличаются от самоорганизующейся системы неорганической природы. Поэтому возникает вопрос: нельзя ли разработать и обосновать такую концепцию эволюции, которая раскрывала бы механизм эволюции глобального, даже космического масштаба? Иными словами: можно ли представить все формы движения материи, весь материальный мир Вселенной?
16.4.2.1. Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи
Космология — это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем. Существует понимание космологии как физического учения о всей Вселенной в целом и в частности — о Метагалактике. Но такое понимание спорно, так как не включает вклада астрономии в учение о Вселенной, свойствах звезд, галактик, квазаров и других космических объектов.
Космология как наука об эволюции Вселенной — очень молодая наука. Несмотря на то, что космологические настроения явились ядром многих учений, начиная с древности, они все были лишь предысторией научной космологии.
В последние годы были предприняты попытки осуществления программы космологического эволюционизма с учетом новых данных космологии и физики. Эта концепция основана на так называемой модели Большого взрыва.
Современная наука дает возможность построить более или менее убедительно в своих основных чертах картину глобальной эволюции. Наиболее характерными особенностями этой эволюции являются:
1. Признание того, что она должна начинаться с простого состояния.
2. Последующее усложнение материальных систем.
3. Глобальная эволюция может осуществляться только в результате взаимодействия микро- и макроэволюции.
Выделяют несколько этапов развития космологических теорий.
1. Классическая космология (Ньютон, Кант, Ламберт, Шарлье и т.д.) давала модель иерархической структуры Вселенной в виде бесконечной последовательности систем все возрастающих масштабов.
Недостатки:
1) была плохо обоснована;
2) не учитывала уменьшения гравитационных сил с увеличением расстояния;
3) гравитационных сил недостаточно для удержания галактик и их скоплений;
4) галактики со временем должны распасться на отдельные элементы.
Было принято, что Метагалактика — самая большая космическая система, в которой концентрируются галактики. Сами же метагалактики распределены в пространстве равномерно и однородно на сколь угодно больших расстояниях.
2. Созданная А. Эйнштейном общая теория относительности связала тяготение с кривизной пространства-времени. Тяготеющие массы через гравитационное поле вызывают искривление пространства-времени, а уравнения Эйнштейна связывают кривизну пространства-времени с плотностью массы, импульсом, потоками масс и импульсов. На основе этих уравнений была разработана «статическая модель Вселенной».
3. Нестационарность Вселенной. Советский математик А.А. Фридман в 1922 г. нашел иное решение уравнений общей теории относительности. Вселенная не стационарна, и ее пространство обладает переменной во времени кривизной, одинаковой во всех малых
масштабах. Он вывел три следствия из предложенных решений:
? Вселенная и ее пространство расширяются со временем;
? Вселенная сжимается;
? во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.
4. В 1926 г. американский астроном Хаббл исследовал спектры далеких галактик и подтвердил вывод Фридмана о нестационарности Вселенной, в результате чего в космологии утвердилось мнение — модель расширяющейся Вселенной.
Согласно этой модели, считается, что расширению Вселенной предшествовал этап, когда материя в определенной ее части находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии. Ученые предполагают, что в таком состоянии она оставалась крайне простой структурой. Между частицами и связывающими их силами существовала симметрия. Таким образом, более двадцати миллиардов лет назад все вещество Вселенной находилось в точечном объеме с бесконечной плотностью. Как оно там оказалось? Модель не объясняет, но предполагается, что в результате гравитационного коллапса произошло разрушение всех атомных ядер, элементарных частиц и материя сжалась в точку с бесконечной массой и плотностью.
С этой точкой зрения не все физики согласны, например, академик В.Л. Гинсбург считает, что уравнения специальной теории относительности применимы лишь до масштабов 10-33 см.
Таким образом, необходима разработка квантовой теории гравитации, которая будет более точно описывать тяготение.
В качестве одного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной, в рамках которого удается решить большинство космологических проблем, современная космология рассматривает сценарий, включающий инфляционную стадию. Инфляция в переводе с латинского — вздутие. Инфляционная стадия предполагает процесс вздутия Вселенной. Основная идея инфляционной теории состоит в том, что и расширение Вселенной и весь последующий ход эволюционного развития рассматриваются из состояния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом. Однако в физическом смысле вакуум не есть пустота, в нем постоянно происходят процессы рождения и уничтожения всевозможных частиц, квантов, полей. В контексте инфляционной теории эволюция Вселенной представляется как синергетический самоорганизующийся процесс.
16.4.2.3. Модель Большого взрыва
Считается, что после того как 15 млрд. лет назад произошел Большой взрыв, началось постепенное охлаждение и расширение Вселенной. Причины Большого взрыва и перехода к расширению во всех моделях Вселенной считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой физической современной теории. Но если взрыв был, то дальше картина выглядит следующим образом (Силк Дж. Большой взрыв. М., 1982. С. 75-76, 79-217):
1. Через 10-43 с от начала расширения началось рождение частиц и античастиц.
2. Через 10-6 с — возникновение протонов и антипротонов и их аннигиляция. Количество протонов на одну стомиллионную часть (10-8 ) превышало количество антипротонов, в результате чего после аннигиляции возникло и сохранилось то вещество, из которого возникли все галактики, звезды и планеты. Если бы число протонов было бы равно числу антипротонов, то вещество полностью перешло бы в излучение и невозможно было бы наблюдение Космоса и Земли.
3. Через 1 с после начала расширения стали рождаться и аннигилировать электронно-позитронные пары.
4. Через 1 мин начались ядерный синтез и образование ядер дейтерия и гелия. На долю последних пришлось примерно 30% от массы оставшихся протонов. Образование более тяжелых элементов в рамках этой
теории объяснить не удалось, так как не хватило времени для их синтеза в процессе расширения. Эти элементы образуются в последующей эволюции звезд в результате термоядерных реакций в их недрах, а тяжелые элементы синтезируются при взрыве сверхновых и затем выбрасываются в космическое пространство, где они со временем концентрируются в газово-пылевые облака, из которых образуются звезды второго поколения типа Солнца и планеты вокруг них.
Через 300 тыс. лет после Большого взрыва произошло отделение излучения от вещества, Вселенная стала прозрачной, в последующие миллиарды лет стали формироваться галактики, первичные звезды в шаровых скоплениях и звезды второго поколения в спиральных рукавах галактик.
В современной космологии происходит борьба идей. В модели Большого взрыва всей материи неясны причины взрыва, а выделившаяся при этом энергия не может быть объяснена никакими законами физики. Все, что не запрещено законами природы может быть где-нибудь, когда-нибудь реализовано, если это законы объективного мира. Но следует различать объективные законы природы и теоретическое выражение этих законов в науке. Последние всегда являются приближением к первым, поэтому далеко не всякая теоретическая модель может иметь объективный аналог в природе.
16.4.2.4. Различные ветви эволюции
Переход к вещественным структурам начинается при температуре порядка 4000 К. При охлаждении до 3000 К протоны захватывают свободные электроны, в результате чего образуются ядра легких элементов. Дальнейшее охлаждение вело к образованию молекул.
Таким образом, эта ветвь эволюции связана с микропроцессами и привела к образованию элементарных частиц, атомов, молекул и т.п.
Другая ветвь эволюции охватывает микропроцессы, начиная от возникновения кристаллов, минералов и заканчивая появлением звезд, звездных скоплений, галактик и супергалактик. Этот процесс начался через 700 тыс. лет после Большого взрыва. Усложнение материи на всех этапах эволюции сопровождалось разрушением прежних симметрии между основными физическими взаимодействиями. Сначала сильное взаимодействие в пределах атомных ядер и появления атомов. Затем значительную роль получают электромагнитные силы, которые способствуют появлению большинства физических макромолекул. И, наконец, с появлением больших космических тел на первый план выходят гравитационные силы.
Рассмотренная выше модель не является абсолютной. Уже сейчас выдвигаются альтернативные подходы, например, модель пульсирующей Вселенной, в которой периодически появляются этапы «сбегания» и «разбегания» материи.
Дальнейшая эволюция Вселенной в различных моделях рисуется неоднозначно. Все эти модели представляют собой идеализации, основанные на определенных постулатах. Так как мы ничего не знаем о поведении Вселенной за пределами нашего ближайшего окружения с радиусом 108 световых лет, то, очевидно, что никакая модель не может определить точно момент времени, когда началось расширение Вселенной. Мы можем только грубо оценить, что длительность расширения ближайшей к нам области может быть порядка 109 —1010 лет.
16.4.2.5. Самоорганизация материи на Земле
Земля возникла 4,6 млрд лет назад, а жизнь на ней — около 3—3,5 млрд лет назад. Можно предположить, что на Земле самоорганизация материи происходила в специфических условиях: восстановительная атмосфера, перепады температур, солнечная радиация, атмосферное электричество, вулканическая деятельность, которые послужили основанием для дальнейшего органического синтеза. Эти условия явились базой для такого сочетания молекул, при котором возникли первичные сахара, аминокислоты, азотистые образования. В процессе дальнейшего развития вероятностный процесс приобрел не только черты селекции, учитывающей преимущества направленных физико-химических процессов, но и выгодность информационных механизмов.
Следующая фаза связана с селекцией информационных молекул, контролирующих управление химическими реакциями и самовоспроизведением. Становление подлинно живых систем окончательно завершилось в рамках популяций, видов. В пределах этих форм организации живого окончательно и в полной мере реализовались основные факторы эволюции. Изменчивость генотипов, т.е. информационных систем оказалась опосредованной и зависящей от сложных взаимоотношений в биотических сообществах.
Идея о самодвижении материи, возникновении материального мира или космоса из первоначального хаоса встречается в древнейших учениях Востока. На Западе эта идея ясно прослеживается в архаических мифах и ранней греческой философии.
«Мир, единый из всего, не создан никем из богов, и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим», — высказывание, принадлежащее Гераклиту Эфесскому, жившему много веков назад.
Именно на идее саморазвития не только живой, но и неживой материи основывается принцип глобального эволюционизма, т.е. развития в глобальных масштабах, в размерах всей Вселенной. В рамках этой идеи и строятся модели развития Метагалактики, в том числе постоянно развивается и дополняется описанная выше теория Большого взрыва.
В прошлом не раз выдвигались модели Вселенной, основанные на некоторых уравнениях теории тяготения, общей теории относительности и ряде дополнительных постулатов. Эти модели считались достаточными для характеристики всей Вселенной. Она считалась то статичной, то расширяющейся в неограниченный вакуум, то пульсирующей. Однако этих моделей недостаточно, все они будут идеализацией, отнюдь не тождественной реальности. Для познания Вселенной необходимо раскрытие природы гравитации, разработка единой теории материи, синтез космологии и физики микромира, а также много других дисциплин.
16.5. РАЗВИТИЕ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ КАК СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
1. Изображая единые механизмы структурогенеза, синергетика оказывается общественной естественнонаучной теорией становления и развития материальных структур.
2. В сложных саморазвивающихся системах часто происходят процессы, приводящие к различным результатам. Прежде всего в системе могут возникнуть качественно новые структуры, наблюдается расширение структуризации (когда она охватывает все большее число компонентов), а нередко и ее углубление (когда отношения становятся четкими, строгими, формализованными).
3. Проблема механизмов творческого мышления превратилась ныне в актуальную проблему математического и технического моделирования. И хотя творчество полностью не может быть формализуемо, программы в области создания искусственного интеллекта, особенно в части автоматического образования гипотез, существенно продвинули нас в понимании природы творческих актов, механизмов эволюции человеческого познания.
4. Эволюция теоретического знания, выдвижение новых научных гипотез, сформулированных в рамках имеющихся теорий или знаменующих переход к новой теории, — процесс, который не является полностью рациональным во всех его звеньях, так как:
а) значительная часть его протекает в области под сознательного;
б) включает случайные шаги.
Присутствие элементов случайности в творческом процессе, мышлении не исключает применения научных методов, не обесценивает их, а лишь заставляет систематически использовать случайность для управления этим процессом.
5. Представление о конструктивной роли случайности в эволюции научного знания, особенно на этапах перехода от одних научных парадигм к другим, хорошо согласуется с динамикой самоорганизующихся систем, что привело к пониманию общих механизмов спонтанного образования высокоупорядоченных структур из менее упорядоченных.
6. Самоорганизация сложных систем в ходе их адаптации к внешней и внутренней среде осуществлялась методом случайных проб и детерминированного отбора:
? в биологической эволюции — путем мутаций и естественного отбора по критериям приспособленности;
? в технике — методом проб и искусственного отбора по критериям эффективности;
? в науке — методом выдвижения гипотез и отбора по критериям истинности.
Конечно, выдвижение гипотез не является продуктом чисто случайной комбинации идей. Новая гипотеза не должна противоречить известным фактам, а определенный круг фактов должен следовать из нее. Она также не должна противоречить проверенным практикой теоретическим положениям. Но новая теория не выводима из старой и новых фактов. Она не осуществляет функции, которые позволяли бы старым теориям однозначно предсказывать содержание новой теории. Будущее науки в принципе непредсказуемо.
16.6. СИНЕРГЕТИКА И СОЦИАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ
Самоорганизация материи, ведущая к становлению жизни и ее дальнейшему развитию, является сложным экологическим процессом. Вначале он связан с комплексом неотделимых от внешней среды химических реакций и физических взаимодействий. Затем синергетика включает в себя и взаимосвязанные и взаимозависимые этапы детерминации, т.е. возникновения качественного своеобразия частей развивающегося организма, а также этапы регуляции и управления, которые приводят к самодетерминации развивающихся систем.
Особенно существенны эти тенденции в социальном развитии. Оптимизация социального развития требует разумного сочетания планово-централистских и экономических взглядов. Именно экономические методы, базирующиеся на рыночных механизмах спроса и предложения, позволяют ввести элемент самоорганизации в развитие экономики и блокировать тенденции жестких, однозначно-определенных субъективных распоряжений. В политическом смысле синергетика связана с демократизацией принятия и осуществления решений и плюрализмом мнений (гласностью). В процессе самоуправления должно происходить широкое привлечение масс.
16.7. СИНЕРГЕТИКА И СОВРЕМЕННОЕ ВИДЕНИЕ МИРА
Что касается современного видения мира, то интересно отметить, что космология теперь рассматривает все мироздание как беспорядочную среду, в которой выкристаллизовывается порядок. Новейшие исследования показали, что на каждый миллиард тепловых фотонов, пребывающих в беспорядке, приходится, по крайней мере, одна элементарная частица, способная стимулировать в данном множестве фотонов переход к упорядоченной структуре. Так, порядок и беспорядок сосуществуют как два аспекта единого целого и дают нам различное видение мира.
В настоящее время широкое распространение получили представления о становлении порядка через хаос, о бифуркационных изменениях, неустойчивости как фундаментальной характеристики эволюционных процессов. Понятие «нестабильность» стало играть огромную роль в контексте синергетического мировоззрения. Понятие нестабильности позволило ввести в поле зрения естествознания человеческую деятельность, дав, таким образом, возможность более полно включать человека в природу.
Введение нестабильности в картину современного мироздания стало возможным благодаря сочетанию ряда научных экспериментальных и теоретических открытий:
1. Открытие неравновесных структур, которые возникают как результат необратимых процессов и в которых системные связи устанавливаются сами собой.
2. Вытекающая из открытия неравновесных структур идея конструктивной роли времени.
3. Появление новых идей относительно динамических, нестабильных систем.
4. Открытия в области элементарных частиц, продемонстрировавшие фундаментальную нестабильность материи.
5. Космологические открытия, констатирующие, что мироздание имеет историю.
Все вышеперечисленное приводит к тому, что наше восприятие становится двойственным, дуалистическим и стержневым моментом в таком восприятии становится представление о неравновесности, открывшей возможности для возникновения уникальных событий, так как спектр возможных способов существования объектов в этом случае значительно расширяется.
Лишь в неравновесной системе могут иметь место уникальные события и флуктуации, способствующие этим событиям, а также происходит расширение масштабов системы, ее чувствительности к внешнему миру и, наконец, возникает историческая перспектива, т.е. возможность появления других, более совершенных форм организации.
Окружающая нас среда, климат, экология, наша нервная система могут быть лучше поняты в свете описанных представлений, учитывающих как стабильность, так и нестабильность. Однако признание нестабильности не означает, что окружающий нас мир не поддается научному изучению. Оно является как бы приглашением к новым теоретическим и экспериментальным исследованиям, принимающим в расчет специфический характер этого мира. Человечество не может полностью контролировать окружающий мир нестабильных объектов и феноменов, как не может полностью контролировать и социальные процессы.
Однако в этом мире, основанном на нестабильности и созидательности, человечество опять становится в центре законов мироздания. Многовариантное видение мира, положенное в основание науки, раскрывает перед человечеством возможность выбора, означающего определенную этическую ответственность.
Все вышеперечисленные моменты являются частью теории самоорганизации — синергетики, рассмотрением которой и заканчивается этот раздел. Применительно к проблемам мировидения, нестабильности, можно сформулировать следующие положения синергетики: 1. Становится очевидным, что сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути развития. Скорее необходимо понять, как способствовать их собственным тенденциям развития и выводить системы на эти пути. Важно в наиболее общем плане понять законы совместной жизни природы и человечества, их коэволюции (совместной эволюции). Проблема управлявмого развития приобретает форму проблемы самоуправляемого развития.
2. Синергетика демонстрирует нам, каким образом и почему хаос может выступать в качестве созидающего начала, конструктивного механизма эволюции, как из хаоса собственными силами может развиваться новая организация. В соответствующие моменты — моменты неустойчивости — малые возмущения (флуктуации) могут разрастаться в макроструктуры. Из этого следует, как уже отмечалось, что действия отдельного человека не бесплодны, они не всегда полностью растворены, нивелированы в социальном развитии общества. В особых состояниях неустойчивости социальной среды действия каждого отдельного человека могут влиять на макросоциальные процессы. Отсюда вытекает необходимость осознания каждым человеком того огромного труда ответственности за судьбу всей социальной системы, всего общества.
3. Для сложных систем, как правило, существует несколько альтернативных путей развития. Неединственность эволюционного пути, отсутствие жесткой предопределенности сужают основу для пессимистических настроений. Хотя путей эволюции (целей развития) много, в точках разветвления, называемых точками бифуркации, на определенных стадиях эволюции проявляется некая предопределенность развертывания процессов. Настоящее системы определяется не только прошлым, ее историей, но и строится, формируется из будущего в соответствии с грядущим порядком. Что же касается человека, то именно явные, осознанные и скрытые, подсознательные установки определяют его поведение сегодня.
4. Синергетика открывает новые принципы суперпозиции (см. ТЕМУ 8.2), принципы сборки сложного эволюционного целого из частей, принципы построения сложных развивающихся структур из простых. Объединение структур не сводится к их простому сложению: имеет место перекрытие областей локализации структур с дефектом энергии. Целое уже не равно сумме частей, но оно не больше и не меньше суммы частей: оно качественно иное (см. ТЕМУ 5.5.2). Проявляется и новый принцип согласования частей в целом: происходит установление общего темпа развития входящих в целое частей (например, сосуществование структур разного возраста в одном темпомире).
5. Синергетика дает знания о том, как надлежащим образом оперировать и эффективно управлять сложными системами. Оказывается, главное — не сила, а правильная топографическая конфигурация, архитектура воздействия на сложную систему или среду. Малые, но правильно организованные — резонансные — воздействия на сложные системы чрезвычайно эффективны.
6. Синергетика раскрывает закономерности и условия протекания быстрых лавинных процессов и процессов нелинейного, самостимулирующего роста. Важно понять, как можно стимулировать такого рода процессы в открытых нелинейных средах, например, в среде экономической, и какие существуют требования, позволяющие избежать вероятностного распада сложных структур вблизи моментов максимального развития.
ТЕМА 17. УЧЕНИЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ И НООСФЕРЕ
Несмотря на появление представлений о единстве Природы и Человека и их взаимообусловленности, мир неживой материи, живого вещества и мир человека и общества, им созданного, в XIX в. еще не были взаимосвязаны в сознании ученых. Научные дисциплины в этих трех сферах жили еще долгое время самостоятельной жизнью, а эмпирического материала было недостаточно, чтобы воспроизвести единую цельную картину мира. Таким связующим звеном стало учение о биосфере и ноосфере, которое начал формировать Владимир Иванович Вернадский в начале XX в. Он был одним из первых, кто понял, что весь лик Земли, ее ландшафты, структура атмосферы — все это является порождением жизни.
17.1. СУДЬБА НАУЧНЫХ ИДЕЙ В.И. ВЕРНАДСКОГО
Судьбы великих открытий складываются по-разному, по-разному складываются и судьбы великих идей. К одним признание приходит сразу. Это открытия, выношенные научной мыслью, рождение которых приветствуется научным обществом. Это счастливая судьба открытий, завершающих долгий, полный исканий и заблуждений путь, авторы которых еще при жизни бывают вознаграждены признанием благодарных современников. Таким путем пришли открытия периодического закона Д.И. Менделеевом, механизма эволюции — Ч. Дарвином, а в наше время — это двойная спираль и расшифровка генетического кода.
Иная судьба у идей, опережающих свое время, когда современники просто не понимают, не могут оценить их значение, если вовсе не отвергают. К авторам таких идей признание приходит посмертно, но со временем неуклонно возрастает осознание их величины. Судьба научных идей В.И. Вернадского относится к такого рода идеям. Можно возразить, что еще при жизни труды академика пользовались заслуженным признанием, но это не относится к главным обобщениям его жизни — представлениям о биосфере и ноосфере. Биосферу не отвергал никто, идея ноосферы пользовалась меньшим признанием и была предметом дискуссий, но вряд ли можно оспаривать тот факт, что лишь во второй половине нашего века, уже за пределами жизни автора, вся глубина и значение главных идей В.И. Вернадского только начинает осознаваться обществом.
17.1.1. Учение В.И. Вернадского
Владимир Иванович Вернадский занимает особое место среди выдающих представителей естествознания на рубеже XIX—XX вв. Естествоиспытатель, мыслитель, ученый-энциклопедист, академик заложил важнейшие основы новой естественнонаучной картины мира, показал закономерности естественноисторического развития как грандиозного космопланетарного процесса. Современное естественнонаучное мышление, как уже отмечалось, только начинает постигать значение нарисованной им величественной картины мироздания.
В.И. Вернадский родился в 1863 г. После окончания университета занялся минералогией и геохимией — проблемой изучения роли живого вещества в эволюции земной оболочки и биосферы. В 1890 г. он подытожил свою работу и развернул широкую программу эволюции биосферы с момента ее возникновения до настоящего момента.
В основе картины развития Земли как космического тела он ограничился констатацией факта, что жизнь на ней возникла, не занимаясь изучением КАК? Он предположил, что жизнь на Земле имеет довольно древнее происхождение. Сегодня учеными доказано, что жизнь на Земле существовала 3,8 млрд лет назад. То есть возникновение Земли как космического тела 4,5 млрд лет назад и появление на ней жизни по космическим масштабам произошли практически одновременно.
В.И. Вернадский первым сказал, что жизнь — есть явление космическое, и начал исследовать ее влияние на развитие планеты. Жизнь — это катализатор процесса развития. Он изложил историю развития биосферы и всей внешней оболочки земли, реконструкцию этого процесса. Пленка жизни, возникшая на поверхности планеты, многократно ускоряла процессы ее эволюции за счет способности поглощать и использовать энергию космоса, солнца и трансформировать с ее помощью земное вещество.
17.1.2. Значение идей В.И. Вернадского
В.И. Вернадский, будучи истинным энциклопедистом, пользовался признанием как кристаллограф, минералог, геохимик, историк науки, создатель биохимии. Во второй половине века после выхода человека в космос человечество стало реально осознавать единство и единственность жизни на Земле, что и составляет суть учения о биосфере. И не только осознало, но и получило эффективный инструмент непосредственного изучения динамики жизненных процессов в планетарном масштабе. Этому немало способствовало развитие заложенных В.И. Вернадским дисциплин — геохимии и биогеохимии, а также общей экологии.
Выбор общественной стратегии взаимодействия человека с биосферой, формулирующейся сейчас как «модель устойчивого развития», — это и есть ноосфера В.И. Вернадского (см. ТЕМУ 18.7).
В философско-методологическом плане идеи В.И. Вернадского имеют большое значение для соотнесения с естественнонаучными представлениями ряда принципов материалистической диалектики. Весьма существенны многие аспекты вскрытого им взаимодействия живого и косного вещества. Обобщающие идеи В.И. Вернадского очень важны для анализа соотношения и взаимодействия различных форм движения материи.
Идеям В.И. Вернадского предстоит сыграть ключевую, все возрастающую роль в формировании мировоззрения современного человека, понимании им своего места в природе, прямой ответственности за будущее биосферы, воспитании новой экологической морали и этики. Учение В.И. Вернадского будет необходимо для непосредственного действия, и прежде всего для разработки научных основ устойчивого развития человечества в биосфере.
Наследие В.И. Вернадского сохраняет значение и для разработок в устоявшихся областях фундаментальной науки. Современные исследования вскрывают новые стороны введенных В.И. Вернадским представлений о взаимодействии живого и косного вещества. Выявление планетарной функции живого вещества закономерным образом подводит В.И. Вернадского также к осмыслению космических функций живой материи.
Таким образом, научное творчество В.И. Вернадского и созданная им научно-исследовательская программа многопланова и является «взрывом научного мышления XX столетия».
17.2. БИОСФЕРА КАК ЖИВАЯ САМОРЕГУЛИРУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА
Биосфера — вместилище жизни, сложная, целостная система, динамическое равновесие которой проявляется множеством параметров. Само слово «биосфера» произошло от слов «био» и «сфера» — это область активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы и гидросферу.
В биосфере живые организмы (живое вещество) и среда их обитания органически связаны между собой и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. В.И. Вернадский писал: «Биосфера — это среда нашей жизни, это та «природа», которая нас окружает, о которой мы говорим в разговорном языке. Человек прежде всего своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы. он жил в городе или в уединенном домике». «Человек ... как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы... составляет определенную закономерность строения биосферы».
Биосфера, или биомасса Земли, — это совокупность всех живых существ в природе, которая имеет свои границы. Верхний предел биосферы ограничен сильнейшим солнечным и космическим излучением, поражающим все живое. Нижний предел — высокими температурами недр Земли.
17.2.1. Возникновение учения о биосфере
Возникновение учения о биосфере обычно связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж.Б. Ламарка, который ввел термин «биология». Однако определение биосферы как особой оболочки Земли и само ее название было предложено австралийским геологом Э. Зюсом. Именно Э. Зюсом в 1875 г. был введен термин «биосфера». Однако подробного освещения существа и роли биосферы мы у Зюса не находим. Ж.Б. Ламарк значительно раньше и глубже подошел к анализу взаимоотношений организмов со средой их обитания и гибели, что непосредственно предшествовало современному пониманию биосферы.
Более глубоко и широко биосфера представлена в трудах В.И. Вернадского. Его учение о биосфере как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетного масштаба, появилось в 1926 г. Теория биосферы, разработанная В.И. Вернадским, оказывается необходимой естественнонаучной предпосылкой для создания теоретических основ экологии человека и, кроме того, важнейшим средством стратегии и тактики научных исследований по проблеме экологии человека и различным аспектам преобразования окружающей среды.
17.2.2. Основные идеи В.И. Вернадского по проблемам биосферы
Основные идеи В.И. Вернадского по проблемам биосферы сложились в начале нынешнего столетия. В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой — взаимодействие живого и косного веществ. Он писал, что живые организмы являются функциями биосферы и тесным образом материально и энергетически с ней связаны. Сама биосфера является продуктом длительного спонтанного развития нашей планеты. Солнечная космическая энергия через растительный мир, почвенно-растительные системы служит источником зарождения, питания и существования всего живого на Земле. В свою очередь, живое вещество, завоевав планету, глубоко изменило ее, проявило себя могучим трансформирующим фактором.
Главной особенностью биосферы ученый считал биогенную миграцию атомов химических соединений, вызываемую лучистой энергией Солнца и проявляющуюся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов. Эта биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:
1. Стремится к максимальному проявлению — возникает «всюдность» жизни;
2. Приводит к выживанию организмов, увеличивающих биологическую миграцию атомов.
Биосферу мы можем рассматривать как область земной коры, занятую трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию — электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.
17.2.3. Составные части биосферы
Биосфера — это сложная по составу, строению и организованности оболочка. Она включает в себя:
? живые организмы;
? биогенное вещество (уголь, нефть, известняки и др.). Огромные запасы топливных ископаемых в виде газа, нефти, угля являются материалами органического характера — продуктами прошлых стадий развития биосферы;
? косное вещество (в его образовании живое не участвует);
? биокосное вещество (создается с помощью живых организмов);
? вещество космического происхождения. Биосфера включает в себя все живые организмы,
находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли и обитающие в атмосфере, гидросфере и литосфере. Она представляет собой открытую систему, через которую проходит поток энергии от Солнца. Живые организмы аккумулируют солнечную энергию, превращают ее в химическую и создают все многообразие жизни.
Продукты жизнедеятельности живых систем относятся к весьма подвижным веществам, которые перемещаются в пространстве далеко за пределами обитания организмов, поэтому естественно, что распределение живых организмов в пространстве более ограничено, чем вся биосфера в целом.
Биосфера в главных своих чертах может быть охарактеризована по отдельным оболочкам, которые она охватывает. Рассмотрим каждую их них.
17.2.3.1. Атмосфера как составная часть биосферы
Атмосфера — наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим пространством. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы — водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.
Одним из важнейших компонентов атмосферы является изотоп кислорода — озон (03 ). Его образование и разложение связано с поглощением ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно для живых организмов (вспомним стерилизацию живых организмов кварцем). Озон поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на атомарный и молекулярный кислород. Основное количество озона располагается на высоте 20—25 км, там его концентрация максимальна. Озоновый слой является «экраном» от ультрафиолетового излучения и играет исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле.
17.2.3.2. Гидросфера — водная оболочка Земли
Вследствие высокой подвижности воды гидросфера проникает повсеместно в различные природные образования. Она находится в виде паров и облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, существует в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов, покрывает в виде мощных ледяных панцирей полярные участки Земли. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать как естественные растворы разной степени концентрации.
Гидросфера находится в тесной связи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которые она входит как отдельный компонент.
17.2.3.3. Литосфера — поверхность твердого тела Земли
Литосфера — это земная кора, наиболее неоднородная оболочка Земли. Горные системы чередуются обширными равнинами на материках. В свою очередь, все материки — это приподнятые над уровнем моря участки земной коры.
Земная кора состоит из различных минеральных ассоциаций в виде осадочных, изверженных и метафорических горных пород различных форм залегания. В настоящее время под земной корой принято понимать верхний слой твердого тела Земли, расположенный выше сейсмической границы. Эта граница проходит на разных уровнях, на разных глубинах и отличается резким скачком сейсмических волн, возникающих при землетрясениях.
В.И. Вернадский выделил дисимметрию планеты. Если разделить земной шар по Тихоокеанскому побережью (краевым частям Восточной Азии, запада Северной и Южной Америки), то он будет состоять из двух полушарий:
? континентального, где сосредоточены все материки совместно с Атлантическим и Индийским океанами;
? океанического, которое займет площадь всего Тихого океана.
Такой характер планетарного рельефа нашей планеты имеет глубокие корни. Прежде всего он связан со строением и составом земной коры в пределах континентального и океанического полушарий. Континентальная часть земной коры в течение длительное геологической истории находилась в ту или иную эпоху в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных горных пород и сосредоточенных в них месторождений полезных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, кремнистых и карбонатных пород, связанных в прошлом с жизнедеятельностью организмов. Поэтому континентальная земная кора имела и имеет прямое и косвенное отношение к биосфере Земли.
Таким образом, установить границы биосферы во времена В.И. Вернадского было невозможно. Да и сейчас, когда уже получены научные данные о существовании жизни во всей толще вод мирового океана, а также исследованы на «заселенность» многие области Земли с экстремальными условиями, границы биосферы все еще определяются приближенно.
17.2.4. Биосфера как саморегулирующаяся система
Биосфера — это саморегулирующаяся система, в которой все живые организмы связаны между собой. Эта система формировалась сотни тысяч лет и имела три этапа развития:
1. Нижний палеолит, во времена которого происходило основное формирование биомассы планеты, — верхний палеолит.
2. От верхнего палеолита до начала нашего тысячелетия. Это время, когда вмешательство человека, считающего себя высшим существом, привело к первому крупнейшему экологическому кризису, повлекшему за собой вымирание многих видов крупных животных.
3. Развитие НТП и нерациональное природопользование. Он продолжается до наших дней.
Биосфера существовала до появления человека и может существовать без него, но человек без биосферы существовать не может. Это аксиома. Независимо от человека биосфера сложилась как саморазвивающаяся и саморегулирующаяся система, как механизм, использующий энергетический порядок, идущий из Космоса и перераспределяющий энергию внутри геофизической, биологической, геохимической оболочек на планете и характеризующийся определенной биологической продукцией. Саморегуляция этого процесса была стихийной, но эффективной и направленной. Биосфера развивалась вместе с усложнением форм жизни, с накоплением органического вещества, живой биомассы, корневых систем и т.д.
Однако человек с момента своего появления вмешивается в процессы самоуправляющейся, саморегулирующейся природной системы и воздействует на нее. В.И. Вернадский одним из первых заметил, что человечество вступило в новую эпоху, когда, познав законы природы, оно проявляет себя как сила, способная сознательно управлять процессами в биосфере.
Сравнение космических «ровесниц» — Земли и Луны наглядно демонстрирует эффективность живого вещества как катализатора мирового процесса развития.
17.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОСНОГО И ЖИВОГО ВЕЩЕСТВ
Живое вещество есть совокупность всех организмов Земли, находящихся на ней в данный период времени. В целом эта совокупность играет большую роль, хотя, если говорить о воздействии человека на планетные процессы, то роль отдельной личности может быть ничтожной.
Живое вещество на Земле можно рассматривать как совокупность средних живых организмов, относящихся ко всем различным группам. Каждая из таких групп состоит из однородного живого вещества. Живое вещество существует только в биосфере. Как уже отмечалось, биосфера включает в себя тропосферу, океаны и тонкую пленку в континентальной области, уходящую на глубину не менее чем на 3 км. Человек стремится увеличить размеры биосферы.
Биосферу обычно определяют как область жизни. Но ее можно (и, вероятно, даже более точно), рассматривать как оболочку, в которой происходят изменения, вызванные попадающим на Землю солнечным излучением.
В.И. Вернадский указывал на необратимость процессов жизни, увеличение ее свободной энергии и выраженной дисимметрии в строении живого вещества: «Ди-симметрия выражена как особым характером симметрии пространства, занятого живым веществом, так и особенно явным несоответствием, скорее неравенством, — между «правым» и «левым» характером явлений (например, обобщения Пастера)». Развивая дальше понятие о принципиальном значении явления дисимметрии, В.И. Вернадский пишет: «Необходимо подчеркнуть основной вывод: явления жизни позволяют здесь идти в изучении пространства и Космоса так далеко, как это пока невозможно никаким другим путем. В этом проявляется космичность жизни. Это явно видел Пастер».
Итак, В.И. Вернадским осуществлен первый шаг в изменении современной научной картины Вселенной, который характеризуется:
? введением живого вещества;
? определением его как явления планетарного или космического.
17.3.2. Косное и живое вещества
Вещество, составляющее биосферу, существенно неоднородно. Поэтому различают косное и живое вещества. Косное вещество преобладает по массе и объему. Происходит непрерывная миграция атомов косного вещества биосферы в живое и обратно. Все исследуемые объекты в биосфере следует называть естественными телами биосферы. А среди них можно различать тела живые, а также косные или биокосные, как, например, почва или озерная вода.
В.И. Вернадский подчеркивал принципиальное значение связей живого и косного вещества, фундаментальный характер биологического единства земных естествен-ноприродных процессов: «Между косным и живым веществом есть непрерывная, никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом. Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, размножении и т.п.». В этом постоянном обмене, рассматривая взаимодействие живого и косного вещества в космопланетарном аспекте, В.И. Вернадский выделил несколько основополагающих свойств, среди которых — два биохимических принципа:
1. Геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению.
2. При эволюции видов выживают те организмы, которые своей жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию.
Важная сторона естественнонаучных обобщений, сделанных В.И. Вернадским, состояла в том, что он постоянно поддерживал космические, «вселенские» аспекты процессов и явлений, происходящих в живом веществе. Перечисляя планетарные свойства жизни, В.И. Вернадский, наряду с первым и вторым биохимическими принципами, указывал также, что «живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей». Обмен этот проявляется, в частности, в том, что живое вещество «создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца».
17.3.2.1. Круговорот органического вещества
Основой биосферы является круговорот органического вещества, осуществляющийся при участии всех населяющих ее организмов. В закономерностях биотического круговорота решена проблема длительного существования и развития жизни. На Земле запасы доступных минеральных элементов, необходимых для осуществления жизненных функций, не могут быть бесконечными. Если бы они только употреблялись, жизнь рано или поздно должна была бы закончиться. Именно для жизнедеятельности образовался круговорот органического вещества.
Каждый вид организмов представляет собой звено в биотическом круговороте. Используя в качестве средств существования тела или продукты распада одних организмов, он должен отдавать в среду то, что могут использовать другие. С их помощью осуществляется естественная саморегуляция биосферы, любая форма жизни неизменно будет включаться в биотический круговорот. При этом можно выделить два свойства микроорганизмов, позволяющих им играть столь важную роль:
1. Возможность быстро приспосабливаться к различным условиям среды.
2. Способность использовать в качестве источника углерода и энергии самые различные тела.
Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ:
1. Большой, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы.
2. Малый, или биологический, круговорот.
Оба круговорота взаимосвязаны и представляют единый процесс. Биологический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.
Растительные организмы, животные и бактерии используют для построения своих тканей многие элементы, такие как, например, водород, кислород, азот, фосфор, серу, кальций, калий, магний и многие другие. Используются также и микроэлементы.
Биотический круговорот веществ, являющийся замкнутой системой, в упрощенном виде выглядит так: зеленые растения используют солнечную энергию, создают первичную продукцию живого вещества, потребляют углекислоту и выделяют кислород. Животные поедают растения, потребляют кислород и выделяют углерод. Мертвые растения и животные перерабатываются насекомыми, простейшими, грибами, которые разрушают их, превращая в минеральные или простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями и т.д. Непрерывность и замкнутость этого процесса обеспечиваются распадом и разложением конечных продуктов.
Гумус, образующийся в почве под влиянием микроорганизмов, представляет собой сложный комплекс соединений, обладающий значительным запасом энергии. Разложение гумуса с отдачей энергии происходит очень медленно, что и определяет его значение как основы почвенного плодородия, обеспечивающего растения элементами минерального питания.
В биотический круговорот вовлекается гигантское количество воды. Испарение воды наземными частями растений создает силу, способствующую подъему из почвы по сосудам почвенного раствора, обеспечивающего растения как водой, так и минеральными солями. Извлекаемая из почвы вода в парообразном состоянии попадает в атмосферу, затем, охлаждаясь, конденсируется и вновь в виде осадков возвращается почву или океан. Геологический круговорот воды выполняет основную механическую работу, осуществляя перераспределение, накопление твердых осадков на суше и дне водоемов, а также в процессах механического разрушения почв и горных пород.
Воздушные массы биосферы в результате их неравномерного нагревания определяют климат и осуществляют процессы выветривания. Кислород атмосферы накоплен в результате деятельности растений. У верхней границы тропосферы под влиянием космических излучений из кислорода образуется озон, предохраняющий жизнь на Земле от действия ультрафиолетовых волн. Озоновый слой — тоже результат деятельности живого вещества, т.е. сама жизнь защищает себя от смерти.
17.3.2.2. Формирование и эволюция биосферы
Формирование биосферы началось с появления живых организмов. Жизнь на Земле возникла задолго до образования кислородной атмосферы. Вероятно, первые организмы появились в воде, где жизнь была лучше защищена от ультрафиолетового излучения, пока не образовался озоновый слой. Атмосфера с высоким содержанием кислорода сформировалась 500—600 млн лет назад, когда окончательно сложился современный биотический круговорот веществ.
Эволюция биосферы приводила к усложнению ее структуры в результате появления многоклеточных организмов и развития различных групп растений и животных. Каждый шаг в эволюции жизни определял и развитие биосферы.
Менялось количество живого вещества биосферы, общая биомасса. И эти изменения определялись не скоростью разложения организмов, а их видовым разнообразием.
В определенные периоды сбалансированность биотического круговорота веществ нарушалась: из круговоротов «выводились» излишки, которые откладывались в виде нефти, каменного угля, газа, известняков и других минералов органического происхождения. Эти отложенные в прошлом «излишки» не засоряли биосферу и не оказывали вредного влияния на течение самого эволюционного процесса.
Стабильность постоянного режима биотического круговорота сложилась на основе высокого видового разнообразия живых организмов, для каждого из которых характерны специфическое взаимоотношение со средой и своя роль в трансформации энергии и переносе веществ. Нельзя недооценивать вклад живых организмов в энергетику биосферы. Биогеохимическая энергия может быть выражена скоростью заселения биосферы данным видом организмов. Для некоторых бактерий скорость заселения, ограниченная скоростью деления цепочки клеток, приближается к скорости звука и соответствует тенденции мгновенному потенциальному заселению всей поверхности Земли этим живым организмом.
17.4. МНОГООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ— ОСНОВА ОРГАНИЗАЦИИ И УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ
Огромное видовое разнообразие живых организмов обеспечивает постоянный режим биотического круговорота. Каждый из организмов вступает в специфические взаимоотношения со средой и играет свою роль в трансформации энергии. Это сформировало определенные природные комплексы, имеющие свою специфику в зависимости от условий среды в той или иной части биосферы. Живые организмы населяют биосферу и входят в тот или иной биоценоз — пространственно ограниченные части биосферы — не в любом сочетании, а образуют определенные сообщества из видов, приспособленных к совместному обитанию. Такие сообщества называются биоценозами.
Особой сложностью отличаются отношения между хищником и жертвой. С одной стороны, хищники, уничтожая домашних животных, подлежат истреблению. С другой — хищники необходимы для поддержания экологического равновесия («Волки — санитары леса»).
Важное экологическое правило состоит в том, что чем разнороднее и сложнее биоценозы, тем выше устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Биоценозы отличаются большой самостоятельностью. Одни из них сохраняются в течение длительного времени, другие закономерно изменяются. Озера превращаются в болота — идет образование торфа, а в итоге на месте озера вырастает лес.
Процесс закономерного изменения биоценоза называется сукцессией. Сукцессия — это последовательная смена одних сообществ организмов (биоценозов) другими на определенном участке среды. При естественном течении сукцессия заканчивается формированием устойчивой стадии сообщества. В ходе сукцессии увеличивается разнообразие входящих в состав биоценоза видов организмов, вследствие чего повышается его устойчивость.
Повышение видового разнообразия обусловлено тем, что каждый новый компонент биоценоза открывает новые возможности для вселения. Например, появление деревьев позволяет проникнуть в экосистему видам, живущим в подсистеме: на коре, под корой, строящим гнезда на ветвях, в дуплах.
В ходе естественного отбора в составе биоценоза неизбежно сохраняются лишь те виды организмов, которые могут наиболее успешно размножаться именно в данном сообществе. Формирование биоценозов имеет существенную сторону: «соревнование за место под солнцем» между различными биоценозами. В этом «соревновании» сохраняются лишь те биоценозы, которые характеризуются наиболее полным разделением труда между своими членами, а следовательно, более богатыми внутренними биотическими связями.
Так как каждый биоценоз включает в себя все основные экологические группы организмов, он по своим возможностям приравнивается биосфере. Биотический круговорот в пределах биоценоза — своеобразная уменьшенная модель биотического круговорота Земли.
Таким образом:
1. Устойчивость биосферы в целом, ее способность эволюционировать определяется тем, что она представляет собой систему относительно независимых биоценозов. Взаимосвязь между ними ограничивается связями посредством неживых компонентов биосферы: газов, атмосферы, минеральных солей, воды и т.д.
2. Биосфера представляет собой иерархически построенное единство, включающее следующие уровни жизни: особь, популяция, биоценоз, биогеоценоз. Каждый из этих уровней обладает относительной независимостью, и только это обеспечивает возможность эволюции всей большой макросистемы.
3. Многообразие форм жизни, относительная устойчивость биосферы как среды обитания и жизни отдельных видов создают предпосылки для морфологического процесса, важным элементом которого является совершенствование реакций поведения, связанных с прогрессивным развитием нервной системы. Сохранились лишь те виды организмов, которые в ходе борьбы за существование стали оставлять потомство, несмотря на внутренние перестройки биосферы и изменчивость космических и геологических факторов.
17,4.1. Распределение живого вещества
«Быть живым, — отмечал В.И. Вернадский, — значит, быть организованным». На протяжении миллиардов лет существования биосферы организованность создается и сохраняется благодаря деятельности живых организмов.
Живая природа является основной чертой проявления биосферы, она резко отличает ее тем самым от других земных оболочек. Строение биосферы прежде всего и больше всего характеризуется жизнью. Эта самая мощная геологическая сила, живое вещество планеты, представляет собой совокупность весьма хрупких и нежных живых организмов, по массе составляющих ничтожную часть созданной ими биосферы.
Если живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем всего в 2 см толщиной.
Химический состав элементов живого вещества нашей планеты характеризуется преобладанием немногих элементов: водород, углерод, кислород, азот являются главными элементами земного живого вещества и поэтому названы биофильными. Атомы их создают в живых организмах сложные молекулы в сочетании с водой и минеральными солями.
Живые вещества нашей планеты существуют в виде огромного множества организмов со своими индивидуальными признаками, разнообразных форм и размеров. Среди живых организмов встречаются мельчайшие по форме микроорганизмы и многоклеточные животные и растения крупных размеров. Размеры колеблются от микрометров (малые бактерии, инфузории) до десятков метров.
Население биосферы в видовом и морфологическом отношении так же чрезвычайно разнообразно. Подсчеты количества видов, населяющих нашу планету, проводились различными авторами, но их все же можно считать только приближенными.
Согласно современным оценкам, на Земле существует около 3 млн видов организмов, из которых на долю растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных — 2,5 млн видов. Весь органический мир нашей планеты со времен Аристотеля традиционно разделяется на растения и животных. В настоящее время, благодаря изучению структуры организации живых существ, можно провести более совершенную классификацию, чем это было раньше.
Живое вещество, по В.И. Вернадскому, «растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление на окружающую среду, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покрывает». Внутренняя энергия, производимая жизнью, проявляется в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. По мнению В.И. Вернадского, геохимическая энергия жизни выражается в движении живых организмов путем размножения, идущего в биосфере непрерывно. Размножение организмов производит «давление жизни», или «напор жизни». В этой связи между организмами возникает борьба за площадь, питание и в особенности «за газ», нужный для дыхания свободный кислород.
При этом происходит биогенная миграция атомов: атомы, захваченные растениями, переходят к травоядным животным, затем — к хищникам, которые питаются травоядными. Мертвые растения и животные служат пищей для микроорганизмов, а выделяемые микроорганизмами в результате жизнедеятельности минеральные вещества снова потребляются растениями (см. ТЕМУ 17.3.2.1). Из этого биологического круговорота выпадает лишь небольшой процент атомов. Эти вышедшие из жизненного процесса биогенные атомы попадают в косную (неживую) природы, тем самым играя огромную роль в истории биосферы.
Процесс размножения замирает только при недостатке кислорода в окружающей среде, действии низких температур и отсутствии места для обитания новых организмов.
В.И. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты. Он назвал его скоростью передачи жизни. По его данным, возможная скорость размножения составит:
? для бактерий — 1,25 суток;
? для больших водорослей — 379 лет:
? для цветковых растений — 11 лет;
? для инфузории туфельки — 67,3 суток;
? для курицы — 18 лет;
? для домашней свиньи — 8 лет;
? для дикой свиньи — 56 лет;
? для крысы — 8 лет;
? для слона — 1000 лет.
Таким образом, он сделал вывод о том, что мелкие организмы размножаются быстрее крупных, а домашние животные размножаются быстрее диких.
17.4.2. Классификация живого вещества
Весь мир живых существ в настоящее время подразделяют на две большие систематические группы:
? прокариоты и
? эукариоты.
Прокариоты (от лат. pro — вперед, вместо и греч. кагуоп — ядро) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом. Наследственная информация у них реализуется и передается через ДНК, типичный половой процесс отсутствует. К ним относятся бактерии, например, сине-зеленые водоросли. В системе органического мира прокариоты составляют над-царство.
Эукариоты (от греч. еu — хорошо, полностью и karyon — ядро) — организмы, обладающие в отличие от прокариотов, оформленным клеточным ядром, отделенным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал у них заключается в хромосомах, характерен половой процесс. К ним относится все, кроме бактерий.
Самыми низкоорганизованными живыми организмами являются те, у которых отсутствует истинное ядро клетки, ДНК располагается в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Эти организмы получили название прокариоты. Все остальные организмы называются эукариоты.
Именно прокариотам обязана наша планета появлением атмосферы. Прокариоты могли существовать в совершенно немыслимых условиях, которые сложились на нашей планете 3 млрд лет назад — интенсивная ультрафиолетовая радиация, не удерживаемая озоновым слоем, активнейший вулканизм — и были одними из самых приспособленных живых существ. Их потомки, например, сине-зеленые водоросли и сейчас обладают необыкновенной живучестью.
Огромный шаг в эволюции живого вещества был сделан, когда появились эукариоты с их кислородным дыханием. На переход от прокариотов к эукариотам, вызвавшем грандиозную перестройку биосферы, ушло еще около миллиарда лет. За обретение кислородного голодания прокариоты заплатили тем, что они стали смертны в обычном смысле слова, в отличие от эукариотов, которые, по-видимому, не имели естественной смерти. Но вместе с этим они приобрели и значительно большую, чем у прокариотов, эффективность использования энергии, благодаря чему смогли гораздо быстрее эволюционировать и стали способны к самосовершенствованию.
17.4.3. Миграция и распределение живого вещества
В связи с действием солнечной энергии и внутренней энергии Земли в биосфере совершаются постоянные процессы движения и перераспределения вещества. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлениях. На Земле ежегодно разрушатся 1012 тонн живого вещества из общего запаса 1013 тонн. Такой интенсивный круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью биомассы планеты. В отличие от мертвой, материи живое вещество способно к аккумуляции энергии, размножению и обладает огромной скоростью реакций. На Земле нет силы более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим последствиям, чем живые организмы, взятые вместе. В ТЕМЕ 17.3.2.1. уже рассматривался круговорот природных процессов. Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ. Аккумуляция и минерализация происходит в биоценозах. Основной круговорот углерода состоит в превращении СO2 в живое вещество, из которого при разложении бактериями и дыханием вновь образуется СО2
Круговорот азота связан с превращением в нитраты молекулярного азота атмосферы за счет деятельности некоторых бактерий и энергии грозовых разрядов. Нитраты усваиваются растениями. В составе их белков азот попадает к животным, а после отмирания растений и животных — в почву, где гнилостные бактерии разлагают органические остатки до аммиака, который затем окисляется бактериями в азотную кислоту. Таким образом, накопление химических элементов в живых организмах и освобождение их в результате разложения мертвых — характерная особенность биогенной миграции.
Обновление биомассы на суше происходит в среднем за 15 лет, причем для лесной растительности эта величина значительно больше, а для травянистой — значительно меньше. В океане общая масса живого вещества обновляется в среднем через каждые 25 дней. Обновление всей биомассы Земли осуществляется за 7—8 лет.
17.4.4. Постоянство биомассы живого вещества
Количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству. Это достигается тем, что в природе есть противоположная направленность процессов.
Важнейшим звеном биохимического круговорота является фотосинтез — мощный естественный процесс, вовлекающий ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющий ее высокий кислородный потенциал. Этот процесс выступает как регулятор основных геохимических процессов в биосфере и как фактор, определяющий наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Фотосинтез происходит на всей поверхности Земли и создает огромный геохимический фактор, который может быть выражен количеством массы углерода, ежегодно вовлекаемой в построение органического живого вещества всей биосферы. Продуктивность планетарного фотосинтеза может быть выражена в количестве масс углекислоты и воды, потребляемых всеми растениями земного шара в течение года. Учитывая то, что воды мирового океана прошли через биогенный цикл, связанный с фотосинтезом, не менее 300 раз, свободный кислород атмосферы обновлялся не менее одного миллиона раз.
При гибели организма происходит обратный процесс — разложение органического вещества путем окисления, гниения и т.п. с образованием продуктов разложения.
Напряженность жизни выражается в росте и размножении организмов. За все время развития биосферы энергия Солнца превращалась в биохимическую энергию размножения живых организмов. При этом поглощенная энергия разделялась на два компонента:
? компонент роста, приводящий к определенной массе данного тела, и
? компонент размножения, определяющий увеличение числа организмов данного вида.
Смена организмов за единицу времени дает представление о скорости размножения.
17.4.5. Функции живого вещества в биосфере Земли
Функции живого вещества в атмосфере Земли довольно разнообразны. В.И. Вернадский выделял пять таких функций:
1. Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями. Для синтеза органических веществ растения используют углекислый газ, выделяя при этом в атмосферу кислород. Весь остальной органический мир использует кислород с процессе дыхания и пополняет при этом запасы углекислого газа в атмосфере. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменяется газовый состав атмосферы: снижается содержание углекислого газа и увеличивается концентрация кислорода. Таким образом, живое вещество качественно изменило состав атмосферы — геологической оболочки Земли.
2. С газовой функцией тесно связана окислительно-восстановительная функция. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения ряда металлов, что приводит к образованию осадочных пород.
3. Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать различные химические элементы, например, в таких растениях-накопителях, как осока, хвощ, содержится много кремния. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы: залежи мела, известняка и т.п.
4. Биохимическая функция связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов и расползанию живого вещества в разные географические области.
5. Биохимическая деятельность охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека.
17.5. ФАКТОРЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ В ПОЛЬЗУ ЗЕМНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ
1. Первый и важнейший аргумент в пользу гипотезы о земном происхождении жизни на нашей планете дало изучение оптических свойств живого вещества, начатое Пастером. Оказалось, что в отличие от неживого вещества, живое или продукты его жизнедеятельности всегда оптически активны. Еще в прошлом веке Л. Пастер и П. Кюри экспериментально открыли тот факт, что аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, являются «левыми», т.е. отличаются оптическими свойствами. Объяснить происхождение «левизны» живой природы он пытался асимметрией, глобальной анизотропией пространства. Пастер говорил, что это единственная, четко разграничивающая линия, которую в настоящее время можно провести между живой и неживой природой. Одно из возможных следствий этого открытия — возможность нового осмысления молекулярного аспекта проблемы происхождения жизни.
2. Второе доказательство в пользу земного происхождения жизни — существования на Земле генетического кода, — единого для всего живого. Единый алфавит из 4 букв, 4 нуклеинов и еще 20 аминокислот — это, вероятно, следствие некоторого процесса естественного отбора, сохранившего на Земле наиболее устойчивую, наиболее приспособленную к нашим условиям форму передачи наследственной информации — наследственной памяти, которая кодируется нуклеиновыми кислотами. 3. Третий аргумент в пользу земного происхождения жизни — оценка Вернадским количества живого вещества, которое на протяжении всей истории земной жизни остается постоянным.
Таким образом, в процессе развития материального мира на одной из планет Солнечной системы — Земле вспыхнула жизнь. На этой планете сложились условия, благодаря которым физико-химические процессы могли привести эволюцию биологических молекул в такое русло, которое допускает их превращение в живое вещество. Появление на поверхности Земли живого вещества качественно изменило характер ее эволюции. Луна и Земля — практически ровесники, но на поверхности Луны за 3,5 млрд лет практически мало что изменилось (кратеров стало больше).
История земной оболочки другая. Под действием живого вещества, способного использовать энергию Солнца, начала изменяться внешняя оболочка коренных пород — стали образовываться новые формы, которых нет на Луне. Граниты, песчаники — все это следствия совместной работы земной биогеохимической лаборатории. С развитием процесса изменения литосферы, атмосферы и океана стремительно развивалась сама жизнь, множились и усложнялись ее формы. Нынешний состав атмосферы, содержание в ней кислорода установились на ранних стадиях истории Земли.
Динозавры и млекопитающие возникли на Земле практически одновременно. Проблема гибели динозавров — одна из наиболее волнующих тайн природы.
Возникновение разума — столь же загадочная перестройка процессов развития, как и возникновение жизни. Мозг человека и мозг животного состоит из одних и тех же нейронов. Понять роль и возможности разума, целенаправленно использующего механизмы самоорганизации — задача, стоящая перед человечеством.
17.6. КОСМОПЛАНЕТАРНЫЙ ХАРАКТЕР БИОСФЕРЫ
Одной из кардинальных проблем современной науки является проблема происхождения земной жизни, ее связи с космосом, что предполагает обсуждение масштабов распространения живого вещества во Вселенной, в том числе и разумной его формы в виде космических цивилизаций.
Условия появления жизни на Земле определили ее развитие в качестве целого, т.е. в виде биосферы, единого монолита живого вещества, организованность которого определяется преобразованием космической энергии и связанными с этим космопланетарными биохимическими функциями. Это значит, что эволюция биосферы зависит от совокупности чисто земных и космических явлений. Так как в ходе эволюции биосферы появился человек, то он как часть биосферы и должен рассматриваться в определенном смысле в качестве космопланетарного феномена.
В науке установлено, что жизнь представляет собой непрерывный обмен веществ, который конкретно выражается во взаимодействии синтеза и распада органических веществ. Вопрос о начале жизни связан в определенном аспекте с физико-химическим детерминизмом, с химической самоорганизацией материи: живые организмы возникли в результате появления особых физико-химических условий и законов из молекул с определенными свойствами. И везде, где имеются соответствующие условия в космосе, может возникнуть жизнь, о чем говорит разработанная в настоящее время теория самоорганизации систем.
17.6.1. Этап «химической эволюции»
Современные данные космохимии дают основание для предположения о том, что ДНК образовалась в космических условиях, однако осуществление ее функций стало возможным лишь на нашей планете, где на основе развития живого вещества начала формироваться ранняя биосфера. Ведь в период своего образования Земля получила достаточное количество сложных органических соединений, образовавшихся в протосолнечной туманности.
Благодаря наличию этих соединений начали протекать процессы полимеризации аминокислот, сложных углеводородов и других соединений; в результате появились самоорганизующиеся физико-химические системы, характерные для живого вещества. Таким образом, этап «химической эволюции» был довольно-таки малым, его начало следует искать в космических условиях, которые имелись перед непосредственным образованием Земли.
17.6.2. Природно-радиационный фон
Необходимым постоянно действующим фактором существования биосферы является природно-радиационный фон, который слагается из трех компонентов:
1. Природные радионуклиды (уран, торий).
2. Продукты их радиоактивного распада, а также испускаемые ими при радиоактивном альфа-, бета- и гамма-излучения. Они находятся во всех элементах земной коры, в почве, водах рек, морей и океанов, приземной атмосфере. Живые организмы, поглощая радионуклиды, тем самым облучают себя изнутри.
3. Высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде постоянного потока (фоновое излучение). Оно порождают в атмосфере долгоживущие радионуклиды углерода, натрия и др, участвующие в процессах живого вещества.
Оказывается, что без природно-радиационного фона невозможно нормальное существование живых организмов, что на заре своего развития радиоактивность служила им дополнительным источником энергии.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что радиоактивность, как космическая, так и земная, вносит вклад в представления о биосфере как о земном и космическом механизме, определяющем судьбу нашей планеты вместе с появившимся на ней человечеством.
17.6.3. Живое вещество как геологическая сила
Данные многих научных дисциплин показывают, что уже на начальных этапах своего существования живое вещество становится геологической силой, оказывающей воздействие на атмосферу, где появляется свободный кислород в результате фотосинтеза; гидросферу, в которой происходит перестройка ее солевого состава; поверхностный слой литосферы, особенно после того как жизнь стала распространяться на суше.
Возникновение в первичном океане живого вещества позволило в дальнейшем дифференцироваться на отдельны индивидуумы, ставшие предками всех существующих в последующие эпохи типов организмов. В конечном счете, живое вещество биосферы настолько трансформировало нашу планету, что одни ученые рассматривают его как разумное творение, другие — в качестве единой живой системы.
17.6.4. Влияние магнитных полей на космический характер биосферы
Существенную роль в космических и планетарных механизмах биосферы играют электромагнитные поля, что связано с такими фундаментальными свойствами живого вещества, как устойчивое неравновесие, соответствующее законам Вернадского — Бауэра, которые были сформулированы раньше как биохимические принципы (см. ТЕМУ 17.3.2). Состояние устойчивого неравновесия, характеризующее сущность живого вещества, служит основой для проявления принципа биологического усиления слабых воздействий, имеющего первостепенное значение для информационного взаимодействия электромагнитных полей с биосферой, особенно с биосистемами.
Биосфера погружена в океан электромагнитных полей космического, земного и биогенного происхождения. Электромагнитный спектр биосферы изменялся в широких пределах: от вековых, сезонных до суточных изменений электрических и магнитных полей и даже до гамма-излучений. Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн. Многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов.
Электромагнитные поля имеют информационное значение в популяции биосистем. Электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы. Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу и все в ней. В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое обусловливает существенные черты функционирования механизма биосферы, космопланетарного по своему существу. В.И. Вернадский пишет об этом следующее: «Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений. Она составляет планетный механизм, превращающий их в новые разнообразные формы земной свободной энергии, которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты. И если ультрафиолетовые и инфракрасные лучи Солнца косвенно влияют на химические процессы, то химическая энергия в ее действенной форме получается из энергии солнечных лучей при помощи живого вещества — совокупности живых организмов, выступающих в качестве преобразователей энергии. Это значит, что земная жизнь отнюдь не является чем-то случайным: она входит в космопланетарный механизм биосферы».
17.6.5. Компенсаторно-защитные функции биосферы
Научные проблемы, сходные с предложенными В.И. Вернадским, были разработаны биофизиком АЛ. Чижевским (1897—1964) — основоположником гелиобиологии. АЛ. Чижевский установил зависимость между циклами активности Солнца и многими явлениями в биосфере. Он использовал концепцию биосферы как оболочки планеты и ввел представления о компенсаторно-защитной функции биосферы, необходимой для существования в пла-нетарно-космических условиях Земли живых организмов.
Детальное обоснование теоретические представления В.И. Вернадского и АЛ. Чижевского получают в наши дни. Так, исследования нашей космонавтики:
1. Позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов.
2. Радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий.
3. Привели к своеобразной научной революции в астрофизике.
Так, например, в 60-х гг. были открыты квазары — космические объекты с грандиозным по энергетической мощи уровнем излучения (излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики), а также такие космические явления, как вспышки сверхновых. По современным астрофизическим представлениям, именно излучение сверхновых является главным источником космических лучей в Галактике. Они могут оказывать влияние, так как рентгеновский поток, исходящий от сверхновых, может создавать в стратосфере Земли высокие концентрации окиси азота — разрушителя озонового слоя, являющегося экраном, предохраняющим все живое Земли от воздействия жесткого излучения Солнца.
Представления о различных формах взаимодействия живого вещества с космическими материально-энергетическими потоками приобретают все большее значение также благодаря активно разрабатываемым гипотезам о существовании, по меньшей мере, в пределах нашей Галактики всепроникающей общегалактической живой системы. Они указывают на присутствие огромного количества микроорганизмов в космическом пространстве нашей Галактики. Исследования в этом направлении могут рассматриваться как свидетельство в пользу концепции, выдвигавшейся В.И. Вернадским о широком, космическим по масштабам, распространении во Вселенной живого вещества, его космическом значении.
Естественнонаучные гипотезы и факты показывают, что исследования взаимодействий, начатые трудами В.И. Вернадского и его последователей, представляют опережающие, перспективные направления в естествознании, постижении тайн природы.
17.7. УЧЕНИЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО О ПРЕОБРАЗОВАНИИ БИОСФЕРЫ В НООСФЕРУ
По В.И. Вернадскому, наша планета и Космос представляются ныне как единая система, в которой жизнь, живое вещество связывают в единое целое процессы, протекающие на Земле с процессами космического характера. Согласно оценкам В.И. Вернадского, на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. Грандиозная картина общепланетарного развития включала в себя и появление человека — носителя Разума, который ускорил все процессы, развивающиеся на планете. Он говорил, что воздействие человека на природу растет столь быстро, что он превратится в основную геологическую силу и должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Биосфера перейдет однажды в ноосферу — сферу Разума. Произойдет великое объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным, направляемым силой Разума.
17.7.1. Ноосфера — сфера Разума
Сам термин «ноосфера» возник в 1926 г. в Париже во время обсуждения доклада В.И. Вернадского, где он излагал концепцию развития биосферы. Его предложил французский исследователь Э. Леруа. Однозначное толкование этого термина отсутствует.
Ноосфера — это новое, эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Впервые В.И. Вернадский употребил этот термин в письме Б. Личкову, написанном 7 сентября 1936 г. в Карлсбаде. Он сообщал своему другу: «Я принимаю идею Леруа о ноосфере. Он развил глубже мою биосферу. Ноосфера создалась в эпоху, когда человеческая мысль охватила биосферу и меняет все процессы по-новому, а в результате активная энергия биосферы увеличивается».
Публично В.И. Вернадский употребил термин «ноосфера» в 1937 г. в докладе «О значении радиогеологии для современной геологии», который он прочитал на проходившей в Москве XVII сессии международного геологического конгресса. Он писал: «Ноосфера — последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории — состояние наших дней. Ход этого процесса только начинает нами выясняться из изучения ее геологического прошлого в некоторых своих аспектах. Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное состояние биосферы, т.е. мы входим в ноосферу». В этой же статье В.И. Вернадский показал, что факторами последней перестройки биосферы являются научная мысль и коллективный труд человечества, давно уже ставшего мощной геологической силой.
Рассмотренные предложения В.И. Вернадского позволяют более обоснованно ответить на вопрос, что такое «ноосфера», поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для ее становления и существования.
17.7.1.1. Условия, необходимые для становления и существования ноосферы
Перечислим условия, необходимые для становления и существования ноосферы, и покажем, насколько они выполняются.
1. Заселение человеком всей планеты. Это условие вполне выполнимо. Тайга Западной Сибири изрезана линиями дорог, нефте- и газопроводов, усеяна городами и поселками нефтяников. Тайга Восточной Сибири таким же образом освоена искателями и добытчиками алмазов, а арктические пустыни Магаданской области — искателями и добытчиками золота. Знойные пустыни Сахары и Саудовской Аравии стали местом поиска и разработки крупных нефтяных и газовых месторождений. Антарктида покрыта сетью созданных разными странами постоянно действующих станций. На Земле действительно не осталось места, не подвергавшегося в той или иной степени воздействию человека.
2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами. С помощью радио, телевидения, новых, современных средств связи мы моментально узнаем о событиях в любой точке земного шара. Для обмена информацией широко применяется скоростная авиация, факсы, электронная почта, сеть «Интернет», радиотелефоны, сотовая связь и др. Средства сообщения непрестанно развиваются и совершенствуются.
3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми государствами Земли. Это условие можно считать если не выполненным, то выполняющимся. Возникла Организация Объединенных Наций (ООН), которая помимо участия в ряде локальных конфликтных ситуаций создала ряд специальных международных организаций для обеспечения сотрудничества различных государств в самых разнообразных областях культурной и практической деятельности. Другие международные организации и ООН еще не обеспечили единства человечества во всех вопросах, однако их деятельность значительно способствовала сближению взглядов народов разных стран на пути развития всего человечества.
4. Преобладание геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере. Это условие можно также считать выполненным, хотя именно преобладание геологической роли человека в ряде случаев привело к тяжелым экологическим последствиям. Человеческая деятельность изменила состав речных, озерных и морских вод, определила глобальные климатические изменения, влияет на уровень мирового океана, сохранность озонового слоя Земли (см. ТЕМУ 18.2.2.) и т.п. Поэтому можно сказать, что человечество стало мощным геологическим фактором, влияющим на все процессы, протекающие в биосфере.
5. Расширение границ биосферы и выход в Космос. В работах последнего десятилетия своей жизни В. И. Вернадский не считал границы биосферы постоянными. Нижняя граница у него определена температурными условиями Земли, температурная граница не должна превышать 100 ?С, и глубже чем 3 км от поверхности Земли живые существа в их современном виде существовать не могут, а на этой глубине в подземных водах и нефти еще сохранились и встречаются живые бактерии. Жизнь не может зайти за пределы стратосферы и ограничивается нижней частью тропосферы, освоенной насекомыми, птицами, летучими мышами и человеком. Расширение границ биосферы в прошлом В.И. Вернадский связывал с выходом живого вещества на сушу, появлением высокоствольной растительности, летящих насекомых, а позднее ползающих ящеров и птиц. Он полагал, что в первой половине XX в. границы биосферы простираются в вышеперечисленных пределах, но в процессе перехода биосферы в ноосферу границы эти должны расширяться и человек должен был выйти в Космос, что на самом деле и произошло и его предсказания сбылись.
6. Открытие новых источников энергии. Это условие выполнено полностью. В августе 1945 г., т.е. в год смерти В.И. Вернадского, взрыв атомных бомб над японскими городами Хиросима и Нагасаки возвестил мир об открытии нового мощного источника энергии — энергии атомного распада. Вскоре началось использование этой энергии в мирных целях, а в лабораториях развитых стран всего мира, в том числе и в нашей стране на ТОКАМАК (Тороидальная КАмера с МАгнитной Катушкой) — установках для получения термоядерного синтеза, — ведутся исследования по получению энергии управляемого термоядерного синтеза, для чего используются атомы легких химических элементов — водорода и гелия.
7. Равенство людей всех рас и религий. Это условие если и не достигнуто, то, во всяком случае, достигается. После второй мировой войны произошло разрушение колониальных империй, созданных в конце прошлого века. Народы Африки, Южной Азии, прежде порабощенные, стали самостоятельными, начали формировать свои научные кадры, развивать свою промышленность. Почти во всех странах мира люди разных вероисповеданий равноправны.
8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики. Это условие соблюдается во всех странах с парламентской формой правления. Роль народных масс в жизни большинства людей, несомненно, возрастает.
9. Свобода научной мысли и научного поиска от давления религиозных, философских и политических настроений и создание в общественном и государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли. В большинстве развитых и развивающихся стран, например, в Индии, наука совершенно свободна от такого давления, а государственный и общественный строй создает режим максимального благоприятствования для свободной научной мысли.
10. Подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания, голода, нищеты и ослабление влияния болезней. Процесс улучшения условий жизни идет очень неравномерно: в Скандинавии, странах Западной и Южной Европы, Канаде, Соединенных Штатах Америки, Австралии, Японии, в которых численность населения возрастает незначительно, благосостояние населения за последние 50 лет по любым показателям непрерывно возрастает. Положение с ослаблением влияния болезней достаточно сложно: если полностью искоренены такие страшные болезни, как черная оспа, малярия и т.п., то появились новые болезни, связанные с радиоактивным и химическим загрязнением среды: рак, СПИД, сердечно-сосудистые, аллергические болезни, болезни дыхательных путей и т.д.
11. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения. Первые шаги в направлении разумного преобразования природы во второй половине XX в., несомненно, начали осуществляться. Хотя это условие, сформулированное В.И. Вернадским, еще нельзя считать выполненным, тем не менее в сознании человечества созрел перелом к переходу от чистого техногенеза к разумному использованию природных ресурсов.
12. Исключение войн из жизни общества. Это условие В.И. Вернадский считал чрезвычайно важным для создания и существования ноосферы. Оно еще не выполнено, однако угроза мировой ядерной катастрофы отодвигается и делается все, чтобы она исчезла совсем. Воля народов направлена на исключение войн из жизни общества, а значит, и это условие для создания ноосферы будет достигнуто.
Таким образом, мы видим, что налицо почти все те конкретные признаки, на которые указывал Владимир Иванович Вернадский, позволяющие отличить ноосферу от существовавших ранее состояний биосферы. Процесс перехода биосферы в ноосферу будет постепенным и явится действующей стратегией выживания и достижения разумного будущего человечества. По В.И. Вернадскому, ноосфера — это качественно новая форма организованности, возникающая при взаимодействии природы и общества. В последние годы под ноосферой понимается планетарное и космическое пространство (природная среда), которое преобразуется и управляется человеческим Разумом, гарантирующим всестороннее прогрессивное развитие человечества.
Для ноосферы характерна тесная взаимосвязь законов природы с законами мышления, а также социально-экономическими законами. Возвращаясь к Вернадскому, ноосфера — это такое состояние биосферы, когда ее развитие происходит целенаправленно, когда Разум имеет возможность корректировать развитие биосферы в интересах человека будущего. Поэтому более уместно говорить об эпохе ноосферы, когда человек сможет разумно распоряжаться своим могуществом и обеспечить такое взаимодействие с окружающей средой, которое позволит развиваться и человеку, и природе, и обществу.
17.7.1.2. Мировоззренческий смысл понятия «ноосфера»
К мысли о ноосфере В.И. Вернадский пришел почти одновременно с разработкой концепции биосферы, хотя подробно остановиться на анализе этого понятия смог лишь в конце своей жизни, мысленно продолжая закономерный процесс эволюции земной поверхности от биологической стадии к социальной. Ноосфера — это единая система. Она развивается как результат взаимодействия социальной системы. Подчеркивая качественное отличие ноосферы, он особое значение придавал факту преемственности ее по отношению к предыдущей стадии — биосферной стадии развития, прямо вводя многие специфические черты ноосферы из той организованности, которая свойственна биосферному состоянию природы Земли.
По Вернадскому, ноосфера может формироваться как закономерное воспроизведение на качественно новом уровне определенных особенностей организованности биосферы, которой должна следовать человеческая деятельность. Логика развития человеческой деятельности должна идти в унисон с организованностью биосферы.
Таким образом, ноосфера — это биосфера, преобразованная людьми соответственно познанным и практически освоенным законам ее строения и развития.
Главную особенность биосферы, которая обязательно должна быть воспроизведена человеком в процессе преобразования в ноосферу, В.И. Вернадский видел в определенной направленности обменных процессов между всеми явлениями на земной поверхности и с окружающим Космосом. Обнаружение такой направленности составило главное открытие В.И. Вернадского. Живое вещество своей жизнедеятельностью строит биосферу. Основная особенность биосферы заключается не в самом преобразующем воздействии организмов на среду обитания, а в том, что совокупным продуктом этого воздействия и результатом этого преобразования является его направленность в сторону повышения жизнепригодности среды. То есть живое вещество обладает уникальной способностью к экологическому самообеспечению. Это важнейшее свойство явилось результатом длительного процесса естественного отбора, оно подчинено механизму саморегуляции биосферы и составляет основной вектор ее естественной эволюции.
Нарастание жизнепригодности среды сделало возможным ту положительную обратную связь в системе биосферы, благодаря которой обеспечивалось восходящее развитие материального мира вплоть до появления человека. Объективная необходимость формирования ноосферы возникает из того, что настало время, когда человечество должно обрести способность к экологическому самообеспечению. В обличив от биосферы ноосфера не может формироваться стихийно, а только в результате сознательной деятельности людей на основе изучения и практического поддержания ими законов саморегуляции биосферы и согласования с ними своей хозяйской и прочей деятельности.
Следовательно, преемственность человека по отношению к живому веществу планеты состоит в том, что он своей деятельностью должен продолжить логику развития органического мира, но на качественно новом уровне. В этом и состоит мировоззренческий смысл понятия ноосферы.
17.7.1.3. Методологический смысл понятия «ноосфера»
Ноосфера характеризует важный аспект направленности целевого развития. Важно также определить прогнозы развития ноосферы. В.И. Вернадский полагал, что формирование ноосферы — это длительный процесс, который займет время жизни не одного поколения людей.
Концепция ноосферы предполагает разработку опережающей модели оптимального взаимодействия природы и общества по всем основным параметрам обменных процессов, происходящих между ними: вещество, энергия, информация. Основной направленностью оптимизации взаимодействия общества и природы является повышение жизнепригодности природной среды для существования общества.
Анализ многообразных аспектов философского и социального смысла понятия «ноосфера» показывает его исключительно комплексный характер. Это понятие нельзя отнести к разряду чисто социальных или естественных понятий. Оно является социоестественным, включающим в себя социальные и природные явления в их оптимальном единстве.
17.7.2. Ноосфера и развитие общества
Анализируя возможности все возрастающей мощи цивилизации, В.И. Вернадский пришел к выводу о том, что человечеству как части живого вещества придется взять на себя ответственность за будущее развитие биосферы и общества. Будущность человечества требует активного вмешательства Разума в судьбу общества и ноосферы в целом. В интересах будущего всего человечества биосфера должна измениться. Измениться должны геохимические циклы биосферы и ее способность обеспечивать потребности человечества в соответствии с изменениями природы общества, а может, и природы самого человека. Такое взаимоотнощение человека и биосферы называется коэволюцией. Причем переход человечества в эпоху ноосферы В.И. Вернадский рассматривал как один из актов «приспособления» человечества.
Переход биосферы в ее новое состояние будет сопровождаться выработкой новых принципов согласования своих действий и нового поведения людей новой нравственности, потребует смены стандартов и идеалов. По существу, это центральная проблема, стоящая сегодня перед человечеством: как обеспечить совместную эволюцию (коэволюцию) биосферы и человека, а вместе с ней и дальнейшее развитие цивилизации?
Таким образом, учение В.И. Вернадского явилось тем завершающим звеном, которое:
? объединило эволюцию живого вещества с миром неживой природы;
? перекинуло мост к современным проблемам развития общества;
? подвело нас к новому видению процессов, происходящих в обществе.
17.8. ЕДИНАЯ КАРТИНА РАЗВИТИЯ МИРА
Формы жизни множатся и усложняются. Возникновение Разума — такая же загадочная перестройка процессов развития, как и возникновение жизни. Мозг человека и мозг млекопитающего состоит из одних и тех же нейронов, но человеческий мозг дает возможность познавать самих себя, видеть себя со стороны, познавать окружающий мир, задумываться о своем происхождении. Благодаря появлению Разума рождается общество. Но общественные формы бытия существуют и у животных. Человеческое же общество способно к совместному труду, совместной духовной жизни, кооперации. Развитие общества изучается обществоведами, но они не включают сюда историю человека и историю биосферы.
Развитие человеческого общества — такой же естественный процесс, как и формирование галактик или развитие вируса. Важно увидеть то общее, что объединяет компоненты этого единого процесса, вносит и может внести Разум в мировой эволюционный процесс. Общество, его законы — это естественный этап развития нашего мира. На Земле общество могло и не состояться — пути природы прихотливы. Но раз возникло, то оно такое же творение природы, как и все остальные атрибуты нашего мира.
Понять законы общественного развития, алгоритмы эволюции нельзя, не увидев связи со всем предшествующим развитием нашего мира: те же законы дивергенции, та же неоднозначность выбора путей развития, та же роль лимитирующих факторов, которые присущи и другим проявлениям мирового процесса самоорганизации.
Вспомним слова Ф. Тютчева:
Не то, что мните вы, — Природа, Не слепок, не бездушный лик, — В ней есть душа, в ней есть свобода, В ней есть любовь, в ней есть язык.
17.8.1. Биосфера и человек — самоорганизующиеся целостности
Подобно тому, как биосфера — самоорганизующаяся целостность, пришло время и человека изучать как единое целое. Еще в прошлом веке известный русский физиолог И.М. Сеченов говорил, что понять человека можно только в его единстве — плоти, духа и природы, частью которой он является. И будущее науки лежит на пути объединения этих начал.
Десятком лет позже К. Маркс сказал: «В будущем все науки о природе и обществе должны слиться в единую науку — 6 Человеке».
Надо изучать не отдельные особенности и свойства, а человека как сложную систему, как естественный элемент общества. Связать свойства общества и человека, понять свойства общества через свойства человека и обратно: понять свойства человека, его поведение, поступки, выводя их из свойств общества, — цели современной науки.
Общие черты мирового эволюционного процесса и место человека в нем приводят Нас к пониманию ноосферы как одного из возможных будущих состояний верхних оболочек Земли. Трудности, порожденные развитием цивилизации и растущая деградация окружающей среды, ухудшение условий жизни людей порождает желание действовать, искать новые концепции общественного развития. Необходима целостная, всеобъемлющая концепция того, что мы называем местом Человека во Вселенной.
Представление человека о мире и его месте в нем, о единой картине мира является одним из важнейших элементов мировоззрения человека. Этот философский вопрос оборачивается самой что ни есть прагматичной проблемой — проблемой выбора человеческой деятельности. Она затрагивает глубочайшие тайны человеческой души. Например, каким образом у людей формируется представление о том, что хорошо, а что — плохо? Ведь именно такие критерии в конечном счете и определяют тот выбор поведения, который предстоит сделать человеку. Видение будущего требует понимания прошлого — это общая познавательная позиция.
Вместе с Разумом в Природе родился новый феномен — Человек с его непредсказуемым поведением, игрой страстей, иррациональностью многих реакций, что говорит об очень сложном духовном мире, который присущ и каждому человеку в отдельности и группам людей и обществу в целом. Как из множественности и нетождественности духовных миров отдельных людей складывается духовный мир общества? Можем ли мы влиять на него? Как он связан с целями развития общества?
17.8.2. Позиция универсального эволюционизма
Возникновение духовного мира человека, его общественной Вселенной — это тоже результат самоорганизации, саморазвития человека как биологического вида и его общественных структур. Изучая историю искусства, литературы, живописи, музыки, архитектуры, оттенки религиозных верований и сопоставляя их с другими фактами, можно нащупать новые подходы к изучению духовного мира человека.
Предлагаемая позиция называется универсальным эволюционизмом. Она позволяет еще в одном ракурсе увидеть те идеи, которые проповедовал Ф.М. Достоевский и другие мыслители прошлого века: люди не виноваты, что не все они честны, благородны, готовы к самопожертвованию, что они такие, какие они есть, — жадность, агрессивность, эгоизм тоже неотделимы от них. И тем не менее они достойны любви. Такова судьба, такова история развития биологического вида «гомо сапиенс», таковы те алгоритмы эволюции, которые управляют нашим развитием. И люди еще не знают, что, не изменив надлежащим образом своего поведения, своего отношения друг к другу, не сменив шкалы ценностей и своих взаимоотношений с окружающей средой, они обрекут себя, свой род, на деградацию и вымирание.
17.8.3. Ноосферный гуманизм и проблемы экологии
Ноосферный гуманизм — это гуманизм, дополненный с экологических позиций. В связи с потребительским отношением к природным ресурсам и накоплением отходов производства нагрузка на биосферу быстро возрастает и приближает ее к критическому состоянию. Экологические кризисы, как считают, ученые, в будущем неизбежны. Человечеству для своего бескризисного состояния нужно вписываться в естественные биохимические циклы. Но превращение современной биосферы в подлинную ноосферу будет противоречивым и мучительным. Потребуется переход от принципа количественного роста накопления материальных богатств за счет разрушения биосферы Земли к принципу возвышения Разума и духа лишь при необходимом материальном достатке. Ноосферный гуманизм требует обеспечения:
? высшего уровня жизни человека;
? высшего уровня качества среды обитания человека;
? условий для беспредельного интеллектуального процесса.
Для этого нужно изменить акценты в человеческой активности. Оказывается, чтобы сохранить природу и себя, человек и общество должны меньше преобразовывать природу, а больше преобразовывать себя. По глубокому убеждению В.И. Вернадского, именно вхождение в ноосферу человечества должно стать основой прочного мира без войн и расовых отличий, единого в экономическом и информационном отношении, построенного на высокой сознательности и нравственности.
ТЕМА 18. ЭКОЛОГИЯ. ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ
Термин «экология» стал применяться еще в XIX Его буквальный перевод с греческого означает «изучение собственного дома». Первоначально этот термин употреблялся тогда, когда речь шла об изучении взаимосвязи между растительными и животными существами и окружающей средой. Но постепенно пришло понимание того, что и человек, и его образ мыслей, и его образ жизни, и его судьба — все это неотделимо от окружающей среды и составляет ее часть. И его взаимоотношение с природой — воздействие на природу в процессе жизнедеятельности и обратное влияние оскудевшей природы на развитие человека и общества — должно стать предметом специального изучения.
Единство планеты определяет высокую степень интеграции современных экологических исследований. Имеющая отчетливый глобальный характер, экология человека опирается сегодня на достижения практически всех отраслей современного естествознания. Она широко использует закономерности и принципы самых различных наук. Однако сегодня экология находится на начальной ступени развития и еще не достигла высоты, отличающей другие науки, т.е. стадии, которая характеризовалась бы систематизированной формулировкой точных и определенных закономерностей.
Причины этого кроются в следующем:
1. Сложность экологического материала.
2. Необъятность экологического материала.
3. Значительная неупорядоченность экологического материала.
Экология — это комплексная отрасль современного научного знания, изучающая закономерности взаимоотношения растений, животных и человека между собой и их отношение к среде обитания. Основным объектом изучения в современной экологии являются: ? биологические системы различных уровней — популяции, виды, биоценозы и биосфера;
? их организация и взаимодействие;
? их функционирование.
В условиях научно-технического прогресса особое значение приобретает изучение взаимодействия общества и природы, человека и биосферы. Сложившийся в ходе социально-экономического и научно-технического развития тип «обмена веществ» между обществом и природой часто не вписывается в естественную структуру биосферы. В этих условиях важно уметь определить допустимые пределы воздействия человека на природу. Экология призвана стать научной основой по использованию и охране природных ресурсов, сохранению среды в благоприятном для жизнедеятельности человека состоянии.
Американский ученый Б, Коммонер построил систему законов экологии, представляющую собой методологическое обобщение экологического опыта современности.
18.2.1. Законы экологии Коммонера
1. Все связано со всем. Этот закон охватывает живую динамику сложных и разветвленных экологических цепей. Он повторяет диалектический материализм, утверждающий всеобщую связь вещей и явлений. На более конкретном уровне он является обобщением кибернетического характера.
2. Все должно куда-то деваться. Это неформальная перефразировка основного физического закона — фундаментального закона сохранения. Он ставит одну из труднейших проблем экологии — проблему ассимиляции биосферных отходов человеческой цивилизации. Ассимиляция (от лат. assimilatio — усвоение, слияние), с биологической точки зрения, — это усвоение питательных веществ живыми клетками.
3. Природа знает лучше. Это положение распадается на два относительно независимых тезиса:
а) назад к природе (отражает возросшее в последние годы желание иметь дачи, огороды);
б) призыв к осторожности в общении с природными экосистемами. Здесь используется кибернетический принцип — устойчивость некоторой системы находится в прямой зависимости от образующих ее элементов и подсистем. 4. Ничто не дается даром. Объединяет в себе три предыдущих закона.
Глобальная экосистема — это единое целое, в рамках которого ничто не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения. Все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать. Он может быть только отсрочен.
Первый и четвертый законы экологии Коммонера прослеживают внутреннюю связанность и системную целостность человеческого мира. Четвертый закон — это неформальное повторение второго начала термодинамики.
18.2.2. Второе начало термодинамики и экология
Вопрос о применимости второго начала термодинамики к живым системам и биосфере не раз ставился перед учеными. Ярко выраженная тенденция живых систем к неравновесности заставляет некоторых естествоиспытателей усомниться в возможности действия второго начала термодинамики в области живого. Существует мнение, что равновесие характеризуется состоянием покоя и симметрии, асимметрия же связана с движением и неравновесным состоянием. Понятие равновесия играет в биологии не менее значимую роль, чем в физике. Всеобщий закон биологии — принцип устойчивого термодинамического равновесия живых систем — определяет специфику биологической формы движения материи. Действительно, устойчивое термодинамическое равновесие (асимметрия) является основным принципом, который не только охватывает все уровни познания живого, но выступает в качестве ключевого принципа в постановке и решении проблемы происхождения жизни на Земле.
Понятие равновесия может быть рассмотрено не только в статистическом аспекте, но и в динамическом. Симметричной считается среда или статистическая система, находящаяся в состоянии термодинамического равновесия, среда с высокой энтропией и максимальным беспорядком частиц. Асимметричная среда характеризуется нарушением термодинамического равновесия, низкой энтропией и высокой упорядоченностью структуры.
При рассмотрении целостного объекта картина меняется. Симметричные системы (кристалл) характеризуются состоянием равновесия и упорядоченности. Но асимметричные системы (живые тела) также характеризуются равновесием и упорядоченностью с тем только различием, что в последнем случае имеем дело с динамической системой. Таким образом устойчивое термодинамическое равновесие (или асимметрия) статистической системы есть другая форма выражения устойчивого динамического равновесия (асимметричные динамические системы) высокой упорядоченности и структурности организма на всех его уровнях. Нужно только указать, что структурность носит динамический характер.
Ясно, что живое подчиняется физическим законам так же, как и неживое. Парадокс неравновесности — кажущееся явление. Абсолютное стремление к термодинамическому равновесию присуще лишь замкнутым системам, а биосфера, как и каждый отдельный организм, является принципиально открытой системой, на протяжении всей своей истории получающей энергию и негаэнтропию (информацию). Поэтому не было бы нужды связывать проблему окружающей среды со вторым началом термодинамики, если бы этот закон ограничивал сферу своего действия только на термодинамику.
Заложенный во втором начале термодинамики принцип (в замкнутой, т.е. изолированной, системе в тепловом и механическом отношении энтропия остается либо неизменной, если в системе протекают обратимые, равновесные процессы, либо возрастает при неравновесных процессах и в состоянии равновесия достигает максимума, другими словами: тепло не может передаваться от более холодного к более нагретому телу без каких-либо изменений в окружающей среде или самой системе) носит более общий характер и выходит далеко за рамки действия термодинамики. Теория открытых систем имеет системные законы, которые проявляются в виде аналогий.
Проявление второго начала термодинамики в специфической форме в экологии можно раскрыть с помощью двух родственных принципов:
? принцип ярусности;
? принцип относительной замкнутости.
Принцип ярусности означает, что каждая конкретная экосистема может поглощать негаэнтропию среды только в пределах своего яруса (имеются в виду ярусы пищевой пирамиды в экологии: хищники не могут поддерживать жизнедеятельность своего организма при помощи травы, травоядным нет никакой пользы от углекислого газа, солнечного цвета, обеспечивающих рост растений и т.д.).
Рассмотрим теперь принцип относительной замкнутости. Каждая конкретная экосистема в пределах экологической ниши, являющейся открытой системой, будет вместе с тем замкнутой по какому-нибудь параметру, жизненно важному для обитателей данной ниши. Например, если популяция рыси поедает всех кроликов в своей округе, она обречена на гибель, несмотря на наличие других, но биологически не пригодных для рыси источников негаэнтропии. Таким образом, по «кроличьему параметру» экосистема рысь — кролик как биотип оказалась замкнутой.
18.2.3. Взаимопронизывающие уровни метасистем
С точки зрения экологии человека, можно выделить множество взаимопронизывающих уровней метасистем: человек — воздух; человек — вода; человек — почва; человек — животный мир; человек — шумы. На каждом уровне человек действует одним и тем же способом: черпает негаэнтропию, поэтому каждому уровню потенциально грозит разрушение. Рассмотрим более подробно некоторые из этих уровней.
18.2.3.1. Уровень «человек — воздух»
Размеры воздушного океана, окружающего нашу планету, колоссальны: его вес составляет около 5 000 трлн т. На каждого жителя земного шара приходится по 2,5 млн тонн воздуха. Первостепенную важность для жизни человека имеет сохранение кислородного равновесия. За последние 100 лет уничтожено 245 млрд т кислорода, а вместо него в атмосферу поступило 300 млрд т углекислого газа.
Потребление кислорода при современном уровне развития техники достигает 0,1 от его общего количества, образующегося в процессе фотосинтеза. Кислород сгорает в фабричных печах, двигателя кораблей, автомобилей, ракет, самолетов и т.д.
При перелете через Атлантику одним самолетом потребляется примерно 70—150 т кислорода. Как показывают проведенные исследования, французско-британский «Конкорд» «проглатывает» каждую секунду 700 кг воздуха, а 320 млн автомобилей потребляют больше кислорода, чем все население Земли. Каждый человек за сутки потребляет около 300 л кислорода, а спортсмены — значительно больше.
От загрязнения воздуха страдают в первую очередь жители больших городов и промышленных центров. Города нередко покрывает «смог» в виде колпака, достигающего высоты 2,5 км. Подсчитано, что за минуту житель села вдыхает приблизительно 40 млн частиц пыли, а житель города за то же время наполняет легкие миллиардом пылинок, вызывающих болезни и даже смерть. По данным журнала «Шпигель», в Детройте человек вдыхает в день такое количество вредных газов, которое равноценно выкуриванию 25 сигарет, а работник транспорта в центре Лондона — такое количество газов, которое по отрицательному воздействию равно 100 выкуренным сигаретам. Полиция Токио во время транспортного пика сменяется на улицах города каждые полчаса, чтобы какое-то время подышать кислородом из металлических баллонов.
Концентрация загрязнения в воздухе растет со скоростью перемешивания холодных и теплых слоев воздуха. Теплый воздушный слой препятствует распространению загрязнения. Расчеты показали, что особенно в странах с развитой промышленностью потребление кислорода в количественном отношении больше того «производства» кислорода, которое дают растения той или иной страны или региона.
И тем не менее доля кислорода в атмосфере не снижается. Американские ученые, проводившие исследования с космического корабля «Аполлон-16», пришли к заключению, что Земля имеет еще один источник кислорода — водяной пар, разлагающийся в верхних слоях атмосферы на кислород и водород под действием ультрафиолетовых лучей. Ученые предполагают, что таким образом кислорода производится гораздо больше, чем потребляется.
Влияние на климат оказывают и следы водяного пара, образуемого за реактивным двигателем самолета. Ученые считают, что плотность воздушного сообщения усиливает формирование облаков над Атлантикой примерно на 10%. Учитывая, что облачность снижает температуру на поверхности Земли, можно утверждать, что если облачный покров будет на 5% выше среднего, то могут наступить условия, аналогичные тем, которые были в эпоху обледенения. Некоторые ученые утверждают, что интенсивность воздушного сообщения в два раза повышает облачность над районами полетов. Моделью охлажденной Земли может служить Марс, в атмосфере которого непрестанно возникают пыльные бури, а на поверхности преобладают пустыни.
С другой стороны, повышение содержания углекислого газа в атмосфере создает «парниковый эффект»: атмосфера пропускает солнечную радиацию, а в обратном направлении теплового излучения не происходит. В атмосфере постоянно накапливается углекислый газ: при сгорании топлива в атмосферу ежегодно поступает не менее 1010 т углекислого газа, создающего отражающую способность атмосферы. Кроме того, в составе воздуха имеется и природный газ, образующийся при вулканических извержениях, при дыхании людей и животных и т.д.
Углекислый газ циркулирует между атмосферой и океаном, причем в океанах его концентрация в 60 раз выше, чем в воздушной среде. Каждый год растительность Земли поглощает из воздуха около 160 млн т углекислого газа. Но так же ежегодно известняк, разлагающийся в верхних слоях земной коры, пополняет поглощенное количество углекислого газа. Так функционирует сама природа. Существует мнение, что к 2000 г. содержание углекислого газа в атмосфере увеличится на 20%, т.е. достигнет 0,0379%, а этого достаточно, чтобы вызвать повышение температуры на всей планете и растопить льды. Моделью разогрева является атмосфера Венеры. Однако в природе две противоположные тенденции — охлаждение и разогрев, — происходят одновременно, взаимно компенсируя друг друга.
Ученые Австралии пришли к заключению, что озон, охраняющий жизнь на Земле от губительного действия ультрафиолетового излучения, постепенно исчезает в верхних слоях атмосферы. По их расчетам в течение 10 лет концентрация озона ниже 30 км снизилась прежде всего в тех районах, где наиболее жарко. Огромное количество озона скапливается в крупных городах с интенсивным автомобильным движением. Озон раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательных путей человека, вызывая воспаление легких, головную боль и т.п.
Слой озона содержится в стратосфере в полосе от 25 до 60 км над поверхностью Земли. Учеными подсчитано, что Землю окружает около 5 млрд т озона. Разрушителями озона являются хлорфторуглеводороды (CFC) и другие газы, содержащие хлор, которые используются в аэрозольных упаковках, холодильниках, кондиционерах, для производства пенополиуретана, очистки деталей в электроэлектронике и т.д. Именно эти вещества, по мнению ученых, являются причиной появления озоновой дыры над Южным полюсом и аналогичной дыры в Арктике, центр которой приходится на Шпицберген.
Вред, наносимый фреоновым газом, не ограничивается только его местным действием. Самым страшным является то, что хлористые и фтористые углеводороды, не задерживаясь внизу, поднимаются в стратосферу, где могут существовать от 70 до 100 лет, уничтожая молекулы озона. Последствия даже частичного разрушения озонового слоя могут оказаться катастрофическими, так как сильные ультрафиолетовые лучи, достигающие поверхности Земли, лишенной защитного фильтра, могут вызвать большое количество заболеваний раком кожи, нанести серьезный ущерб растительности и морской экосистеме, планктону и т.п. В настоящее время действует соглашение, подписанное десятками стран, предусматривающее постепенное сокращение производства фреонового газа вплоть до полного отказа от него.
Уголь, нефть и природный газ дали толчок индустриальной эпохе, и вполне вероятно, что их будут еще использовать в огромных количествах, по крайней мере, в течение столетия. Выделяющийся в процессе горения углекислый газ вызывает гипоксию, ослабление дыхания, сердечную недостаточность. Выделяющаяся в процессе горения окись углерода обладает еще большей токсичностью и может приводить к ослаблению многих жизненных функций. По данным американского агентства по защите окружающей среды, только в США ежегодно в атмосферу выбрасывается около 20 млрд т сернистого газа. По данным Всемирной организации здоровья, свыше 1 млрд человек живут в условиях чрезвычайной концентрации в атмосфере твердых частиц. В Афинах, например, в дни повышенного загрязнения воздуха умирает людей в 6 раз больше, чем в обычные дни.
Исследования в Англии и США показывают, что из-за загрязненности воздуха большие города получают на 15% меньше солнечных лучей, на 10% больше осадков в виде дождя, града и снега. В целом загрязнение атмосферы приносит ежегодный ущерб в 18 млрд долл.
18.2.3.2. Уровень «человек — вода»
Поверхность Мирового океана составляет около 70% всей площади земного шара. Океан является огромной фильтрующей системой Земли, а также крупнейшим носителем энергии. Процессы океанических течений определяют ветры, вращение Земли, различия в плотности морской воды, вызванные колебаниями температуры и солености, количество кислорода, поступающего в атмосферу, и многие другие явления.
Большую тревогу вызывает загрязнение поверхности океана. От вредных стоков гибнут реки, озера, моря. Сточные воды очищаются лишь на половину, причем в них остаются остатки моющих средств и некоторые другие химические вещества. В загрязненной воде гибнут рыба и растения. Кислотные дожди уничтожили рыбу в Скандинавии, загрязнены Ладожское озеро и Байкал, Великие озера США и Канады, Рейн превращен в сточную канаву.
Загрязнение воды становится источником заболеваний человека — тифа, детского паралича и т.д. Попадание в воду многих химических соединений — калия, фосфора, азота и др. — способствует бурному размножению некоторых бактерий и водорослей, приводящих к истощению запасов кислорода. Большое количество воды, содержащей вредные химические соединения, попадает в Мировой океан, в котором уже находятся огромные массы пластмасс, моющих средств, ядохимикатов, радиоактивных и других веществ.
В океан ежегодно попадает 200 тыс. т свинца, 1 млн т углеводорода, около 5 тыс. т ртути, пестициды и др. Нефтяной бум привел к гигантскому росту морских перевозок нефти, быстрому расширению танкерного флота и «взрывному» увеличению размеров судов. Самый большой танкер в 1954 г. имел водоизмещение около 30 тыс. т, ныне же танкеры имеют водоизмещение более 500 тыс. т. Поток танкеров достигает максимальной густоты у побережья Африки, достаточно велик на севере Франции. Каждая катастрофа супертанкера в открытом море влечет за собой страшные экологические последствия, заключающиеся в загрязнении морской воды у побережья, пляжей, гибели морской флоры, фауны, птиц. Даже тончайший слой нефти препятствует проникновению кислорода в воду, приводит к гибели морские организмы.
Огромный вред наносят кислотные дожди. Они были обнаружены в 50-х гг. нашего столетия после создания Европейской системы контроля за химическим составом атмосферы. Это явление связано прежде всего с увеличением использования минерального топлива. Рассмотрим, что означает понятие «кислотные дожди». Кислотность соединения выражается показателем рН. Нейтрально чистая вода имеет показатель рН = 7, и он является критерием, говорящем о концентрации ионов водорода. Все показатели ниже 7 указывают на возрастание кислотности. Дождь по своей природе уже обладает кислотностью (уровень рН составляет примерно 5,6), так как он впитывает углекислоту из углекислого газа, содержащегося в атмосфере (вспомним, как раньше мыли голову дождевой водой, чего сейчас делать совершенно нельзя). Уже здесь скрывается причина нарушения равновесия. Данные, полученные в настоящее время указывают на повышенную кислотность дождей: в Португалии рН = 4,9; в Ирландии так же, как и в континентальной Европе, рН = 4,1. В некоторых районах уровень рН достигает 3. В 60-х гг. в полосе от севера Франции до Скандинавии еще были более или менее нормальные показатели в дождевой воде: рН = 4+4,5. Но дорога ветров от США и индустриальных центров действовала: в 1973—1975 гг. показатели ухудшились, снизились до 2,7-5-3,5 рН. В одном из районов Шотландии они уменьшились до 2,5 рН. А это значит, что дождевая вода стала здесь как разбавленный уксус. Последствия известны: 70% озер Южной Норвегии, где пока показатель ниже 4,3 рН, стали непригодны для рыбы. За последние годы из озер Норвегии исчезли сначала лосось, а затем и форель. Аналогичные показатели наблюдаются в Швеции, на северо-востоке США, в некоторых районах Канады. Кислотные дожди выпадают в 4,5 тыс. километров от промышленных индустриальных очагов Северной Америки и Западной Европы. Пробы дождевой воды в районах Гавайских островов дали результаты, близкие к северо-востоку США. На территорию нашей страны через западную границу вместе с дождями ежегодно поступает более 3 млн т двуокиси серы, более 2,4 т серной кислоты и сульфатов. Это, соответственно, в 9 и 13 раз больше, чем уходит в обратном направлении.
Повышенная кислотность наносит вред растительности. Объективные данные о том, какое воздействие загрязненные осадки оказывают на растительность, содержат материалы ежегодных наблюдений за состоянием леса, проводимые в ряде европейских стран. В отчете, например, за 1988 г., подготовленном экологической комиссией ООН, говорилось, что во всех 25 обследованных в Европе регионах есть признаки заболеваний леса, причем в 22 регионах повреждено не менее 30% общей площади лесов, а в 8 регионах — не менее половины. Всего на европейском континенте за период обследования заболеваниям было подвержено около 50 млн га леса, и эта площадь продолжает увеличиваться. В ФРГ в 70-х гг. были уничтожены целые леса за счет поражения листьев. В Голландии в 1986 г. было уничтожено 30% деревьев, а в Чехословакии и Швейцарии — 16%.
Загрязненные осадки попадают и в водоемы. Там кислоты взаимодействуют с имеющимися в данной почве металлами (алюминием, ртутью и др.), заражают ими воду, а через нее и рыбу. Попадая в водопроводы, кислоты способствуют вымыванию вредных металлов из труб, что загрязняет питьевую воду. Такие явления наблюдались в США и Швеции после выпадения кислотных дождей.
Загрязнение окружающей среды не имеет границ: воздушные массы переносят кислотные дожди из одной страны в другую, нанося огромный ущерб природе и вызывая серьезные разногласия. Самый серьезный ущерб в настоящее время нанесен Европе, но угрожающие сигналы поступают и с менее загрязненных континентов, например, из Австралии, Центральной Африки, Китая. Причиной считается минеральное топливо, выделяющее 50% серы. Самое вредное вещество — серный ангидрид, который, взаимодействуя с влажным воздухом, превращается сначала в ионизированный сульфат, а потом в сернистую кислоту. Окись азота, выделяемая тепловыми электростанциями и выхлопными газами, также способствует повышению кислотности дождей, превращаясь при взаимодействии с водяными парами в азотную кислоту. Но цепочка «дальнего воздействия», начинающаяся на заводских территориях и проходящая через осадки во внутренние воды, на этом не заканчивается. На кислых почвах в растительность активно внедряется кадмий и есть опасность попадания его в организм человека.
18.2.3.3. Уровень «человек — почва»
Обоснованную тревогу вызывает также нарушение химического равновесия в окружающей среде. Это происходит из-за больших потерь сырья при его добыче и переработке. Опасность для живых организмов и человека химического загрязнения усугубляется еще и тем, что они способны аккумулировать элементы и соединения, не участвующие в обмене веществ и не подлежащие разложению. Загрязнение окружающей среды связано и с ростом населения. Простейшая зависимость между этими факторами состоит в том, что чем выше численность населения, тем больше ущерб, который наносит окружающей среде отдельный человек.
Усиленно вырубаются леса, особенно тропические, а ведь лес — это «завод» по производству кислорода и поглощению углекислого газа, образующегося при сгорании, гниении, дыхании. Естественное загрязнение окружающей среды, вызываемое извержением вулканов, лесными пожарами и т.п., не наносило существенного ущерба биосфере, так как она обладает восстановительными функциями.
Совсем другое дело — индустриальные производства. В мире ежегодно выплавляется около 800 млрд т различных металлов, рассеивается на полях свыше 300 млн т минеральных удобрений и до 4 млн т различных ядохимикатов. Резко увеличился выход земель из сельскохозяйственного оборота, растет эрозия почвы, а значит, под угрозой производство продовольствия.
В нормальных условиях содержание кадмия в почве не выше 0,1 мг на 1 кг, но в некоторых районах, например, в ФРГ оно доходит до 50 мг. Еженедельный журнал «Шпигель» писал, например, что в земле Северный Рейн — Вестфалия 58% обследованных сосен оцениваются как «больные», около Мюнхена, в живописном альпийском районе, столетние сосны умирают. Не выдерживает кислых дождей не только лес, но и камень: скульптуры всемирно известного Кельнского собора выветрились и пострадали за последние несколько десятков лет больше, чем за предыдущие столетия.
Цивилизация стала «цивилизацией отбросов»: каждый средний гражданин США выбрасывает за год 82 кг бумаги, 250 металлических банок, 388 бутылок — всего 1 т отбросов. К этому надо добавить 7 млн автомобилей в год, идущих на металлолом и 100 млн шин. Ориентация на индивидуальный транспорт вместо общественного продиктована автомобильными монополиями и вызвала к жизни тотальную автоматизацию со всеми ее последствиями: давлением на топливные ресурсы, среду, жизнь больших городов, задыхающихся от «транспортного коллапса».
В XIX в. люди использовали в хозяйстве около 50 видов различных видов минеральных ресурсов, ныне же их число превышает 100. К началу 90-х гг. ежегодное потребление первичного минерального сырья в мире достигало 14 млрд т, т.е. около 3 т на одного человека.
18.2.4. Анализ законов экологии
Сведение воедино проблемы взаимопронизывающих уровней метасистем и составляет суть экологической проблемы современности. Например, четвертый закон Коммонера: ничто не дается даром. Долгое время гидроэнергия рек считалась даровым продуктом природы. Но практика использования гигантских гидроэлектростанций выявила негативный экологический механизм: отнимая кинетическую энергию у воды, человек уменьшил скорость ее течения, а это приводит к заболачиванию рек и водохранилищ и локальному изменению климата. Вмешательство в глобальный круговорот воды оказалось не бесплатным. Такие же проблемы стоят и в атомной энергетике: расплата — раковые заболевания.
18.2.5. Дополнительные законы экологии
Практика и теория современных экологических законов заставляет дополнить систему из четырех законов Коммонера еще двумя законами:
5. Каждый шаг должен быть под контролем.
6. Все надо предвидеть заранее.
Эти законы затрагивают две важнейшие проблемы:
? рациональное природопользование;
? экологический прогноз.
18.3. ПРОБЛЕМА РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
Проблема рационального природопользования означает возможность управления природными экосистемами. Рациональное использование природных ресурсов имеет целью:
? обеспечение и дальнейшее улучшение существования человеческого общества;
? максимальное использование всех необходимых природных ресурсов;
? предотвращение, снижение и уничтожение возможных вредных последствий производственных процессов человеческой деятельности.
О необходимости управления большими экосистемами и биосферой в целом говорится все чаще. Основными условиями правильного использования природных ресурсов Земли являются:
? изучение законов природы и ее компонентов в их взаимодействии;
? определение потенциальных возможностей природной среды;
? прогнозирование изменений природы под влиянием хозяйственной деятельности человека.
18.3.1. Принципы охраны природы
Охрана природы — это совокупность международных, государственных и локальных административных, технологических, плановых, управленческих, экономических, политических и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование, воспроизводство и сохранение природных ресурсов Земли и космического пространства.
Основные направления охраны природы:
1. Охрана в процессе её использования. Так как человеческое общество и природа едины, процессы использования природы и ее охраны взаимосвязаны. Установление наиболее полного сбалансированного антропогенного (возникающего в результате деятельности человека) обмена есть задача, которую надо разрешить.
2. Всеобщая взаимосвязь и взаимозависимость в биосфере определяют необходимость комплексного подхода к использованию природных ресурсов. Например, река — место жизни рыб, водоплавающих птиц — это источник орошения земель, питьевой воды, накопитель биогенных веществ. Но река может быть использована и для строительства электростанций и т.д. Использование ее должно быть комплексным, множественным.
3. Необходим рациональный подход к природным ресурсам. Природохозяйственная деятельность должна быть ориентирована на особенности конкретного региона, например, рубка леса возможна в районах, где леса много и он не освоен и недопустима в густонаселенных районах, в верховьях рек.
4. Экологические исследования. Экологический подход — обязательное условие при планировании вмешательства человека в природу, в том числе и путем природоохранительных мероприятий. Взаимозависимые связи в биоценозах определяют положение: полная охрана или эксплуатация одного из членов биоценоза будет сказываться и на других его элементах, например, охрана лося, приводящая к его перенаселению, наносит ощутимый вред лесу.
18.3.2. Принципы защиты биосферы
В решении общей проблемы защиты биосферы большое перспективное значение имеет решение основных научно-технических проблем:
1. Разработка экономических методов обследования различных шахтных и промышленных сточных вод с целью очистки сточных вод от вредных примесей, основанных на использовании последних достижений дистилляции, электролиза, мембранной и ионообменной технологий.
2. Создание химических и физико-технических методов захоронения в изолированные, глубинные пласты Земли высокотоксичных отходов. Создание соответствующего аппаратурного герметического обеспечения.
3. Использование научных методов переработки твердых и жидких отходов и их утилизация.
4. Разработка высокоэффективных методов для улавливания окислов азота, сернистого газа, окиси углерода и других кислых и щелочных газов.
5. Дальнейшее освоение новых источников энергии — энергии ветра, солнца, геотермального тепла и т.д. — и включение их в большую энергетику.
6. Создание научных основ системы технико-экономических показателей, не допускающих внедрения в производство процессов, приносящих ущерб окружающей среде.
18.3.3. Мероприятия по охране природы
В деле охраны природы недопустимо медленное использование достижений научно-технического прогресса. Необходимы решительные меры правового, экономического и воспитательного характера, так как каждое живущее поколение отвечает перед потомками, перед историей за оставленную им среду обитания.
18.3.3.1. Охрана земель и недр
Почва — неизменный природный ресурс. Основными мероприятиями по охране почв являются:
1. Защита почв от эрозии:
а) агротехнические мероприятия (углубление пахотного слоя, безотвальная обработка почвы и т.п.);
б) создание ветроустойчивого поверхностного слоя (узкорядный и перекрестный способ посева и т.д.);
в) снегозадержание;
г) лесомелиорация;
д) гидротехнические сооружения.
2. Охрана почв от засолонения и заболачивания:
а) дренаж территории;
б) создание лесополос по каналам;
в) гипсование;
г) трехъярусная вспашка.
3. Защита почв от загрязнения. Источниками загрязнения почв являются:
? животноводство;
? нефтедобыча;
? аэрозоли;
? выпадающие с осадками бытовые и промышленные отходы;
? синтетические соединения;
? удобрения;
? промышленные стоки и т.п.
Мерами борьбы с загрязнениями служат:
а) установка очистных сооружений;
б) разумное использование химикатов при обработке почв и т.д.;
4. Закрепление и освоение песков.
5. Рекультивация земель — процесс восстановления разрушенных земель.
Необходимая охрана недр диктуется тем, что минеральные ресурсы относятся к разряду исчерпаемых и разработка месторождений влияет на другие природные ресурсы:
? почвенный покров;
? подземные воды;
? леса и т.д.
Пути рационального использования и охраны невозобновляемых природных ресурсов включают:
? комплексное применение полезных ископаемых;
? борьбу с потерями при добыче;
? транспортировку и переработку сырья;
? утилизацию отходов продуктов переработки.
Во всем подразумевается комплексное использование, например:
? большинство руд кроме основного компонента содержит другие ценные соединения, которые необходимо использовать;
? при утилизации отходов извлекается дополнительное количество ценных компонентов.
Например, шлаки содержат цветные металлы; ценные вещества извлекаются из отходящих газов, пыли, водостоков. Это необходимо не только для получения дополнительного сырья, но и для предотвращения загрязнения среды.
Сейчас мировые запасы многих веществ, добываемых в недрах, быстро убывают. Поэтому нужно экономить эти виды ценных веществ, заменяя их синтетическими продуктами, получаемыми из более распространенного сырья. Это тоже является принципом рационального природопользования.
Запасы пресной воды на Земле не безграничны. Основной задачей охраны водных ресурсов является защита вод морей, океанов, рек и озер от загрязнения. Существует множество способов очистки сточных вод для предотвращения загрязнения.
Рациональное использование воды. Для предотвращения загрязнения водоемов идеальным способом является переход к замкнутым циклам производства, которые базируются на следующих принципах:
1. Создание на предприятиях единой системы водного хозяйства.
2. Водоотведение и очистка сточных вод перед их повторным использованием.
3. Водообеспечение в основном за счет очищенных производственных, городских сточных вод.
4. Утилизация извлеченных из сточных вод ценных компонентов.
Экономия воды может дать сокращение водяного охлаждения за счет других его способов (например, воздушного). Способом рационального использования воды может служить использование сточных вод, не содержащих вредных примесей, для орошения земель.
18.3.3.3. Охрана воздушной среды
Основные источники загрязнения воздушной среды — промышленная деятельность человека и развитие автотранспорта. Выходом из ситуации, когда почти все предприятия в силу объективных причин загрязняют воздушную среду, может явиться создание очистных сооружений, переход на технологии, менее чувствительные для окружающей среды (например, создание электромобилей).
Замена нефти углем в качестве топлива для электростанций влечет за собой увеличение загрязнения воздуха. В связи с этим пытаются все больше увеличить высоту труб. В 60-х гг. рекордом была высота 100 м, в 80-х — 300 м, сейчас — свыше 400 метров (в Онтарио). Это помогает покончить с такими локальными следствиями загрязнения окружающей среды, как смог, но намного расширяет ореол загрязнения, в который попадают и другие страны.
Мероприятиями, направленными на предотвращение и предупреждение загрязнения воздуха, являются:
1. Улучшение существующих и внедрение новых технологий.
2. Улучшение состава топлива.
3. Рациональное размещение источников вредных выбросов.
Сильные шумы вызывают раздражение нервной системы, расстройство слуха и т.д. Эти факторы являются главной причиной для борьбы с шумовыми загрязнениями. Меры, направленные на снижение шума, следующие:
1. Посадка зеленых насаждений. Зелень поглощает до 20% падающей на нее звуковой энергии.
2. Создание шумозащитных экранов в виде зданий бытового обслуживания, прозрачных экранирующих барьеров и т.д.
18.3.3.5. Охрана растительности
Мир растений — это источник жизни на Земле. Существование животных и человека невозможно без растений, дающих кислород и пищу. Поэтому охрана растений — одна из основных задач рационального природопользования. Охрана растительности осуществляется в следующих направлениях:
1. Борьба с лесными пожарами. Лес — это не случайное хаотическое скопление деревьев, кустарников. Это сложное сообщество древесных и травянистых растений, экологически связанных между собой и находящихся в тесном единстве с животным миром. Лес смягчает влияние холодных ветров и суховеев, улучшает климат. Более 60% биологически активного кислорода дают леса. Велико значение леса и в охране водных ресурсов. Между тем самые производительные тропические леса уничтожены на 40% и сотни гектаров леса гибнут при пожарах. Можно выделить следующие мероприятия по охране леса от пожаров:
? создание противопожарных барьеров — квартальных просек;
? посадка лиственных опушек и т.д.
2. Борьба с вредителями и болезнями леса.
3. Защитное лесоразведение.
4. Охрана природных сенокосов и пастбищ.
5. Охрана отдельных видов растений.
Охрана животных тесно связана с охраной растительности, почв, воздушной и водной среды. Вымирание видов животных связано с загрязнением среды, прямым истреблением, изменением ландшафта и т.д.
Для охраны животных создаются заповедники, питомники для разведения исчезающих видов, устанавливаются нормы отлова и отстрела и т.д. Каждый спасенный от гибели вид — это сохраненный для народного хозяйства природный ресурс. Каждый погибший вид — безвозвратно утерянные возможности обогащения человечества.
18.4. ЗАКОН НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ В ЭКОЛОГИИ
В последние годы актуальными стали ресурсосберегающие технологии, отражающие принцип рационального природопользования и ставящие целью полное и комплексное использование ресурсов. Эта цель достигается разнообразными способами. Возможность рационального управления включает в себя сознательный контроль бесконечного множества взаимосвязанных естественных процессов. И здесь действует кибернетический принцип необходимого разнообразия — теорема Эшби, смысл которой состоит в том, что эффективное управление возможно лишь тогда, когда внутреннее разнообразие управляющей системы не уступает внутреннему разнообразию систем управления.
Кибернетический закон необходимого разнообразия применительно к экологии приобретает иную окраску и иную форму. Как специфический экологический закон его можно сформулировать так: внутреннее разнообразие (сложность) человеческого общества как регулятора природы должно в своем развитии опережать внутреннее разнообразие (сложность) воздействия человека на природу, т.е. сумма наших знаний о природе должна опережать ту оперативную информацию, которая постоянно прибывает с фронта нашего взаимодействия с природой. Предвидение последствий природопреобразовательных мероприятий должно предшествовать реализации этих мероприятий.
18.4.1. Проблема «человек — Вселенная»
Экологической нишей человека является Вселенная. Вопрос о возможности управления Вселенной отпадает, так как сложность человека меньше сложности Вселенной, всего гигантского целого. Бэкон, Гоббс, Декарт, Спиноза утверждали, что без научного освоения действительности невозможны реальная история человеческого общества, его социальный и научный прогресс. Спиноза говорил: «Активность мыслящего существа находится в прямой зависимости от адекватности его идей». Чем активнее человек расширяет сферу своей деятельности, тем адекватнее его идеи, тем выше власть над внешними обстоятельствами. Совершенное мышление человека должно быть в согласии с абсолютной всеобщей необходимостью природного целого.
Здесь уже кроется положение о тождественности человека природе, конкретные исторические моменты которой нашли развитие в идеях Гегеля, Маркса, Вернадского. В.И. Вернадский впервые поставил вопрос о рациональном контроле над окружающей средой. Ноосфера В.И. Вернадского — это сфера материального, в котором в качестве управляющего, регулирующего фактора господствует имеющий материальную природу Разум человека. Это господство — не покорение, не подавление природы, а гармонизация отношений человека с природой.
В фиксированный момент истории человечества развитие общества уступает природе в аспекте своей внутренней сложности, но развитие человека, прогресс его разума, его науки в корне меняет дело. На арену выходит вопрос о соотношении внешнего и внутреннего в развитии человеческого общества.
На каждом этапе человеческой истории человеку, чтобы жить и выжить, приходится вырабатывать соответствующие формы и способы адаптации. Механизмы адаптации человека к миру в самом общем смысле и есть тип культуры. Общим основанием всех типов культуры должен быть гуманизм, признающий ценность человека как личности, его права на свободное развитие и проявление своих способностей. Именно гуманизм, иначе жизнь не могла бы развиваться. Таким образом, гуманизм есть сущностное содержание культуры. Историческое развитие гуманизма возвеличивало человека. Однако сегодня стоит проблема новой адаптации человека к миру. Культура перестала быть гуманистической.
Необходимость органически совмещать природоохранную и природопреобразующую деятельность является насущной задачей, требующей от каждого участника материального производства высокого профессионализма, широкого кругозора, развитой культуры. Культура не может рассматриваться как особое «внеприродное» образование, служащее средством покорения природы. Она выступает продуктом взаимодействия «человек — природа».
18.4.3. Экология, право и мораль
В свете нынешних экологических проблем следует вносить коррективы и в такие нормы общественного сознания, как мораль и право. Сейчас, когда состояние природы стало самым тесным образом зависеть от деятельности людей, в морально-правовом регулировании стало нуждаться и пользование объектами дикой природы. Это использование может быть активным и пассивным.
Активное пользование предполагает временное или постоянное присвоение и преобразование природных ресурсов, пассивное подразумевает выбросы в природную среду различных производственных, бытовых и прочих отходов. Однако обе формы нуждаются в серьезном упорядочении.
Активная форма природопользования была до некоторой степени охвачена правовым регулированием:
? создание заповедников и заказников;
? установление сроков охоты;
? установление норм отстрела животных и т.д.
Пассивная форма природопользования остается фактически вне правовой сферы. Исключение составляет контроль за соблюдением предельно допустимой концентрации вредных веществ в окружающей среде (ПДК).
Настала пора активного вмешательства правовых механизмов во всю систему природопользования, создается экологический кодекс. Впервые охрана природы и рациональное использование природных ресурсов были включены в народнохозяйственный план 1975 г. Были выработаны задания по охране и рациональному использованию:
? водных и лесных ресурсов;
? воздушного бассейна;
? воспроизводству рыбных запасов;
? недр;
? минеральных богатств.
Международная правовая защита окружающей среды предусматривает охрану всей нашей планеты и околоземного космического пространства, включая Луну. Существуют международные договоры, конвенции, соглашения и протоколы, касающиеся защиты окружающей среды. Свыше 40 конвенций, договоров, соглашений и протоколов регулируют отношения государств на море. Они касаются вопросов границ, территориальных вод, загрязнения океана нефтью, рыболовства, охраны отдельных морских животных: китов, белых медведей, тюленей и т.д. В 1972 г. принята Конвенция по охране мирового культурного наследия и природных памятников, вступившая в силу в 1975 г. В 1977 г. в Женеве была подписана 34 странами Конвенция о запрещении военного и любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду.
Серьезные меры по защите природы от вредных воздействий приняты в последние годы: все шире внедряются технологические процессы, которые не наносят ущерба окружающей среде, усилена служба контроля за загрязнением окружающей среды, имеются решения по утилизации отходов химической промышленности благодаря двухступенчатому сжиганию, а также сжиганию топлива в псевдосжиженном или «кипящем» слое. Рециркуляцией дымовых газов в зону горения можно значительно уменьшить вредные выбросы на ТЭЦ. Переработка нефелиновых руд на глинозем, содопродукты (соду и поташ) и цемент — пример безотходной технологии и комплексного использования сырья.
Сейчас начинают оценивать ущерб от загрязнения окружающей среды. Природные богатства подлежат экономической оценке независимо от того, созданы они силами природы или трудом людей. Должна быть произведена экономическая оценка природных условий производства. Природоохранительные статьи включены в конституцию.
Современная биология имеет своей предшественницей традиционную экологию — биологическую науку, занимающуюся познанием всего многообразия взаимосвязей между населяющими нашу планету животными, растениями и средой обитания. В отличие от животных люди способны строить свои взаимоотношения с окружающей средой не путем приспособления к стихийно складывающемуся равновесию биосферы, а путем организации сознательно создаваемого равновесия биосферы.
Задача эта гигантски трудная, особенно если учесть масштабы системы, которой надо управлять. Однако искусство управления состоит в том, чтобы найти достаточно эффективные информационные каналы воздействия на управляемый объект. Такие каналы имеются во всякой самоуправляющей системе. Есть они и в биосфере, но знания о них пока что недостаточны. Если удастся изучить управленческий механизм биосферы, можно будет энергетически минимальным информационным воздействием приводить в нужное человеку направленное движение крупномасштабные процессы окружающей среды. И здесь огромное значение приобретает биоэтика.
Стихийно люди руководствовались этическими оценками в своих отношениях не только друг с другом, но и с природными явлениями, особенно с живыми организмами (вспомним «Маленького принца» Антуана де Сент-Экзюпери).
Сейчас, когда бережное отношение к природе начинает приобретать особенно большое значение для жизни людей и успешного развития общества, становится важной разработка эколого-этического аспекта морали как в области теории, так и в практическом поведении людей. Здесь нельзя полагаться на стихийное формирование таких установок в поведении людей, как забота о земле, лесе, чистоте воздуха, растительном и животном мире. Требуется хорошо продуманная и организованная система экологического воспитания людей с самого раннего возраста и на протяжении всей жизни. Опыт показывает, что небрежное отношение к природе и ее благам коренится не в каких-то объективных обстоятельствах, как, например, недостатке средств, а в элементарном экологическом бескультурье, непонимании сложной взаимосвязанности природных явлений и, в частности, того, что малые ущербы, наносимые природе, постепенно накапливаются из-за многократного их повторения и приводят к резким качественным изменениям среды. Неведение относительно возможности таких качественных скачков и соответствующих отрицательных последствий таит в себе большую опасность.
Таким образом, экология, начав с изучения среды, окружающей живое, пришла к выделению такой специфической области своего предмета, как природная среда общественной жизни, к социальной экологии. Задача социальной экологии — в целостном изучении природной среды, окружающей общество, и оптимальных форм взаимодействия с этой средой различных видов человеческой деятельности. Важную роль в решении этой задачи играют разработка и практическое применение нормативного аспекта социальной экологии.
На экологическое состояние планеты, отдельного региона или государства оказывает всестороннее влияние не только общество в целом, но и каждый человек в отдельности. Планета принадлежит всем, и все мы должны в меру своих возможностей защищать ее от деградации. Что же может сделать каждый человек для улучшения взаимоотношений с окружающей средой? Назовем несколько таких направлений:
1. Уменьшить использование моющих средств, являющихся серьезным источником загрязнения вод, ввиду того, что они содержат значительное количество фосфора.
2. Выбрасывая пластиковые бутылки и жестяные консервные банки, думать о том, что они не разлагаются естественным путем в течение многих сотен лет и проблема утилизации пластиковых бутылок — одна из важных проблем, стоящих перед экологами всего мира.
3. Остатки жирной пищи, кофе, чая, вату не выбрасывать в канализацию, так как они не только забивают трубы, но и опасно загрязняют воду.
4. Не допускать слива воды без необходимости. Краны должны быть не только исправными, но и плотно закрытыми. Всегда следует помнить, что запасы питьевой воды не являются неограниченными, потребление ее растет ежедневно.
5. Избегать употребления различных аэрозолей для «освежения» помещений, тела, так как они являются загрязнителями воздуха.
6. Лучше всего бросить курить. Каждый курильщик увеличивает загрязнение воздуха, особенно в закрытых помещениях, где становится невозможно дышать.
7. Необходимо содержать свой автомобиль в исправном состоянии.
8. По возможности пользоваться городским транспортом. На личном то лучше не ездить в часы «пик».
9. Применять неэтилированный бензин, так как он гораздо меньше загрязняет воздух, чем высокооктановый.
10. Не прибегать к звуковым сигналам в населенных пунктах.
11. Разумно использовать электроэнергию. Выключать осветительные и другие электроприборы, которые в данный момент не нужны.
12. Ежедневно и как можно больше ходить пешком. Это благоприятно воздействует на здоровье.
13. Сажать деревья и ухаживать за ними. Они обогащают воздух кислородом, поглощают углекислый газ, нейтрализуют шум.
14. Читать этикетки на пищевых продуктах. Особенно помнить о сроке годности продуктов. Обращать внимание на индексы консервантов, применяемых в этих пищевых продуктах. Консерванты, вызывающие злокачественные опухоли: Е103, Е105, Е121, Е123, Е125, Е126, Е130, Е131, Е142, Е152, Е210, Е211, Е213-217, Е240, ЕЗЗО, Е477. Консерванты, вызывающие заболевания желудочно-кишечного тракта: Е221—226, Е320— 322, Е338-341, Е407, Е450, Е461-466. Консерванты, вызывающие аллергию: Е230-232, Е239, Е311—313. Консерванты, вызывающие болезни печени н почек: Е171— 173, Е320—322. Кола и маргарины, производимые в Голландии и Германии, консервированы ракообразующим эмульгатором (консервантом), обозначенным на упаковке ЕЗЗО. Сейчас, когда в нашу страну устремился мощный поток дешевых на Западе продуктов, закупаемых не всегда компетентными в этой области предпринимателями, надо быть особенно внимательным к своему здоровью и думать о последствиях, так как то, что выпускается для пользования внутри высокоразвитых стран, содержит совершенно другие консерванты.
Сегодня нам еще под силу найти компромисс между своими устремлениями и возможностями природы. Принимается немало мер по урегулированию взаимоотношений человека с природой. Многое уже разработано в этом направлении. В развитых странах, где экономика подчинена рыночным отношениям, интенсивно развиваются энергосберегающие технологии. Это позволяет сжигать меньше топлива, а значит, меньше углерода выбрасывать в атмосферу.
Разрабатываются варианты борьбы с «парниковым эффектом». Традиционные методы его предотвращения заключаются в использовании таких видов энергии, которые исключают сжигание минерального топлива. Есть водоросли, которые поглощают большое количество двуокиси углерода, и кое-кто из ученых предлагает культивировать эти водоросли для уменьшения «парникового эффекта».
Ученые рекомендуют также массовые лесопосадки, чтобы затормозить повышение температуры на поверхности Земли.
Разум подсказывает, что необходимо как можно скорее прекратить дальнейшее разрушение природы, приступить к ее восстановлению в масштабах всей планеты. Пока еще понимание того, что от взаимодействия людей с природой зависит их жизнь, не стало всеобщим. Это отчасти объясняется тем, что большинство землян не имеет информации о состоянии нашей планеты в целом и мало кто задумывается о том, как он лично воздействует на всю экологическую систему.
Для защиты природы в глобальном масштабе предполагается создать международные законы природопользования, обязательны для всех стран. А значит, потребуется создать международный законодательный орган. Для взаимодействия людей с природой предстоит разработать целую систему налогов и штрафов. И, конечно же, создать систему оперативного контроля. В настоящее время поиск путей решения этих проблем ведется на государственном и международном уровнях.
18.6. РЕСУРСНАЯ И БИОСФЕРНАЯ МОДЕЛИ РАЗВИТИЯ
Известно, что предельные возможности Земли, рассчитанные количественно, уже исчерпаны и человечество уверенно идет к катастрофе.
Биосфера как живая саморегулирующаяся система под воздействием хозяйственной деятельности человека вышла из устойчивого состояния и интенсивно разрушается. Для ее континентальной части порог устойчивости превзойден в 5—7 раз. Мировая система при условии сохранения нынешних темпов роста населения и развития экономики через 30—40 лет может потерпеть катастрофу.
Земля имеет количественный предел той нагрузки, которую представляет для нее человеческая деятельность (как у яблони при большом урожае ветви не могут выдержать нагрузку и обламываются). Для оценки предельной возможности Земли существуют две модели: ресурсная и биосферная.
По расчетам американцев, если темпы будут такими же, как в настоящее время, по этой модели в 2020—2040 гг. произойдет катастрофа. Ресурсная модель допускает предельную численность населения на земном шаре — 8 млрд человек. Согласно этой модели при эффективном использовании ресурсов и наличии двух детей в каждой семье, численность населения на всем протяжении XXI столетия оставалась бы примерно одинаковой и равной 7,7 млрд.
Основу биосферной модели составляет теория устойчивости биосферы. В результате длительной эволюции (около 4 млрд лет) биосфера отрабатывает механизм автоматической стабилизации параметров окружающей среды. Урезанный предел устойчивости — 1 терраватт (1012 Вт). На производство полной продукции флоры и фауны затрачивается 100 терраватт солнечной энергии. Согласно этой модели, порог устойчивости биосферы — 1—3 млрд. человек — население Земли. В июле 1999 г. на земном шаре появился 6-миллиардный житель.
В начале нынешнего столетия устойчивость биосферы была утеряна.
18.6.3. Виды воздействия на биосферу
Нагрузка на биосферу складывается из четырех связанных между собой видов взаимодействия:
1. Биопотребления в виде пищи и древесины.
2. Энергопотребления всех видов хозяйственной деятельности (промышленность, сельское хозяйство, транспорт и т.п.).
3. Возмущения: разрушение озонового слоя Земли, «парниковый эффект», уничтожение тропических лесов, кислотные дожди и т.д. Следствием ядерной войны будут, как показали ученые, «ядерная ночь» и «ядерная зима». Трагедия Чернобыля зримо продемонстрировала, что нас ждет, если атомные станции подвергнутся разрушению, что может случиться из-за недобросовестности персонала, технических ошибок или в результате действия террористов.
4. Загрязнения.
18.6.3.1. Сравнительная оценка разрушительного воздействия на биосферу различных стран
При сравнительной оценке разрушительного действия отдельных стран играет роль не сама антропогенная нагрузка, а ее плотность, т.е. нагрузка, приходящаяся на единицу площади страны (1 км2). Индекс антропогенной нагрузки, по расчетам ученых, для разных стран на начало 90-х гг. был следующим: Япония — 15,8; Германия — 14,5; Великобритания — 12,7; Италия — 8,7; Франция — 5,3; Индия — 4,0; США — 2,8; Китай — 1,9; Индонезия — 1,9; мир в целом — 1,0; Россия — 0,85; Бразилия — 0,3.
Таким образом, в разрушение биосферы наибольшую долю вносят высокоразвитые, а также густонаселенные страны мира.
Существует проект, согласно которому с отдельных стран за пользование биосферой, представляющей человеку среду обитания со стабилизированным климатом, брать ренту. Эта рента — такая же финансовая категория, как плата за жилплощадь с водо-, тепло- и энергоснабжением. Рента будет регламентировать взаимодействие природы и общества, сдержит в дальнейшем разрушение биосферы. Средства от сбора ренты предполагается вносить в Глобальный экологический фонд и использовать его для нужд сохранения девственной природы, на помощь странам, потерпевшим природные катастрофы в виде землетрясений, наводнений и т.п. Для стран с высоким индексом антропогенной нагрузки рента может составить значительную часть бюджета. Целесообразно заставить платить ренту те страны, индекс антропогенной нагрузки у которых больше единицы.
18.7. МОДЕЛЬ УСТОЙЧИВОЙ МИРОВОЙ СИСТЕМЫ
В основу модели устойчивой мировой системы положены следующие принципы:
1. Переход от принципов беспредельного примитивного накопления материальных богатств за счет разрушения к принципу возвышения сферы Разума и духа при сдержанном, лишь необходимом достатке, т.е. от господства капитала — к господству Разума и духа.
2. Возвращение биосферы в устойчивое состояние.
3. Придание всей оставшейся девственной природе заповедного статуса.
4. Крайне экономное и эффективное использование ресурсов Земли.
5. Применение лишь экологически чистых, замкнутых технологий.
6. Стабилизация численности населения.
7. Отказ от революций, контрреволюций, войн, применения силы.
8. Равноправие государств и народов и запрещение идеологии господства одной группы государств или народов над миром.
9. Сохранение и развитие самобытных культур народов мира.
Модель оптимального развития каждой страны мира, сохраняющей своеобразие, должна быть согласована и встроена в модель устойчивой мировой системы.
Россия более чем любая другая страна мира подготовлена вписаться в модель устойчивой мировой системы. Россия — это редкостное сосредоточение огромнейшей, накопленной в течение столетий энергии человеческого духа и человеческой доброты, так необходимой человечеству, чтобы стать на путь устойчивого развития. Она обладает экологическим запасом, так как имеет индекс антропогенной нагрузки меньше единицы. По синтезу культуры и доброты Россия не знает равных в мире. Благодаря своей специфике она могла бы разрабатывать и концепцию гармонизации взаимодействия биосферы и человечества и предложить ее мировому сообществу.
История человечества не знала столь грозной эпохи для своего существования, чем конец XX века, эпохи глобального кризиса мировой системы. Опираясь на огромный и бесценный опыт всего человечества, можно надеяться с достаточной степенью вероятности, что модель устойчивого бескатастрофического развития человечества будет построена благодаря огромным его усилиям, что угроза апокалипсиса будет снята и человеческий Разум сохранится.
В.И. Вернадский был глубоко убежден, что именно вхождение человечества в эпоху ноосферы должно стать основой прочного мира, без войн и расовых различий, единого в экономическом и информационном отношениях, построенного на высокой сознательности и нравственности.
18.8. ПРОГНОЗЫ «РИМСКОГО КЛУБА»
В феврале 1968 г. итальянский промышленник А. Пиччеи обратился к знакомым из мира бизнеса, науки и техники с письмом, где содержался призыв принять участие в решении вопроса о создавшемся положении в мире. Это явилось поводом к тому, что 30 ученых, бизнесменов и политиков, в основном из развитых стран, собрались в Риме и образовали общество, которое вскоре стало известно под названием «Римский клуб». В 1970 г. группа «независимых интеллектуалов, обеспокоенных судьбами мира», обосновалась в Швейцарии для проведения необычного исследования: с помощью компьютеров создать модель мира, которая давала бы возможность провести глобальный анализ состояния и предсказать возможные направления развития и будущего человечества.
Необходимую финансовую помощь клубу оказал концерн «Фольксваген». Технические условия для исследования и обработки данных обеспечил Массачусетский технологический институт США и Токийский университет. В «Римский клуб» вошли более ста человек — ученых из различных стран и представивших сложный калейдоскоп противоречивых и взаимосвязывающих сценариев развития человечества. Например, имеются сценарии «Римского клуба», предусматривающие отказ от вооружения, ликвидацию «псевдопотребностей» — никотина, алкоголя, наркотиков.
В 1972 г. профессор Д. Медоуз издал книгу «Пределы роста», где был сделан основной вывод: если промышленное развитие пойдет так и дальше, то уже через 75 лет наступит коллапс — глобальная экологическая катастрофа. Таким образом, концепции «Римского клуба», сводятся к поискам пределов научно-технического и социального прогресса.
Книгу «Пределы роста» широко комментировали ученые разных стран. Медоуз применил метод так называемой экстраполяции, который изобилует излишними условностями. Так, прогноз на 2100 г. базируется на основе данных, структурных связей и отношений, которые должны были характеризовать рост производительных сил, начиная с 1990 г. Медоуз руководствовался средними показателями, не принимая во внимание ни темпы роста населения, различные в разных странах, ни доходы на душу населения, которые тоже зависят от места проживания человека. Сутью мировой модели Медоуза явилось положение: «Чем больше людей, тем меньше богатства».
В 1974 г. Медоуз опубликовал новую книгу «Динамика роста в ограниченном мире». В ней, Опираясь на новые факты, он продолжил развитие концепции «нулевого роста». Непримиримым критиком теории «нулевого роста» является известный американский биолог Ком-монер, законы экологии которого мы уже рассматривали в рамках этого курса (см ТЕМУ 18.2.1). В книге «Замкнутый круг» Коммонер решительно выступает против теории «замораживания прогресса».
Стремясь ликвидировать недостатки, допущенные в работе Медоуза, директор Механического института в Ганновере американец Э. Пестель и профессор прикладной математики из Кливленда (США) М. Мессарович опубликовали в 1974 г. новый доклад «Римского клуба» под названием «Человечество на перепутье», который был задуман как самый мощный взрыв футурологии. Учитывая аргументированную критику модели Медоуза, авторы рассматривали мир уже не как единую систему, а как сложное явление связанных между собой подсистем: экономики, техники, экологии, населения и т.д. Ими был сделан вывод о том, что катастрофы и потрясения могут развиваться неодинаковыми темпами. Состояние опасной или серьезной ситуации в одной из подсистем не обязательно может привести к «коллапсу» всего человечества. Авторы утверждают, что катастрофические кризисы проявятся в различное время и в разных регионах, но будут переплетаться между собой и, подобно цепной реакции, захватят весь мир.
Таким образом, участникам «Римского клуба» проблема поиска путей выхода из создавшегося положения виделась в радикальном изменении ценностных ориентаций человека и человечества и в постепенном улучшении «человеческого материала».
ТЕМА 19. СОЦИАЛЬНО-ЭТИЧЕСКИЕ И ГУМАНИСТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ
Усиливающаяся связь биологии с практикой неизмеримо повышает познавательные возможности методов биологического исследования) Наука не развивается в социальном вакууме, она является особым социальным институтом, предназначение которого — в обслуживании человека, его потребностей и развития. Это особенно относится к современное биологии, которая активно служит удовлетворению человеческих потребностей через комплекс сельскохозяйственных и медицинских дисциплин. Она во все большей степени делает человека объектом исследования, открывая новые возможности управления процессами его жизнедеятельности.
Когда журналисты спросили известного английского философа и математика Б. Рассела: «Существуют ли какие-либо «опасные» области исследования?» — он ответил: «Разумеется, не существуют, если исследователь руководствуется в своей работе гуманными целями и представлениями».
Между тем сегодня имеется много опасных областей исследования. Речь идет не только о различных видах ядерного оружия. Одним из крупнейших открытий XX в. стала расшифровка генетического кода как теоретической основы для генной инженерии, т.е. научного направления, связанного с новым механизмом конструирования растений и животных. Но в руках мизантропов это великое открытие человеческой мысли может стать средством для создания роботов, лишенных души и интеллекта, которые способны выполнять лишь самые простые рабочие операции. Такие картины уже описаны фантастами, но сегодня они могут стать действительностью.
Или возьмем, например, достижения эпидемиологии и микробиологии, которые за последние десятилетия достигли огромных успехов, что позволило практически избавиться от многих болезней. Именно благодаря развитию этих отраслей знания удалось создать такие биологические отравляющие вещества, применение которых привело бы к настоящей катастрофе. По сравнению с ними все прежние методы истребления людей выглядят детскими забавами.
Новые перспективы открываются также при исследовании мозга, изучение которого позволит человеку лучше адаптироваться к новым условиям и требованиям научно-технического прогресса, расширит его психические и интеллектуальные способности, будет способствовать развитию его природных способностей.
Именно к таким перспективным направлениям относится и так называемая генная инженерия, возникновение которой означает новый этап биологической революции, НТП вообще.
Однако развитие науки неоднозначно по своим последствиям для человека. Делаются реальными опасности негативных изменений в генетике и психике. Поэтому небезосновательным являются заявления ученых, что наряду с охраной природы следует больше заботиться об охране самого человека.
Острота этой проблемы объясняется не только опасностью все увеличивающегося воздействия на человека:
? канцерогенных факторов;
? ионизирующих излучений;
? химических мутагенов, вредящих его здоровью. Увеличиваются также масштабы экспериментирования на человеке. Возникает все более реальная опасность манипулирования его генотипом. Сами по себе эксперименты с рекомбинантными молекулами ДНК без соблюдения особых правил предосторожности таят в себе большую угрозу для человечества.
19.1. СОЦИОЛОГИЯ И ЭТИКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ
В ходе рассуждений и дискуссий, ведущихся в среде ученых о допустимости и недопустимости по этическим и гуманистическим соображениям:
? медицинских экспериментов на человеке;
? этических принципов генетического контроля;
? генно-инженерных работ;
? ряда психологических исследований, содержащих возможность манипулирования личностью, — высказывается мысль о том, чтобы признать полный нейтралитет науки. Западные ученые при этом делают акцент на саморегулирование науки, которое ограничивается уровнем моральных оценок и обязательств и исключает «внешний контроль», всякого рода государственные и общественные регламентации научных исследований, особенно в дискуссиях по этическим аспектам проблем, связанных с генной инженерией, когда речь идет о моратории на ряд исследований в этой области. Такой подход утверждает некоторый идеал для науки как ее цель.
Однако этика науки не может исходить из дилеммы: наука или мораль. Она должна органически соединять их. Но может ли этика науки быть самодостаточной? Может ли она выступать главным регулятором научного познания? И хотя этика науки утверждается как жизненно необходимое условие функционирования гуманистически ориентированного научного познания, наука не может регулироваться лишь на этическом уровне, она не способна к этическому самоконтролю. Этические принципы науки не стоит рассматривать изолированно от социальных факторов, которые, в свою очередь, не могут отрываться от общих этических и гуманистических ценностей человечества. Поэтому точнее будет говорить о социологии и этике науки как едином комплексе.
Наука и общество приходят к социально-этическому и гуманистическому регулированию науки как к жизненной необходимости. Такое регулирование может стать новой, гуманистической основой нового, современного этапа развития науки. Предложения и действия в области генной инженерии должны находиться под действенным контролем общества. Социальная ответственность ученого и свобода научного поиска не исключают друг друга.
В самое «тело» науки проникают такие компоненты, как теория, социология и этика биологического познания. Они становится новым необходимым атрибутом биологического мышления, определяют прогресс биологического познания и всего комплекса наук, позволяющих изучать человека.
Генетика (от греч. genesis — происхождение) — это наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Основы современной генетики были заложены Г. Менделем (1822— 1884) — монахом-августинцем, жившим в австрийском городе Брюнне (ныне Брно). Примерно в 1856 г. он начал проводить опыты с различными сортами гороха, чтобы выяснить, какие индивидуальные признаки организма передаются по наследству. Доминирование одного признака над другим — это обычное, но не универсальное явление. В некоторых случаях встречается неполное доминирование. Бывают такие случаи, когда в потомстве проявляются признаки обоих родителей. Такая ситуации называется кодоминированием. Например, у людей с группой крови АВ одинаково выражены признаки и особенности группы как А, так и В, унаследованные ими от обоих родителей.
В 1866 г. Г. Мендель открыл законы дискретной наследственности, выражающие распределение в потомстве наследственных факторов, названных впоследствии генами.
Для объяснения результатов своих экспериментов Мендель предложил гипотезу: альтернативные признаки определяются факторами — генами, которые передаются по наследству. Каждый фактор может находиться в одной из альтернативных форм, ответственных за то или иное проявление признака. Эксперименты Менделя определяли наследование альтернативных проявлений одного и того же признака. Что происходит, когда одновременно рассматривают два альтернативных признака?
Мендель сформулировал следующие законы:
1. Закон единообразия гибридов первого поколения.
2. Закон независимого расщепления гибридов второго поколения, согласно которому гены, определяющие различные признаки, наследуются независимо друг от друга (впоследствии оказалось, что этот закон справедлив только в отношении генов, находящихся в разных хромосомах). Мендель заранее предусмотрел две возможности:
? признаки, наследуемые от одного родителя, передаются совместно;
? признаки передаются потомству независимо один от другого.
В основе передачи наследственных признаков всего живого (растений, животных и человека) лежат прежде всего законы наследования, открытые Г. Менделем. Они позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом, находящихся в ядре клеток и заключающих в себе всю генетическую информацию.
В 1909 г. В. Иогансон (1857—1927) ввел важное разграничение между фенотипом и генотипом. Фенотип — это совокупность всех внешних наблюдаемых нами признаков организма: морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и т.п. Генотипом называется передающаяся по наследству генетическая основа всех этих признаков (генетическая конституция особи). Генотип — это совокупность всех генов одного организма. Генотип — это не механическая сумма генов, это система взаимодействующих генов. На протяжении жизни организма его фенотип может изменяться, однако генотип остается неизменным.
В 1902 г. два исследователя — У.С. Саттон в США и Т. Боверн в Германии — независимо друг от друга высказали предположение, что гены находятся в хромосомах. Эта концепция получила название хромосомной теории наследственности. Две хромосомы, образующие одну пару, называются гомологическими, принадлежащие к разным парам — негомогенными хромосомами.
По современным данным науки, хромосомы ядерного вещества представляют собой гигантские полимерные молекулы, состоящие из нитей нуклеиновых кислот и небольшого количества белка. Каждая пара хромосом имеет определенный набор генов, контролирующих появление того или иного признака. Гены являются носителями наследственности. Их существование, расположение в хромосомах определяются посредством изучения распределения признаков в потомстве от скрещивания особей с альтернативными проявлениями этих признаков.
В 10-х гг. XX в. Т.Х. Морган (1866-1945) создал школу. Работы Моргана и его школы (Г. Дж. Меллер, А.Г. Стертевант и др.) обосновали хромосомную теорию наследственности. Установление закономерности расположения генов в хромосомах способствовало выяснению цитологических механизмов законов Менделя и разработке теоретических основ теории естественного отбора. В 1933 г. Т.Х. Морган был удостоен Нобелевской премии за эти разработки.
В 20-е и 30-е гг. важную роль в развитии генетики сыграли работы Н.И. Вавилова, Н.К. Кольцова, А.С. Серебровского и других советских ученых.
Изучение явлений наследственности на клеточном уровне позволило установить взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления и созревания половых клеток. Это был фактически второй этап развития генетики.
Становление этой науки в нашей стране пережило сложный период. Долгое время генетика отвергалась официальной наукой. «Менделизм-морганизм» был провозглашен в СССР лжеучением, последователи его преследовались. Затем наступило время, когда генетику наконец-то признали, приняв основные положения одного из самых удивительных учений, продвигающих вперед человеческую цивилизацию.
В 40-х — начале 50-х гг. была выяснена химическая природа гена. Гены представляют собой молекулы дезок-сирибонуклеиновой кислоты (ДНК) — высокополимерного природного соединения, содержащегося в ядрах клеток живых организмов. ДНК — носитель генетической информации. Расшифровка структуры ДНК и механизма ее самоудвоения позволила установить, что все разнообразие живого мира кодируется на нитях ДНК, посредством чего записывается информация о последовательности аминокислот в белке. Всего известно 20 аминокислот, различные вариации из которых и определяют все разнообразие белков в живой материи.
Одним из наиболее важных открытий всех времен было установление в 1953 г. Д, Уотсоном и Ф. Криком модели пространственной структуры ДНК — двойной спирали: молекулы ДНК имеют двухнитчатую структуру и обе параллельно идущие нити свернуты спиралью. Впоследствии это открытие было тщательно проверено, подтверждено (молекулы ДНК ученые сумели увидеть в мощные электронные микроскопы с увеличением в 150-200 тысяч раз в отличие от хромосом, строение которых можно рассмотреть в обычный микроскоп) и позволило объяснить многие свойства ДНК и биологические функции. В 1962 г. за эти исследования им была присуждена Нобелевская премия.
Генетика включает ряд отраслей, в том числе по объектам исследования:
? генетика микроорганизмов;
? генетика растений;
? генетика животных;
? генетика человека.
Показав, что наследственность и изменчивость основываются на преемственности и видоизменении сложных внутриклеточных структур, генетика внесла важный вклад в познание картины мира и доказательство взаимосвязи физико-химических и биологических форм организации материи. Генетика имеет большое значение для медицины, тесно связана с эволюционным учением, цитологией, молекулярной биологией, селекцией.
19.2.3. Основные понятия и термины современной генетики
Генетика — это наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организма. Как уже рассматривалось (см. ТЕМУ 13.1.1. и 13.1.2), наследственность — это свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития. Изменчивость — это изменение наследственных задатков, вариабельность их проявления в процессе развития организма при взаимодействии с внешней средой. Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости, но она лишь тогда играет роль в эволюции, когда проявление изменчивости сохраняется в последующих поколениях, т.е. наследуется.
19.2.3.1. Механизм наследственности
Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений, — специализированные половые при половом размножении и неспециализированные (соматические) клетки тела при бесполом несут в себе не сами признаки и свойства будущих организмов, а только задатки их развития. Эти задатки и являются генами. Ген — это участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Молекула ДНК состоит из двух поли-нуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов — нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований. Сочетание трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК составляют генетический код. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.
Ген представляет собой группу рядом лежащих нуклеотидов, которыми закодирован один белок, определяющий один признак. Число генов очень велико: у человека их десятки тысяч. Один и тот же ген может оказывать влияние на развитие ряда признаков, так же, как и на формирование одного признака могут оказывать влияние несколько генов.
Каждому виду растений и животных свойствен свой количественный набор хромосом. У всех организмов одного и того же вида каждый ген расположен в одном и том же месте строго определенной хромосомы. Каждая клетка человеческого тела содержит 46 хромосом. Почти все хромосомы в наборе представлены парами, в каждую из 22-х пар входят одинаковые по величине идентичные хромосомы, а 23-я пара является половыми хромосомами: у женщин она состоит из одинаковых хромосом XX, а у мужчин — XY. В галоидном наборе хромосом имеется только один ген, ответственный за развитие данного признака. В диллоидном наборе хромосом (в соматических клетках) содержатся две гомологичные хромосомы и соответственно два гена, определяющие развитие одного какого-то признака.
Генетическая информация закодирована в последовательности азотистых оснований, содержащихся в молекуле ДНК. Азотистые основания можно рассматривать в качестве «букв» генетического алфавита. Последовательность оснований образует «слова». Гены — это своего рода «предложения», записанные на генетическом языке. Соответственно генетическое содержимое организма представляет собой как бы «книгу», составленную из генетических предложений. В отличие от строго определенного расположения азотистых оснований в двух комплементарных частях, нет никаких ограничений относительно того, в каком порядке должны следовать основания друг за другом вдоль одной цепи. Благодаря этому существует практически неограниченное число различных молекул ДНК. Число возможных генетических сообщений, кодируемых достаточно длинными цепями ДНК, практически не ограничено.
За воспроизведение в поколениях растений, животных и человека наследственных свойств ответственны 3 эволюционно закрепленных универсальных процесса:
? размножение обычных (соматических) клеток — митоз — простое деление, перед которым количество хромосом в клетке удваивается путем самовоспроизведения;
? размножение половых клеток — мейоз;
? оплодотворение.
Гены управляют развитием и обменом веществ организма. Наследственная передача признаков от родителей потомству — консервативный процесс, но эта консервативность не является абсолютной, так как иначе была бы невозможна эволюция. Информация, закодированная в нуклеотидной последовательности ДНК, обычно в точности воспроизводится в процессе репликации.
Каждый новорожденный несет в себе комплекс генов не только своих родителей, но и отдаленных предков, т.е. свой, только ему присущий богатейший наследственный фонд или наследственно предопределенную биологическую программу, благодаря которой и возникают его индивидуальные качества. Эта программа закономерно и гармонично претворяется в жизнь, если:
? в основе биологических процессов лежат достаточно качественные наследственные факторы;
? внешняя среда обеспечивает растущий организм всем необходимым для реализации наследственного начала. Приобретенные в жизни навыки и свойства не передаются по наследству, однако каждый родившийся ребенок обладает громадным арсеналом задатков, развитие которых зависит от:
? условий воспитания и обучения;
? социальной структуры общества;
? забот и усилий родителей;
? желаний самого ребенка.
Внешней средой для ребенка являются прежде всего те условия, которые создадут его родители или окружающие его люди, различные климатические, геофизические и другие факторы, воздействие которых может существенно изменить характер наследственной информации. И она может реализоваться частично или полностью.
Как уже отмечалось, весь комплекс наследственных свойств организма называется генотипом, а комплекс признаков, сформировавшихся во время взаимодействия генотипа и факторов внешней среды, — фенотипом. В соответствии с этим в генетике различают наследственную и ненаследственную изменчивость. Ненаследственная связана с изменением фенотипа, наследственная — генотипа. Генотипическая изменчивость затрагивает генотип и подразделяется на несколько групп. Рассмотрим две из них:
? мутационную;
? комбинативную.
Мутацией называется изменение структуры или количества ДНК данного организма. Мутации приводят к изменениям генотипа. Если мутации затрагивают половые клетки, то они передаются следующим поколениям, а если мутации возникают в соматических клетках, то они не передаются следующим поколениям. Генные мутации затрагивают структуру самого гена: изменяются различные по длине участки ДНК. Большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира и селекция, — генная мутация.
В особую группу можно выделить ряд процессов, приводящих к возникновению комбинативной изменчивости. Она включает:
? случайное расхождение хромосом;
? случайное сочетание хромосом при оплодотворении;
? рекомбинацию генов.
Обычно сами наследственные гены при этом не изменяются, но новые их сочетания между собой приводят к появлению организмов с новым фенотипом.
Главнейшая особенность природных популяций, как показали эксперименты, — это генетическая гетерогенность (разнородность). Она поддерживается за счет мутаций и процесса рекомбинаций. Генетическая гетерогенность позволяет популяции использовать для приспособления не только вновь возникающие наследственные изменения, но и те, которые возникли очень давно и существуют в популяции в скрытом виде.
Любые мутации имеют неопределенный, случайный характер по отношению к вызывающим их изменениям внешней среды. Наибольшие шансы на выживание имеют мутации малого масштаба, не нарушающие существенно интеграции целостного организма и не производящие значительных изменений в фенотипе. Крупные мутации почти всегда имеют летальный исход. В результате сколько-нибудь существенные эволюционные преобразования организмов не могут быть достигнуты посредством одной мутации, а достигаются серией малых мутаций. Таким образом, нелетальные и не снижающие значительно жизнедеятельность организма мутации входят в состав генофонда. Мутации позволяют выживать виду при значительных изменениях окружающей среды, когда необходима перестройка нормы реакции. Мутации — это элементарный мутационный материал.
Если численность какой-нибудь популяции резко идет на убыль, а затем следует новый подъем численности, то при этом некоторые ранее присутствовавшие в малых концентрациях мутации могут совершенно исчезнуть из популяции, а концентрация других может существенно повыситься. Это явление называется дрейф генов.
Темп возникновения мутаций у различных организмов различен. Темп мутаций у бактерий и других микроорганизмов обычно ниже, чем у многоклеточных. Новые мутации, хотя и довольно редко, но постоянно появляются в природе, так как существует множество особей каждого вида.
Воздействие извне радиоактивными, ультрафиолетовыми лучами, а также химическими веществами может значительно изменить «запись» наследственной информации. Происходит нарушение генетического кода и вместо нормального развития живого организма, предначертанного природой, наступает отступление от нормы — мутация. Количество мутаций среди животных чрезвычайно велико в связи с радиационно-химическим заражением окружающей среды. Необычайно велика волна появления животных-чудовищ после аварии на Чернобыльской АЭС.
Сегодня наука разгадала причины появления мутантов, но повлиять на управление этим процессом, чтобы предотвратить его, не в силах. Более того, современная наука, техника, производство создают все новые условия для ускорения процесса мутации. И если не остановить рост радиационно-химического загрязнения среды, последующее влияние его на будущее скажется на многих поколениях.
19.3. РАЗВИТИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
Настоящее и будущее человека зависит от социального переустройства мира. Однако человек подчиняется биологическим законам. Генетическая информация, записанная в молекулах ДНК и передаваемая от поколения поколению, является самым характерным и необходимым условием существования на Земле человека как разумного существа. Все его биологические особенности закодированы в наследственных структурах. Уникальность человека состоит в том, что наряду с генетической программой, благодаря наличию сознания, человек имеет вторую программу, определяющую его развитие в каждом последующем поколении. Исследования показали, что личностные качества любой особи зависят от генотипа, полученного от родителей и от влияния той социальной и физической среды, в которой происходит развитие особи. Каждый из нас, обладая уникальным, унаследованным от родителей, генотипом, обладает еще программой социального наследования, которая определяет развитие человека в каждом следующем поколении. Современные генетики доказали, что наследуется ген, определяющий не какой-то стабильный признак, а его норму реакции, т.е. пределы изменчивости данного признака в зависимости от условий окружающей среды. Ученые пытались доказать наследственность умственных способностей, но пришли к противоположному результату. Наследуются не сами способности как таковые, а их задатки, которые проявляются в условиях среды в большей или меньшей степени.
Становление генетической памяти резко интенсифицировало весь процесс эволюции. Это принципы самоорганизации материи, и особую роль здесь играет развитие центральной нервной системы (ЦНС). Благодаря своим функциям, ЦНС способна не только определять свое отношение к гомеостазу, но и компенсировать нежелательные отклонения от нормы.
Полученная информация принимается и оценивается. Именно принятие решения ответственно за образование обратных связей. В процессе эволюции живые организмы обеспечивают собственную стабильность и дальнейшее развитие с помощью механизма обратных связей. Носителями обратных связей являются все управляющие системы живого существа и в первую очередь нервная и гормональная системы. По мере эволюции и усложнения ЦНС превратилась в систему, содержащую блоки переработки информации, систему выработки команд исполнительными органами.
По мере совершенствования организма и появления зачатков интеллекта на ЦНС возлагается ответственность за совершенствование механизмов использования внешней материи и энергии.
С развитием нервной системы постепенно возник мозг, но мозг и интеллект — не синонимы. Появление интеллекта — еще один важнейший этап развития нервной системы. Это начало нового периода саморазвития материи, в котором материя начинает познавать себя. Самое главное в интеллекте — это способность к отвлеченному мышлению, абстрагированию, благодаря которому и возникают самосознание и рефлексия. Появление на Земле человека означает, что Природа начала с его помощью познавать себя, возникло сознание.
Генетическая память — один из важнейших инструментов в эволюции. Изучение признаков наследственности живыми существами из теоретического перешло в практическое. Генная инженерия (ГИ) — это раздел молекулярной биологии, который связан с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов. Она основана на извлечении из клеток какого-нибудь гена или группы генов, соединения их с определенными молекулами нуклеиновых кислот и внедрении полученных гибридных молекул в клетки другого организма.
Создаются и продолжают совершенствоваться методы генной, хромосомной, клеточной инженерии. Истоки ГИ — достижения прошлого. Примером первых работ ГИ служит опыт ученого Е. Сирса, продемонстрировавшего в 1956 г. возможность получения наилучшей устойчивости пшеницы к листовой ржавчине при переносе с помощью рентгеновских лучей кусочка хромосомы дикого злака эхгилопса в хромосому пшеницы. Свойство «дикаря» было унаследовано.
Предметом исследований ГИ является как организм в целом, так и его молекулярный уровень (хромосомный, клеточный), тканевый, организационный и попу-ляционный. Методы ГИ позволяют изменять организм путем манипуляции с клетками, их ядрами, хромосомами, участками хромосом, генами и их частями. В 1970 г. индийский ученый Х.Г. Корана химическим путем создал короткий ген. В 1970 г. в Институте общей генетики АН СССР был синтезирован ген глобина кролика.
Эксперименты по ГИ показали широкие возможности получения комбинированных молекул и внедрения их в клетки. С помощью ГИ были созданы бактерии, обладающие способностью сверхсинтеза нужных белков, аминокислот, ферментов, витаминов, гормонов, антибиотиков и т.п. Проводятся исследования по получению новых лекарств, особенно противораковых.
Огромную роль ГИ играет по охране окружающей среды, созданию микроорганизмов для очистки сточных вод, отходов и отбросов предприятий. Созданы бактерии, очищающие воду от примесей и нефти. Проводятся работы по созданию гормональных препаратов, необходимых для развития эндокринных нарушений.
Перспективна ГИ и для контроля за животными. Метод консервирования генов позволяет сохранять ценные породы скота, вырождающегося столетиями. Можно ввести в организм любой другой породы законсервированный ген и получить его развитие в этом организме.
Развитие ГИ, молекулярной генетики имеет огромное значение для микробиологической промышленности. Селекционные линии микробов продуцируют более 500 различных ферментов, белков и т.д. На биохимических заводах микробы кормят очищенными парафинами нефти и в результате собирают полноценный кормовой белок. Повышение урожайности зерновых, бобовых, продукции домашних животных, птиц, рыб — результаты ГИ.
Рассматривается и вопрос продолжения жизни и возможности бессмертия путем изменения генетической программы человека. Задача здесь состоит в увеличении защитных ферментных функций клеток, оберега-ние молекул ДНК от всевозможных повреждений как внутреннего, так и внешнего характера (внутренний — нарушение обмена веществ, внешний — влияние окружающей среды). Ученые показали, что в нервных клетках накапливается пигмент старения. Им удалось создать специальный препарат, освобождающий клетки от него. В опытах с мышами лекарство дало положительную реакцию, увеличило срок длительности жизни. Таким образом, повышение уровня деятельности генетического аппарата позволит увеличить видовую продолжительность жизни.
Современная молекулярная биология позволила выделить из костей давно вымерших ископаемых животных ДНК — основное ядерное вещество каждой клетки. Таким образом, XX в. ознаменовался доказательством возможного синтеза белка, т.е. появилась возможность синтеза клетки из живого вещества.
Удобное место для опытов по ГИ — это человеческий кишечник. Человек съедает с пищей немало чужих ДНК, возникает случайное расщепление фрагментов ДНК. Каждый день со стенок кишечника слущивается эпителий, отмирающие клетки, с которыми вступают в контакт ДНК. Создаются идеальные условия для опытов с непредвиденными результатами. Отсюда понятными становятся позиции сторонников ограничения в ГИ.
До недавнего времени считали, что 99% длины ДНК существенной роли в формировании организма не играет. Однако в результате последних исследований российских ученых в отделе теоретических проблем РАН выяснилось, что «пространственно-временная» программа построения живого организма заключена в микрокристаллических структурах именно этой части. Эта программа считывается особыми волнами, возникающими в ДНК, которые и переносят информацию другим клеткам. В результате создается своеобразный голографический образ будущей биосистемы, в соответствии с которой и происходит дальнейшее формирование целостного организма.
С другой стороны, исследования, проведенные в Москве в научном кардиологическом центре под руководством П. Гордяева, показывают, что для образования живого организма из бесформенного множества белковых «кирпичиков жизни» одной только «внутренней» информации недостаточно, необходима еще и «внешняя» информация. Исследователи предполагают, что ДНК служит своеобразной антенной, принимающей сигнал из космического источника информации. Но кто именно, какой «супермозг» Вселенной осуществляет «строительство» свойств нашей Вселенной, кто вложил в ДНК сведения в период их эмбрионального развития — остается неразгаданной тайной. В настоящее время обсуждается вопрос о том, что в Природе существует некий информационный континуум, и не исключено, что именно он играет роль «Мирового Разума», создавшего Вселенную. Но это пока только гипотеза.
19.5. ПРОГРАММА «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА»
С каким генетическим багажом придут в новое тысячелетие наши дети и внуки? Есть ли возможность победить болезни на генетическом уровне?
В погоню за «генами-убийцами» пустились ученые Америки, Англии, России. В парижском пригороде Эври действует научно-исследовательский центр «Генетон», развернута программа международного сотрудничества «Геном человека».
Геном — это совокупность генов. Полагают, что у человека их около 10 тысяч. А информации в них зашифровано на 2000 атомов по 50 страниц в каждом. Расшифровка генома начинается с создания «атласа» генов, набора их карт. Первую такую карту разработали в 1992 г. группы Д. Коэна и лауреата Нобелевской премии Ж. Дос-се. А ее окончательный вариант вышел из лаборатории французского профессора Ж. Вайсенбаха весной 1996 г.
Профессор Вайсенбах составил карту генов. Окрашивая их и изучая под микроскопом хромосому, с помощью выбранных маркеров он отмечал ДНК различных участков хромосом. При клонировании, т.е. выращивании их на микроорганизмах — бактериях, грибах, выделял фрагменты ДНК. При этом он получил последовательность нуклеотидов одной цепочки ДНК, из которой состоят хромосомы. Таким образом, им было локализовано 223 гена и выявлено 30 мутаций, ответственных за 200 заболеваний, в том числе гипертония, диабет, глухота, слепота, злокачественные опухоли.
Уже сегодня благодаря карте генома на самых ранних стадиях беременности можно определять и изучать генетический код плода, предупреждая рождение тяжело больного ребенка. Еще один этап работ — генная терапия, т.е. коррекция патологии измененного гена.
Каждый день страницы печати заполняют сенсационные сообщения: «американские и финские ученые обнаружили ген, который вызывает редкую форму эпилепсии», «итальянские ученые открыли ранее неизвестный ген «гигантизма», «швейцарский эмбриолог вырастил у мушек-дрозофил глаза совсем не там, где им положено быть» и т.д. и т.п. Настоящий бум: от сортировки гороха Менделем в монастырском огороде до генома, изучением которого занимаются во многих странах, прошло не многим более ста лет!
Активно участвуют в программе «Геном человека» и российские ученые из Института молекулярной биологии РАН, Института общей генетики РАН и др.
Впервые проблема генома человека была сформулирована в конце 80-х гг. Инициатива вышла из недр одного из самых секретных ведомств — Министерства энергетики, породившего в свое время атомную и водородную бомбы. Там заинтересовались последствиями влияния радиации на человека, которые реализуются через изменения в геноме человека.
Сегодня эти исследования ведутся в США, Франции, Великобритании, Швеции, Японии. С 1989 г. программа «Геном человека» работает и в России. Исследования ведутся совместно. Нет причин сомневаться, что в 2005 г., на который намечено завершение программы «Геном человека», в «клетки» будут «пойманы» все человеческие гены.
Выделение генов, ответственных за те или иные признаки, послужило стимулом к развитию генной терапии — исправлению генетического повреждения путем введения в организм здорового гена. Предполагается, что удастся вводить правильный ген в нужное место на хромосоме. Но на практике пока еще трудно проконтролировать судьбу гена. Разрабатывается и другой подход, когда ген не заменяют, а компенсируют функцию, но пока не ясно, как «доставить» здоровый ген в организм.
Еще одно практическое применение исследован генома — судебная медицина, криминалистика: идентификация по волосам, каплям крови, генная дактилоскопия. По этому методу проводилась идентификация ос танков последнего русского царя.
Ученые считают, что уже сегодня технически доступна всеобщая ДНК-паспортизация людей. Однако ученые поддерживают мнение о том, что применение достижений ДНК-диагностики лежит вне рамок самой науки. Это право общества и человека.
Подобные работы являются доказательством того, что в Природе все взаимосвязано и надо только найти и использовать эти связи. Но наука должна развиваться в гармонии с гуманистическими идеалами и целями социального прогресса.
ТЕМА 20. ЧЕЛОВЕК: ФИЗИОЛОГИЯ, ЗДОРОВЬЕ, ЭМОЦИИ, ТВОРЧЕСТВО, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
Человек стал размышлять о том, кто он собственно такой, едва научился выражать свои мысли и чувства посредством знаков и символов. Он издревле пытался понять самого себя. Вероятно, эта глубинная, трудно насыщаемая потребность раскрыть собственную тайну и составляет сущность человека. Нелегко представить себе, как мучительно долго, через боль и трагедии истории продвигалось человечество к пониманию значительности и значимости своей сущности.
До сих пор, обсуждая проблему уникальности человека, мы пытаемся отыскать какие-то необычайные качества Адамова потомка (например, разум, сознание, творчество), некую субстанцию, которая принципиально отделяет человека от животного мира. Тайну человека, по-видимому, можно раскрыть, если обратиться к изначальному противоречию между природностью и социальностью человека. Человеческая натура — это не сумма врожденных, биологически закрепленных убеждений, но и не безжизненный слепок с матрицы социальных условий. Это продукт исторической эволюции и определенных природных механизмов.
Практические потребности человека являются главным стимулом его познания. Результаты мыслительной деятельности человека становятся всеобщим достоянием через его последующую знаковую или орудийную деятельность, в которых результат деятельности сознания опредмечивается. В исторически многовековом процессе осознания мира человеком были выработаны не только членораздельная речь, сформулированы законы логического мышления, но и созданы разнообразные методы познания, а также произошло обособление различных специфических форм познания, выделение их в отдельные области: культуру, искусство и т.п.
Человек — это мерило всех ценностей, он является узлом всех связей. Если же эти связи рвутся, значит, что-то испортилось в мире, надо искать, в чем причина, и пытаться убрать с пути все, что мешает человеку быть человеком. Гармония человеческих отношений важна и необходима каждому из нас. И силу, и мужество, и мудрость человек приобретает в процессе социального «созревания», используя как свой собственный опыт, так и знания, накопленные его предшественниками.
Человек изучается многими науками: медициной, химией, биологией, физиологией, филологией, философией и т.д. Человек — творец всего комплекса материальных и духовных ценностей. На всех этапах общественного развития он одновременно выполняет функции главной производительной силы общества и носителя всех производственных и социальных отношений. Но только в конце XX в., когда появилась реальная возможность уничтожения человеческой цивилизации, человечество пришло к выводу, что высшей ценностью является человек. Именно от человека и его поведения зависит в настоящее время его жизнь и жизнь на Земле. В целом же человек живет ради будущих поколений: все остается людям.
Индивидуумом рождаются. Личностью становятся. Быть личностью — значит иметь активную жизненную позицию, осуществить выбор, возникший в результате внутренней необходимости, уметь оценить последствия принятого решения и держать за него ответ перед обществом, в котором человек живет. Быть личностью — означает осуществлять вклад в общество, в котором живешь и в котором жизненный путь индивидуальности превращается в историю Родины, сливается с судьбой страны.
20.2. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И МЕДИЦИНА
Ныне под экологией следует понимать не только взаимоотношение растительных и животных организмов со средой обитания, но и взаимодействие человека, его организма с разнообразными факторами окружающей среды. Будучи социальным существом, человек, его организм не может избежать воздействия среды, экологических факторов, влияние общепринятых закономерностей. Ведь даже поддержание внутреннего относительного постоянства среды человеческого организма (гомеостаза) было бы невозможно, если бы в основе его не лежали общие законы биохимических и физико-химических взаимодействий и взаимопревращений.
НТП и социальное развитие привели к качественному изменению содержания процесса биологической адаптации человека к окружающей среде. В прошлом характер патологии определялся патогенными природными воздействиями, сейчас — воздействиями от преобразованной самим же человеком среды обитания, природы.
На протяжении многовековой эволюции человек испытывал воздействие таких факторов, как:
? гипердинамия, т.е. максимальная мускульная активность;
? общее недоедание (калорийная недостаточность);
? специфическое недоедание (недостаточность микроэлементов, витаминов).
Главную роль в определении многих заболеваний в настоящее время соответственно играют:
? гиподинамия, т.е. недостаточная физическая активность;
? информационное изобилие;
? психоэмоциональный стресс.
Определенное сочетание психоэмоциональных стрессов с малоподвижным образом жизни и избыточным питанием ведет к суммированию этих воздействий, способствует росту некоторых заболеваний, например, сердечно-сосудистых.
Перестройку испытывает также аппарат психоэмоциональной адаптации. Здесь особое значение приобретает моторизация современного производства и быта, насыщение жизни техникой, шум, ускорение ритмов жизни, резкое возрастание числа межличностных конфликтов. Все эти факторы в конечном счете определяют эволюции болезней, изменение их тяжести, симптоматики, характера осложнений, ведут к исчезновению старых и возникновению новых заболеваний, резко изменяют их характер. Широкое распространение в настоящее время получили заболевания, в возникновении которых большую роль играет психоэмоциональный фактор. Такие факторы, как профессия, отношение к труду, атмосфера производственного коллектива оказывают существенное влияние на состояние здоровья человека. Все каналы эмоциональной взаимосвязи ныне до предела заполнены, а иногда перегружены. Нервная система человека подвергается постоянной, все возрастающей эмоционально-психической «бомбардировке», начиная от здоровых, тонизирующих, и кончая отрицательными, даже болезнетворными эмоциями. Возрастает темп жизни, укорачиваются сроки морального износа техники, происходит устаревание некоторых профессий, убыстряется развитие науки, техники, что предъявляет новые, повышенные требования к внутренним ресурсам человека, важным компонентом которого является психическое здоровье и эмоциональное равновесие.
Происходит интеллектуализация труда: он все больше включает элементы умственной деятельности при большой ответственности исполняемой работы и повышенных требованиях к органам и системам человека. Однако скорости психофизиологических и соматических реакций организма нередко оказываются слишком замедленными, отстают от ритмов социальной и производственной жизни, возникает социально-биологическая аритмия как общая предпосылка возникновения многих заболеваний.
Если норма является физиологической мерой здоровья, характеризует организм и его составные компоненты с количественной стороны, то здоровье — это комплексная, интегральная и качественная характеристика организма и личности человека. Здоровье — это состояние максимальной адаптации (биологической и социальной) человека к окружающей среде. В преамбуле устава Всемирной организации здравоохранения говорится, что здоровье — это состояние полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней или физических дефектов. Здоровье является таким состоянием человека, которое согласуется с характерными для данного общества идеалами здоровья, развития и совершенствования человека.
Человек всегда стремился к укреплению своего здоровья, мечтал об увеличении силы, ловкости, выносливости. Эти чаяния и грезы людей отражены в народном творчестве и мифологии всех времен и народов. Здоровье не существует само по себе, раз и навсегда данное, постоянное и неизменное. Оно нуждается в постоянной и тщательной заботе на протяжении всей жизни человека.
У каждого человека есть свои резервы здоровья. Так, например, у человека в спокойном состоянии через легкие проходит 5—9 л воздуха в минуту. А у некоторых спортсменов легкие могут пропускать в 30 раз больше. Это и есть резерв организма. Точно так же есть скрытые резервы сердца, почек, печени. То есть здоровье — это количество резервов в организме, это максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций.
Здоровье обеспечивает стабильную жизнедеятельность организма. Наряду с основными компонентами народного благосостояния, материального и духовного богатства, уровень жизни человека зависит от уровня его здоровья, а также от масштабов использования резервов его психофизического потенциала. Здоровье индивида и общества всегда выступало одним из важнейших факторов, определяющих статус цивилизации на временном векторе истории человечества. Здоровье — это естественная, абсолютная и непреходящая ценность, занимающая самую высокую ступень на иерархической Лестнице ценностей, а также в системе таких степеней бытия, как интересы и идеалы, гармония, красота, смысл и счастье жизни, творческий труд, программа и ритм жизнедеятельности. Взгляд на здоровье как наивысшее по своему значению жизненное благо имеет тысячелетнюю традицию. Причем по мере роста благосостояния населения, удовлетворения его естественных первичных потребностей в пище, жилье и других благах, — относительная ценность здоровья в глазах человека все более возрастает и он уделяет ему все большее внимание.
Значение сохранения здоровья неуклонно возрастет по мере влияния технотизированной окружающей среды на человека и его организм. Состояние здоровья сказывается на всех сферах жизни людей. Полнота и интенсивность многообразных жизнепроявлений человека находятся в непосредственной зависимости от уровня здоровья, его качественной характеристики. Внешний потенциал физической, психической и умственной деятельности служит важнейшим залогом полноценной жизни человека. Здоровье выступает в качестве одного из необходимых и важнейших условий активной, полноценной жизни человека и общества.
20.2.2. Проблема болезни и здоровья
Болезнь является вещественной альтернативой нормы и здоровья. Болезнь — это качественно новое состояние организма и личности человека, возникающее в результате воздействия внутренних и внешних патогенных факторов, нарушающих структурно-функциональное состояние организма и проявляющихся в нарушении вида специфической деятельности человека.
Если здоровье рассматривать как проявление нормальной жизнедеятельности организма, которая предоставляет человеку реальную возможность полноценно выполнять общественные, трудовые функции, то болезнь является нарушением нормальной жизнедеятельности организма, ведущим к понижению, а нередко и к потере приспособительной к окружающей среде функции и способностей организма.
Проблему болезни и здоровья в общебиологическом плане следует рассматривать в единстве с проблемой сущности жизни и обмена веществ. Здоровье и болезнь являются специфическими формами проявления жизнедеятельности организма, основным содержанием которого является обмен веществ. Болезнь означает нарушение согласованности течения обменных процессов в целом или некоторых его видов (белкового, водного, углеводного). Болезнь обычно является нарушением многих обменных процессов. Эти нарушения могут быть как количественными, так и качественными. В свою очередь повышение и понижение интенсивности обменных процессов, выходя за рамки нормы, нередко ведут к качественным сдвигам и изменениям в организме и возникновению того или иного заболевания.
Современная медицина достигла уровня, когда ставится вопрос о разработке критериев и прогнозов психического и физического развития человека с учетом воздействия на него НТП, изменяемой социальной и экологической среды. Научно-технические достижения усиливают возможности направленного воздействия медицины на развитие человека, способствуя продлению его творческого долголетия. Увеличение продолжительности жизни должно сопровождаться продлением творческого периода деятельности человека.
Пока еще окружающая среда способна восстанавливать равновесие, нарушенное в результате хозяйственной деятельности человека, адаптируясь к этой деятельности. Однако адаптационные механизмы биосферы оказываются сейчас на грани истощения, работают на пределе своих возможностей. На этой основе возникают негативные необратимые сдвиги и изменения, способные пагубно влиять на жизнедеятельность животного и растительного миров, а также человека.
20.2.3. Единство человека и природы
Лекарства для лечения болезней человек стал применять еще в глубокой древности, когда, подражая животным, отыскивал целебные растения и использовал их. К древним временам относятся и попытки систематизировать лекарственные вещества. Сведения о них мы находим в сочинениях Гиппократа. В этот период человек использовал, в основном, средства, содержащиеся в биологических объектах.
По мере развития науки и техники появилась возможность синтезировать различные органические и неорганические препараты. Однако многие ими злоупотребляют. В результате мы все чаще сталкиваемся с людьми, приучившими себя к постоянному приему лекарств. Многие в этой связи страдают лекарственными аллергиями. Широко известны факты, когда многие препараты в момент их выпуска считались безвредными, а с течением времени выявились их опасные свойства.
Многие лекарственные вещества наряду с полезным действием вызывают вредные побочные эффекты, например, нарушают течение обменных процессов, деятельность различных внутренних органов, эндокринных желез. В результате бесконтрольного применения препаратов у болезнетворных организмов возникают «привыкание» и невосприимчивость к этим лекарствам, а болезнь переходит в хроническую форму. Кроме того, антибиотики замедляют развитие как вредных микроорганизмов, так и полезных, а в итоге мы имеем трудноизлечимые грибковые заболевания.
Вывод напрашивается сам собой: если и принимать лекарства, то только те, которые стимулируют работу самого организма, не вмешиваясь грубо в процессы жизнедеятельности. Или вообще постараться избегать применения лекарств и перейти к природотерапии.
Природотерапия — это сознательное или стихийное, непреднамеренное использование бальнеологических ресурсов природы: воздуха, воды, солнца, красоты ландшафтов, запахов растений, фитонцидов и т.д. в излечении и профилактике болезней.
Человек формировался среди естественной природы и связан с нею тысячами нитей. Шум леса, воздух, насыщенный легкими ионами, фитонцидами и кислородом, тысячелетиями стимулировали обменные процессы человека. Окружающая нас среда — будь то лес или поле, пахучие травы и цветы, тенистые парки или солнечные поляны, природные источники и родники, — содержит в себе столько лечебных свойств и факторов, что при умелом подходе их можно применять при всех болезнях и часто даже с большим эффектом, чем широко известные и модные лекарственные препараты.
Благотворное воздействие природы на здоровье че ловека хорошо было известно и крестьянам, которые широко пользовались природотерапией, На работаю щих или отдыхающих на лоне природы бальнеологи ческие факторы действуют в комплексе и очень эффек тивно. Крестьяне же постоянно жили среди этих фак торов естественной среды, незагрязненной природы восстанавливая силы непосредственно при общении с природой.
Рассмотрим некоторые из природных лечебных факторов.
1. Природотрудотерапия — это укрепление здоровья в процессе умеренной работы на природе — в саду огороде, на поле, в лесу и т.д. Труд повышает обмен веществ, мобилизует силы, способствует психологической реабилитации человека. Кроме того, большое значение имеет нормальное удовлетворение от проделанной полезной работой. Прекрасный пример в этом плане — Лев Толстой, который в молодости обладал богатырским здоровьем, жил в усадьбе, превосходно питался, но для поддержания своего здоровья граф регулярно занимался физическим трудом.
2. Гидротерапия — использование водных процедур, купаний для лечения болезней и профилактики заболеваний. В древнем китайском трактате записано: «Десять преимуществ дает омовение: ясность ума, свежесть, бодрость, здоровье, силу, красоту, молодость, чистоту, приятный цвет кожи и внимание красивых женщин». Бегание детей по лужам является «зовом предков». Купание избавляет от многих заболеваний верхних дыхательных путей, ангин и т.п.
3. Аэротерапия — лечение воздушными ваннами. Особенно полезен зимний морозный воздух, лишенный микробного загрязнения. Селяне работали в поле или на сенокосе в легкой продуваемой одежде или обнаженными по пояс, принимали воздушные ванны.
4. Гелиотерапия — загорание на солнце. Оно снижает восприимчивость к раковым заболеваниям в 10—30 раз. Селяне, которые работали от восхода до заката солнца на поле, в саду, в огороде, на сенокосе, одновременно загорали, подвергаясь при этом воздействию лучей широкого спектра. Быть может, поэтому и раковые заболевания были распространены значительно реже. В одном из ведущих университетов США недавно установлено весьма благоприятное воздействие первых утренних «малиновых» лучей на организм человека: этот свет лечит мигрень. У многих народов утренние лучи считались самыми полезными. Однако нарушение озонового слоя резко изменило ситуацию: врачи Японии не советуют находиться соотечественникам на солнце без зонтика, так как это чревато заболеваниями рака кожи.
5. Педотерапия — лечение почвой в прямом и переносном смысле. На Дону, когда почвы еще не были загрязнены, казаки прикладывали к ранкам кусочки почвы, и ранка затягивалась, так как в почве содержатся микроскопические грибы, выделяющие витамины, способствующие свертыванию крови. Сейчас почвы загрязнены и попадание их на ранку может вызвать столбняк и другие болезни. Здесь надо выделить еще одну сторону, которая очень полезна для здоровья, — это хождение по земле босиком.
6. Ландшафтотерапия. Живописный ландшафт поднимает настроение, возвышает душу человека, снимает стресс, отвлекает от тяжелых переживаний. Стресс разрушает иммунную систему, вызывает преждевременное старение организма, различные поломки в нем. Красивые березовые леса не только чаруют своей красотой, но и врачуют тело, возвышают душу. Особенно велика эффективность разнообразных пересеченных ландшафтов, покрытых различными типами лесов. Сосняки с сухим, пропитанным фитонцидами и легкими ионами воздухом уже давно широко используются для лечения легочных заболеваний.
7. Лечение тишиной. Шум вызывает самые различные заболевания: от легкого недомогания до язвы желудка, тяжелого истощения нервной системы. Шум падающих капель использовался в древности в качестве наказания. Поневоле на ум приходят строки из стихотворения А. Вознесенского: «Тишины хочу, тишины... Нервы что ли обожжены? Тишины хочу...» Пенье птиц, шелест деревьев, журчание ручья, звуки дождя — все это оказывает оздоровительное влияние на нервную систему человека и железы внутренней секреции, восстанавливает силы человека, повышает работоспособность и творческий потенциал. Л.Н. Толстой говорил: «Счастье — это быть с природой, видеть ее, говорить с ней».
8. Лечение запахами. Известно, что запахи могут вызывать разные эмоции: навеять грусть и радость, поднять настроение, повысить работоспособность, неприятные запахи вызывают головную боль, головокружение, раздражение, повышают давление и т.п. Установлено, что запах ромашки аптечной успокаивает центральную нервную систему человека. Знаменитые врачи древности Гиппократ и Авиценна наборами нюхательных солей лечили различные припадки, головные боли и другие болезни. Сельские жители на сенокосах вдыхали запахи свежих скошенных трав и сами того не подозревая, лечились от многих болезней. В настоящее время лечение ароматами снова возрождено.
Ныне известно, что листья деревьев выделяют до 200 различных веществ. Только пихта, например, выделяет их около 60. В природе каждое растение издает свой запах, нередко целый букет запахов. Многим известно также благоприятное воздействие на настроение запаха прелых листьев. Установлено, например, что регулярное вдыхание запаха герани помогает многим избавиться от бессонницы. Один профессор задался вопросом: «Почему в большом городе человек быстро устает, а на колхозном рынке в том же городе может ходить часами и чувствовать себя хорошо?» Ответ простой: «Все дело в зелени, в ароматах, которые она источает».
Существует множество и других природных факторов, оказывающих лечебное действие. Селяне пользовались ими постоянно. Воздействие их было непрерывным, комплексным, естественным и более благоприятным для организма, нежели многие современные методы физио-, водо-, грязе- и т.д. лечения. Современный горожанин больше оторван от природы. А между тем, чтобы сохранить свое здоровье, надо почаще бывать в лесах, на лугах, водоемах, болотах (в ряде стран болота с их абсолютной тишиной стали использовать для лечения нервно-психических расстройств), вести здоровий образ жизни.
20.2.4. Валеология — новая наука о здоровье души и тела
Человечество, различные совокупности людей, наконец, каждый гражданин в отдельности на всех этапах общественного развития стремились и стремятся не только к возможно большей длительности своей жизни, но и к более богатому качественному ее содержанию.
Важнейшее условие самореализации человека во всех сферах деятельности — высший уровень его психосоматической организации. Рассматриваемые в широкой панораме социального бытия все стороны человеческой деятельности и жизни:
? производственно-трудовая;
? социально-экономическая;
? политическая;
? семейно-бытовая;
? духовная а также проведение досуга и получение образования, — все это в конечном счете определяется уровнем здоровья.
Валеология — новая наука о творении здоровья души и тела. Она направлена на поддержание стабильной жизнедеятельности организма. Цель ее — определить качество здоровья и взять эти данные на вооружение.
Многоплановая связь между здоровьем и благосостоянием, характеризуемая причинно-следственными отношениями, обуславливает необходимость разностороннего изучения здоровья в рамках комплексных исследований уровня жизни населения. Как считает академик А.Д. Адо, все болезнетворные факторы оказывают свое воздействие через социальную природу человека, его ближайшее и более широкое окружение.
Важнейшее направление таких исследований — количественный и качественный анализ влияния на состояние здоровья различных факторов, характеризующих условия и образ жизни людей. Теоретический поиск в области факторов здоровья имеет огромное практическое значение в связи с необходимостью разработки оздоровительно-профилактического прогноза и программ. Первостепенная значимость данного направления обусловлена, таким образом, его непосредственной связью с решением конкретных задач социальной политики государства, направленных на сохранения и укрепление совокупного потенциала здоровья населения, на всестороннее развитие психосоматических способностей каждого человека. Это один из коренных вопросов политики в обществе.
Очевидно, что стратегия формирования положительных характеристик здоровья индивида должна строиться в рамках представлений о существовании «факторов риска» нарушения здоровья и развития тех или иных заболеваний. Следует отметить отсутствие точных оценок между ростом уровня здоровья, продолжительности жизни, снижения заболеваемости и смертности и изменениями отдельных показателей уровня жизни и народного благосостояния. Это, в свою очередь, осложняет определение первоочередности осуществления таких мер воздействия на здоровье людей, как совершенствование условий труда, повышение уровня развития здравоохранения и т.д.
Большой практический интерес представляет исследование отдельных компонентов благосостояния под углом зрения «валеологического ресурса». Для этого необходимо исследовать главные компоненты благосостояния, включая материальные и духовные запросы, по степени их влияния на качество здоровья. Необходимо провести сравнительный анализ условий жизни отдельных групп населения, различающихся по показателям здоровья и болезней.
Практическая значимость таких исследований заключается в том, что их результаты могут послужить основой рекомендаций, дающих определенные ориентиры социальной политики. Таким образом, те или иные социально-медицинские и экономические мероприятия могут получать приоритет по критерию сохранения здоровья.
20.2.5. Валеологические уровни здоровья
Для валеологов больных людей нет. Для них все люди здоровы, но качество здоровья — разное. Н.М. Амосов говорил: «Помогите мне подсчитать количество здоровья у людей!»
В зависимости от количества и качества здоровье всего населения можно разделить на 7 уровней.
Последний, седьмой валеологический уровень здоровья можно назвать «реанимационный». На этом уровне велики проблемы как физического, так и психического здоровья. Человека надо изолировать и спасать его жизнь.
Предпоследний, шестой уровень здоровья можно условно назвать «опасен для жизни». На этом уровне идет накопление болезней, некоторые даже будут сокращать жизнь. Например, острое респираторное заболевание «бьет» по почкам. Городское население по результатам обследований валеологов находится, в основном, на этом уровне.
Пятый уровень можно условно назвать «опасен для здоровья». Здесь накапливаются болезни, но и здоровье тоже накапливается. Человек обладает низкой работоспособностью. На этих низких уровнях наблюдается реакция на выживание по типу млекопитающих, у которых опасности вокруг, а значит, надо много видеть и слышать. У людей наблюдается подрагивание мышц, им трудно сохранить внимание, детям — трудно усидеть на месте. Так, например, отек носа — это реакция рептилий: организм платит за ту ответственность, которую человек на себя возложил. Родители «бьют» на честолюбие, загружают детей, поднимают престиж образования, вовлекают их в более интенсивный процесс обучения и в результате — насморк.
Четвертый уровень — «уровень стабилизации». Это стадия ремиссии. Болезни есть, но они не проявляются. Организму хватает собственных сил, чтобы адаптироваться к окружающей среде. На этом уровне повышается работоспособность, велика антистрессовая защита. Цель исследований валеологов — вывести все население на этот четвертый уровень. Это реальный уровень. На этом уровне, например, живут спортсмены при грамотном тренере.
Третий уровень — это «уровень полнейшей реализации. планов и способностей человека». На этом уровне происходит адаптация к доминирующему роду деятельности.
Первые два уровня связаны с развитием у человека неординарных способностей, возможностей целительства и т.п.
Переход с более низкого уровня на более высокий возможен. Ориентация коры головного мозга на выживание идет через обучение, через самосовершенствование. Чем больше знаний, — тем крепче здоровье. Прием повышения уровня здоровья — повышение культуры движения, проведение «минуток здоровья». Среди способов перехода на более высокий уровень здоровья, используемый грамотными тренерами, можно выделить следующие:
1. Очень строгий режим.
2. Регулярная физическая нагрузка.
3. Адекватное питание: оно включает расчет калорий, содержащихся в различных продуктах, нормирование белков, жиров, углеводов, витаминов и т.п.
4. Релаксация, т.е. снятие напряжения (спортсмены обучаются релаксации до и после соревнования, хороший пример релаксации — расслабление после зарядки).
5. Постановка цели, причем чем выше эта цель, тем лучше. Установлено, что те, кто ставил «планку» высоко, хоть чего-то да добился; поставившие цель стать олимпийским чемпионом, как минимум стали чемпионами города.
20.3. ЭМОЦИИ, ТВОРЧЕСТВО, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
Личность формируется и проявляется во взаимоотношении с окружающей средой. Особое значение в этой отражательной и познавательной деятельности, регулировании ее поведения занимают эмоции. Это тот внутренний механизм, при участии которого внешние раздражители превращаются в мотивы; создаются оптимальные условия для приспособления организма к окружающей среде и нормального функционирования организма, направленного на познание среды и ее творческое преобразование. Вполне правомерно поэтому утверждение, что своеобразие личности в значительной степени определяется особенностями ее эмоционального реагирования.
Эмоции расцвечивают нашу жизнь, определяя степень активности человека. От них во многом зависит наше отношение к людям, событиям, оценка собственных действий и поступков. Эмоции влияют на функции органов и тканей организма, а следовательно, влияют на здоровье.
На характер эмоций влияют архитектура города, состояние жилых помещений, мебель, предметы обихода, одежда, окружающая нас природа, выполняемая нами работа, различные моральные и материальные факторы. Но особенно большое действие на эмоциональную сферу оказывают люди, среди которых мы живем, работаем, отдыхаем, наши взаимоотношения с этими людьми, умение активно корректировать состояние собственных эмоций.
Французское слово emotion произошло от латинского emoveo, что означает «потрясаю», «волную». Со временем значение этого слова несколько изменилось и сейчас можно сказать, что эмоция — обобщенная чувственная реакция, возникающая на разнообразные по характеру сигналы, обязательно влекущая за собой изменения в физиологическом состоянии организма. Эмоции — это реакции человека или животных на воздействие внутренних или внешних раздражителей, имеющие ярко выраженную субъективную оценку и охватывающие все виды чувственности и переживаний. Эмоциями, или чувствами, называют психические состояния, отражающие субъективное отнвшение индивида к окружающей среде в зависимости от возраста и внешних воздействий,
20.3.1.1. Приспособительный характер эмоций
Приспособительный характер эмоций не вызывает сомнений. Возникнув и развившись на заре человеческого существования, они несли несколько функций, общих с животным миром. Прежде всего имеется в виду приведение организма в состояние «боевой готовности». Эта роль наших чувств отражена в книге Ч. Дарвина «Выражение эмоций у животных и человека», вышедшей в свет в 1872 г., где он на большом фактическом материале показал общность внешних выразительных движений, возникающих в зависимости от внутренних и внешних причин: голод, ярость, жажда, страх и т.п. Особое внимание он уделил в этой книге оценке гибкой системы мотиваций, имеющих врожденный характер и названных им инстинктами. На разных ступенях эволюционной лестницы, с развитием и усложнением нервной системы, оценка ситуаций мозгом становится все более тонкой и дифференцированной.
20.3.1.2. Ориентировочный инстинкт эмоций
Другая биологически целесообразная функция эмоций заключается в оценке происходящего вокруг — это так называемый ориентировочный инстинкт эмоций. Сигнальный характер эмоций животного и человека позволяет оценить уровень энергетического потенциала (например, появление усталости, которая, однако, может исчезнуть под влиянием страха или ярости), и осознать угрозу организму (так, реакция боли может свидетельствовать о развивающемся воспалительном процессе).
В процессе эволюции эмоции возникли как средство, позволяющее живым существам определять биологическую значимость состояний организма и внешних воздействий. Эмоции по своему происхождению представляют форму видового опыта: ориентируясь на них, индивид совершает необходимые действия, целесообразность которых остается для него скрытой. Люди смогли разгадать тайну молнии и грома, вычислить расстояние до звезд, создали теорию относительности, проникли в микромир, достигли Луны, но до сих пор не могут утверждать, что полностью познали самих себя, хотя всегда с упорством и настойчивостью стремились понять механизмы, определяющие возможность жить, чувствовать, мыслить. Одним из путей к самопознанию является изучение проблемы эмоций, к которым тысячи лет проявляли интерес представители самых различных профессий.
Высший продукт развития эмоций человека — это устойчивые чувства к предметам, отвечающим его высшим потребностям. Эмоциональный опыт человека изменяется и обогащается в процессе развития личности в результате сопереживаний, возникающих в общении с другими людьми, при восприятии произведений искусства, под влиянием средств массовой информации, в процессе творчества. Эмоции выступают в роли регуляторов человеческого общения, влияя на выбор параметров общения и определяя его способы и средства.
Эмоции характеризуются широким спектром разнообразных форм и оттенков. Радость и печаль, тревога и разочарование, гнев и страх, тоска и удовольствие — все это различные эмоциональные состояния. По сути у человека всегда имеются те или иные эмоции.
Древние китайцы признавали 7 основных эмоций: радость, гнев, печаль, веселье, любовь, ненависть и желание.
Эмоции принято делить на:
? стенические, т.е. тонизирующие, возбуждающие (радость, злость, гнев);
? астенические, т.е. подавляющие активность человека, тормозящие, расслабляющие (тоска, тревога, благодушие).
И стенические и астенические эмоции могут быть и положительными и отрицательными в зависимости от того, как оценивает их сам человек, под каким знаком они воспринимаются его сознанием.
Стенические эмоции подготавливают организм к активности, способствуют мобилизации творческих возможностей. Это состояние иногда определяют как желание «сдвинуть горы».
Астенические эмоции, наоборот, препятствуют осуществлению целенаправленной сознательной деятельности. Такое подавленное состояние характеризуется как «все валится из рук».
Положительные и отрицательные эмоции — это такие разновидности эмоций, которые оцениваются по признаку доставленного удовольствия или неудовольствия. Первые из них — радость, блаженство, любовь, симпатия и т.п., содействуют, как правило, упрочению полезных навыков и действий. Вторые, к которым относятся горе, презрение, ненависть, зависть, разочарование, испуг, тревога, стыд, раскаяние, ревность и т.п., помогают уклониться от влияния неблагоприятных факторов.
Но такое альтернативное деление не всегда оправданно, так как и в отрицательных эмоциях заложено «рациональное» зерно. Это хорошо подметил К.Г. Паустовский: «Способность ощущать печаль — одно из свойств настоящего человека. Тот, кто лишен чувства печали, так же жалок, как и человек, не знающий, что такое радость, или потерявший ощущение смешного».
В огромном спектре чувств человека можно также выделить и нейтральные переживания, к которым относятся состояния спокойного созерцания, удивления, любопытства, безразличия, равнодушия. Однако в нашей жизни все-таки преобладают положительные эмоции и даже такое проявление эмоций, как слезы, можно оценивать как весьма существенный компонент реагирования, необходимый в смягчении стрессовых реакций.
Без эмоций, как положительных, так и отрицательных, человек лишается побуждений к действительности. Если человек вытеснит из своего арсенала эмоции восторга и отвращения, любви и ненависти, радости и отчаяния, заменит категории добра и зла чистым «расчетом», то он превратится в «кибернетическое устройство», обезличит себя, утратит все человеческое, потеряет способность развиваться, расти, совершенствоваться. Эмоции поддерживают интерес к жизни, к происходящему вокруг нас. Человек прекрасен лишь тогда, когда чувства и разум обогащают и дополняют друг друга.
В психологии принято разделять эмоции на низшие и высшие. К первым относятся эмоциональные реакции, возникающие в связи с биологическими потребностями — чувством голода, жажды, оборонительным инстинктом. Именно благодаря этим простым эмоциям организм быстро оценивает характер воздействия, руководствуясь древним и универсальным критерием, свойственным всему живому, — «стремлением выжить».
Высшие эмоции. На их основе происходит формирование присущих лишь человеку социальных эмоций, которые иногда еще называют интеллектуальными. Они возникают в процессе познания личностью окружающей действительности. Высшие эмоции, в свою очередь, подразделяются на:
? этические и
? эстетические.
Этические эмоции формируются в процессе обучения и воспитания. Это своего рода регуляторы поведения человека в обществе. Среди них можно выделить:
? нравственные и
? моральные.
Если поведение не соответствует общепризнанным канонам, у человека возникает чувство неловкости или стыда. Интересно отметить, что Гегель назвал стыд «зачаточным, но резко выраженным гневом человека на самого себя». Люди сплачиваются в коллективы благодаря этическим эмоциям. К ним можно отнести чувство долга, ответственности, солидарности, патриотизма, товарищества, дружбы, творческого вдохновения.
Формирование эстетических чувств отражает способность человека к восприятию красоты и гармонии окружающего мира. Кроме природных задатков в их становлении существенное значение приобретает воспитание эстетического вкуса, который позволяет, как говорил Н.Г. Чернышевский, «живо сочувствовать прекрасному в сочетании с проницательным здравым смыслом».
В круг эстетических эмоций входит присущая человеку возможность оценивать возвышенное, прекрасное, способность различать оттенки трагического и комического в происходящем, получать удовлетворение от блестяще выполненного творческого труда.
20.3.1.4. Эмоции и общественное сознание человека
Формирование чувств во многом зависит от общественного сознания человека. Оно порождает многообразие палитры человеческих эмоций, позволяющее говорить об их безграничности.
Все многоцветье эмоций также условно делят на:
? Настроение — эмоциональное состояние, которое обычно не бывает чрезмерно ярким, но зато характеризуется относительной устойчивостью. По существу оно является фоновым эмоциональным состоянием. На настроение могут влиять самые разнообразные обстоятельства: погода, зубная боль, воспоминания, содержание прочитанного письма, реплика встреченного человека.
? Страсть — сильное и глубокое, достаточно длительное эмоциональное состояние. Страсть подчиняет себе основную направленность мыслей и поступков человека, целью которой является удовлетворение совершенно определенных желаний.
? Аффекты — обычно кратковременные, но предельно яркие вспышки (восторг, гнев, ярость, ужас), состояние эмоционального возбуждения высшей степени. В состоянии аффекта человек действует под влиянием, главным образом, эмоций.
Таким образом, эмоции — это свойственные каждому человеку психологические реакции на хорошее и плохое, это тревоги и радости, отчаяние и наслаждение. Эмоции обеспечивают способность к переживанию и сопереживанию, поддерживают интерес к жизни, окружающему миру. Они составляют часть нашей психической деятельности, влияют на работоспособность человека. Чем больше положительных эмоций, тем выше производительность, а значит, и работоспособность человека. Всеобщее стремление к поддержанию у себя и окружающих положительного эмоционального состояния — это залог здоровья, бодрости и счастья.
Творчество — это целеустремленная деятельность человека к познанию того, что ещё не открыто, и результатом которой является создание новых материальных и духовных ценностей. Творчество предполагает наличие у личности способностей, знаний, умений, благодаря которым создается продукт, отличающийся новизной, оригинальностью или уникальностью. Изучение различных свойств личности выявило важную роль воображения, интуиции, умственной активности, а также потребности личности в раскрытии своих собственных возможностей.
Можно выделить два направления в осмыслении творчества:
1. Творить может любой человек, который имеет определенные знания, владеющий приемами творчества, располагающий определенными условиями, обстановкой. Согласно этой точке зрения, все люди рождены одинаковыми и начинают различаться воспитанием и т.п.
2. Человек творит неосознанно. Он — гений от природы. Таким образом, творчество — это создание на основе того, что есть, того, чего еще не было.
Развитие культуры всегда означает творчество, новаторство. Однако если новатор пытается раскрыть сущность застоя, мракобесия, реакции в обществе, если ученый пытается выступить с новыми теориями, отрицающими старые, извечные догмы, он подвергается опасности преследования властными структурами. Преследовались и осмеивались творцы нового в живописи, музыке, литературе, архитектуре. Поэтому творец нового должен быть не только «сообразившим» или открывшим что-то новое, но и достаточно сильным и гибким человеком.
С психологической точки зрения, творец нового всегда обладает сильным воображением, отличается гибкостью ума, глубоким мышлением. Разносторонние потребности, высшая критичность, большая сила воображения позволяют ему преодолевать все препятствия на пути реализации творчества.
Работоспособность — это потенциальная возможность индивида выполнять целесообразную деятельность на заданном уровне эффективности в течение определенного времени. Она зависит от внешних условий деятельности и психофизических ресурсов индивида.
Можно выделить следующие стадии работоспособности:
? врабатывание;
? оптимальная работоспособность;
? некомпенсируемое и компенсируемое утомление;
? конечный «порыв».
В зависимости от видов труда, индивидуальных особенностей, состояния здоровья продолжительность, чередование и степень выраженности отдельных стадий могут варьироваться вплоть до выпадения некоторых из них. Соотношение продолжительности стадий работоспособности — один из показателей организации процесса деятельности.
К. Маркс писал, что труд — это прежде всего процесс, совершающийся между человеком И природой, процесс, в котором человек своей собственной деятельностью регулирует и контролирует обмен веществ между собой и природой.
Труд облагораживает человека. Работоспособным является человек, имеющий хорошее здоровье. Для того чтобы трудиться, человек должен иметь: средства производства, т.е. орудия труда; условия труда (дороги, здания, рабочее место); определенные знания и навыки; которые постоянно совершенствуются. В процессе труда человек, владея старыми знаниями, добавляет новые и тем самым развивает не только себя лично, но и человечество. В результате трудовой деятельности происходят общение людей, самореализация и самоутверждение личности. Таким образом, труд — это сознательная деятельность человека, направленная на видоизменение и приспособляемость видов природы.
20.3.4. Взаимосвязь здоровья, эмоций, творчества, работоспособности
Человек, его здоровье, эмоции, творчество, работоспособность — все это взаимосвязанные факторы. Только человек здоровый духовно и физически может творить, изобретать, целиком и полностью отдавать себя работе.
Психологами отмечено, что чем хуже здоровье человека, тем хуже его настроение, а следовательно, имеют место нежелание работать, понижение производительности труда. Поэтому между людьми возникают конфликты, недопонимание. Таким образом, все — и здоровье и творчество — зависит от самого человека.
20.3.5. Самоактуализирующиеся личности
Одной из главных задач на пути создания новой психологической культуры, позволяющей людям научиться управлять собой и своим духовным миром, является достижение и творческой самореализации и индивидуальности личности. В гуманистической психологии творческая самореализация личности рассматривается как неповторимое, единичное проявление вырванного из мира человека. Такие люди обладают большим творческим потенциалом и практически реализуют его. К сожалению, личности, названные самоактуализирующимися, составляют всего лишь около 1% населения и представляют собой образец психологически здоровых и максимально выражающих свою человеческую сущность людей. Поэтому они так сильно отличаются от большинства.
Известный американский ученый А. Маслоу провел обширное исследование самоактуализирующихся личностей. В результате ему удалось выделить общие черты, присущие им. Вот некоторые из них:
1. Более адекватное восприятие действительности, свободное от влияния актуальных, потребностей, предрассудков, стереотипов.
2. Постоянный интерес к неизведанному.
3. Принятие себя и других такими, какие они есть.
4. Отсутствие искусственных, защитных форм поведения и неприятие такого поведения со стороны других.
5. Простота и естественность. Такие люди соблюдают установившиеся ритуалы, традиции, церемониалы, но относятся к ним с должным юмором.
6. Деловая направленность, т.е. такие люди заняты не собой, а своей миссией. Они соотносят свою деятельность с универсальными ценностями и рассматривают ее под углом зрения вечности, а не сиюминутного текущего момента.
7. Автономия и независимость от окружения.
8. Психологическая устойчивость в ситуациях разочарования или недостижения какой-либо значащей для них цели, помогающая им относительно спокойно переносить неприятности и быть менее подверженными воздействиям извне.
9. Свежесть восприятия. Нахождение каждый раз нового в уже известном.
10. Дружба с другими самоактуализирующимися личностями. Это подразумевает узкий круг людей, отношения с которыми весьма глубокие.
11. Отсутствие проявления враждебности в межличностных отношениях. Устойчивые внутренние моральные нормы. Нравственное поведение, чувство добра и зла. Ориентация на цели, средства всегда подчинены целям;
12. Демократичность в отношениях. Готовность учиться у других.
13. Творческий подход к деятельности независимо от вида деятельности.
14. Юмор в отношении к жизни в целом и к себе самому, но не к чьим-либо невзгодам или чьей-либо ущербности.
15. Неизменность поведения в угоду окружению. Такие люди в большей степени, чем остальные, склонны считать себя представителями человечества в целом, чем представителями только своей страны.
Сознание — объект внимания многих наук, как естественных, так и гуманитарных. Органом сознания является мозг и интерес к нему очень велик. Вопросы сознания неразрывно связаны с проблемой существования мира и проблемами познания человеком самого себя.
Традиционно сознание определяется как высшая, свойственная только человеку функция головного мозга, сущность которой состоит:
1. В отражении объективных свойств предметов внешнего мира.
2. В предварительном мысленном построении действий и предвидении их результатов.
3. В правильном регулировании и саморегулировании взаимоотношений человека с общественной и природной действительностью.
Сознание — это совместное знание, общее, то, что может быть передано другим людям. Язык служит нормой выражения мысли и средством общения людей. Мысль никогда не равна прямому значению слова, но она и невозможна без слов.
Высшая нервная деятельность включает в себя три уровня: ? сознание;
? подсознание;
? творческую интуицию.
Подсознание — это своего рода «автопилот», который помогает летчикам управлять самолетом, когда он выведен на правильный курс и поднят в воздух. Оно включает в себя психические процессы, которые возникли под влиянием сложных поведенческих программ, доведены до автоматизма и стали навыками.
Сверхсознание, или творческая интуиция, понимается как первоначальный этап творчества, который не контролируется ни сознанием, ни волей. Эта деятельность обеспечивает личности выдвижение, обоснование гипотез, поисков.
20.4.1. Естественнонаучные данные о мозге человека
Современное естествознание считает, что все акты сознания возникают в результате совместного действия множества клеток головного мозга, который является организмом сознания.
Основные действующие элементы нервной системы — это нервные клетки, нейроны. Головной мозг человека состоит из 40 50 млрд нейронов, каждый из которых имеет до 10 тыс. соединений со своими соседями. Эти соединения осуществляют передачу и переработку информации.
Поверхность головного мозга — серое вещество, или кора головного мозга, состоит из тел нервных клеток и имеет глубину 2-6 мм. Головной мозг человека имеет мозговые извилины, благодаря которым поверхность мозга оказывается примерно в три раза больше, чем поверхность мозга без извилин.
Мозг человека имеет три функциональных блока:
? Блок, обеспечивающий тонус, т.е. нормальную жизнедеятельность.
? Блок, обеспечивающий прием, переработку и хранение информации, т.е. являющийся главным аппаратом познавательных процессов.
? Блок, программирующий поведение человека, его регуляцию и контроль за всеми поступками и действиями.
Эти три блока работают в неразрывном единстве.
В задачи мозга входит обеспечение сложных процессов, регулирующих взаимодействие человека с окружающей средой:
1. Гомеостаз, т.е. поддержание необходимого для жизнедеятельности человека внутреннего состояния организма: дыхания, кровообращения, терморегуляции, пищеварения, сна, бодрствования и т.д.
2. Эмоции, через которые проявляются тревога, боль, стресс, болезни, удовольствие, радость, т.е. все положительные и отрицательные реакции человека.
3. Обучением память, связанные с реакцией запечатления (отражения), которые формируют внимание человека, его волю, оказывают воздействие на его интересы и потребности.
Все названные составляющие сознания характеризуют интеллект личности.
Интеллект в переводе с латинского (intellectus) означает познание, понимание, рассудок. Это способность мыслить и рационально познавать действительность. Интеллект зависит от:
? генетических особенностей;
? избранной человеком направленности в своей жизнедеятельности.
Интеллект развивается в процессе самоэксплуатации, самоупотребления. Поэтому чем больше мы используем разум, мышление, тем больше его развиваем.
Появление на Земле интеллекта — столь же естественный и закономерный этап ее развития, как и возникновение жизни на ней. Животные тоже ведут себя разумно, как свидетельствуют данные этологии — науки, изучающей поведение животных. Однако человеческий интеллект качественно отличается от «разума» животных, так как человек способен мыслить абстрактно, образовывать общие понятия, отрываться в мышлении от реальности. Но главное, наверное, состоит в его способности к рефлексии, т.е. умении видеть себя со стороны, а следовательно, изучать не только окружающий мир, но и самого себя. Интеллект принято противопоставлять таким свойствам человека, как воля, чувства, интуиция.
Мышление человека, обладающего интеллектом, — это высшая форма мышления, это отражение и анализ реальной действительности. Это уже не только физиологический, но и социально-исторический феномен.
Становление интеллекта можно рассмотреть с позиций теории самоорганизации. Обратные связи типа рефлексов обеспечивают простейшие функциональные зависимости между «входом» и «выходом» системы, между стимулом и реакцией организма, причиной и эффектом, который она порождает. Интеллект позволяет приобрести необходимые знания, с чьей помощью можно предсказывать развитие событий, в зависимости от действий, предпринятых человеком.
Путь совершенствования системы управления живого существа пролегал, по-видимому, параллельно развитию структуры обратных связей и их постепенному совершенствованию, превращению обычных рефлексов в гораздо более сложный нерефлекторный тип. Иными словами, совершенствовались не только рецепторы, т.е. способы регистрации внешней обстановки, но и, что гораздо важнее, способы анализа и оценки полученной информации. Это дает возможность получать представления (прогноз) об изменениях в обстановке, которые могут произойти в зависимости от того, как живое существо будет реагировать на информацию, поступающую из внешнего мира.
На пути к интеллекту происходит не просто увеличение объема поступающей информации и ее разнообразие, но и, главным образом, совершенствование способов ее анализа от жестко запрограммированного образа действия к гибким программам, возникновение которых осуществляется из осознания необходимости. Математическая теория распознавания образов приоткрывает завесу над тем, как создаются способы отбора рациональных действий из числа допустимых на основе накопленного опыта, т.е. гибкие программы. Их создание всегда предполагает существование тех или иных алгоритмов перебора. Нерефлекторность обратных связей, в которых используются такие алгоритмы, определяется различием опыта и, следовательно, объективных оценок.
Таким образом, под интеллектом понимается способность мышления предвидеть события, результаты собственных действий, анализировать и оценивать свое состояние и окружающую среду, а также принимать решения, сообразуясь со всеми представлениями об окружающем мире. Это и означает действовать сознательно.
Нейрофизиологи экспериментально доказали, что у человека ежесуточно отмирает примерно 100 тыс. нейронов, которые не используются в осуществлении тех или иных физических процессов (машина тоже ржавеет без употребления). Процесс отмирания не оказывает никакого воздействия на общее состояние сознания. По мнению ученых, человек имеет доступ лишь к 4% своих нейронов. Остальные клетки, не использованные для мышления или хранения информации, обеспечивают надежность работы мозга, многократно дублируя наиболее значимые для человека и его жизнедеятельности реакции его взаимодействия с окружающим миром.
Наш мозг хранит гораздо больше информации, чем мы того хотим или в этом нуждаемся. Но доступ к ней и извлечение ее из памяти — очень непростое дело. В мозгу постоянно осуществляются процессы отбора необходимой и значимой информации. Эмоции и чувства способствуют или препятствуют запоминанию. Это происходит потому, что мыслит мозг не сам по себе — а мыслит человек при помощи мозга («второе рождение», психоанализ, гипноз и т.п. позволяют извлечь из глубин памяти необходимую информацию).
Исследуя мозг, ученые обнаружили, что у подавляющего большинства людей левое полушарие отвечает за язык, речь и контролирует их. Правое же полушарие ответственно за образное мышление, восприятие пространственных отношений (палец может быть порезан ножом из-за нарушения этих пространственных отношений). При этом у каждого человека доминирует, т.е. преобладает либо одно, либо другое полушарие. Именно поэтому одни склонны к точным наукам — абстрактному мышлению, а другие — к образному мышлению (к гуманитарные науки, искусство). Большинство людей с развитым правым полушарием мозга проявляют художественные наклонности, обладают талантами в спорте.
20.4.5. Исследования в области человеческого мозга
Академик Наталья Петровна Бехтерева (Санкт-Петербург) более 20 лет занимается изучением мозга. За период исследования у нее сложилось совершенно твердое убеждение о том, что мозг человека — это структура опережающая по отношению ко всему тому, что происходит на нашей планете. Мозг человека устроен таким образом, что готов к любым ситуациям, которые могут возникнуть под влиянием «мозга гениев». Мозг любого человека в принципе потенциально готов к изучению того, что создается мозгом гениев, что кажется очень сложным. Самое непонятное здесь не в том, что создается мозгом гениев, а в том, что это приемлемо для всех остальных. Среднего человека, с ее точки зрения, нет, так как средний человек — это человек, который не «нашел себя».
В черепной коробке сравнительно немного вещества мозга, но в нем безумное количество элементов. Цифру их обычно варьируют, считая все в миллиардах, но ошибка может быть и достаточно большой — десятки раз. Мозг устроен так, что у него есть возможность формировать любые программы. Прелесть мозга, по ее мнению, в том, что там очень мало жестких структур и поэтому получается, что он фактически может все. У мозга есть аппараты отслеживания чего-то, но их не так много и они не появляются заранее, а формируются при надобности.
Яркая группа специалистов работала вместе с Н.П. Бехтеревой над расшифровкой мозговых кодов. Попутно с изучением мозговых кодов они увидели, что в мозгу есть детектор ошибок. В 1977 г. ими была выпущена книга «Мозговые коды в психической деятельности». Прошло более 20 лет, и только сейчас появилась волна публикаций о хрупком пространственно-временном коде.
Исследования мозга показали, что природа очень умело организовала свои тайны и иногда в некоторые тайны не следует, грубо говоря, заглядывать. Так, например, им было обнаружено, что если простимулировать некоторые определенные участки мозга, то вдруг начинают резко возрастать возможности памяти и интеллекта. Это можно использовать в крайних случаях для лечения, но не для того, чтобы человек стал умнее, так как за все в жизни приходится платить и надо еще подумать, чем заплатит человечество за эти знания.
20.4.6. Моделирование функций человеческого мозга
Понятие интеллекта сегодня используется и в технике. Оно прочно вошло в ряд технических дисциплин. Однако там интеллект осмысливается совсем иначе. Когда говорят об искусственном интеллекте, то акцент обычно делается на чисто технических вопросах, например, как организовать память, банки данных, как описать предметно область, сделать наглядной входную и выходную информацию и т.д.
Полное отождествление человека и машины, человеческого сознания и функций кибернетических систем пока невозможно. Это убеждение основано на структурном различии человеческого мозга и ЭВМ, сущность которой, безусловно, ниже сложности человеческого мозга, и на различии функционирования этих двух универсальных преобразователей информации.
В настоящее время кибернетическими устройствами успешно моделируются такие способности человеческого мозга, как:
? обучение;
? создание абстракций;
? создание обобщений;
? игра в шахматы (в проводившемся «поединке» Каспаров проиграл суперкомпьютеру);
? распознавание зрительных образов;
? формулировка и запись теорем;
? написание музыки и т.д. и т.п.
Американский математик Ван Хао построил программу, по которой универсальная ЭВМ осуществила доказательство 200 теорем из капитального труда по математической логике Рассела и Уайтхеда. При этом она попутно сформулировала и доказала еще 10 теорем, которых в книге не было. Это пример моделирования творческой деятельности в математике.
Возможность моделирования интеллектуальных способностей человека в области музыкального творчества позволяет лучше понять природу самой музыки (так называемый логический аспект музыкальной культуры).
В работе по теории нейронных сетей У. Мак-Каллок и В. Питс доказали, что любая функция естественной нервной системы может быть логически описана с помощью конечного числа слов и реализуема с помощью формальной нервной системы, которая во многом эквивалентна ЭВМ. Отсюда вывод: в принципе можно моделировать любые функции человеческого мозга.
Структурный подход состоит в моделировании отдельных нейронов, из которых состоит человеческий мозг. Мозг состоит из миллиардов нервных клеток, сам нейрон имеет весьма сложное строение, и построить его хорошую модель нелегко, а чтобы создать искусственную схему, нужно соединить между собой десятки или сотни тысяч искусственных нейронов. Пока этого сделать нельзя.
От принципиальной возможности создания искусственного интеллекта следует отличать технические возможности его создания и практическую целесообразность. Человечество на каждом этапе своего развития расширяет технические возможности.
«Все люди от природы стремятся к знанию» — этой фразой начал Аристотель свою «Метафизику». Стремление это возникает в довольно раннем возрасте и каждый может припомнить эпизоды своего детства, связанные с удовлетворением любознательности, собственными открытиями. Каждый ребенок открывает мир по-своему, воспринимает явления, запоминает факты, сравнивает их, систематизирует. Анализируя познавательную деятельность ребенка, К.И. Чуковский говорил: «Нельзя не восхищаться упорным стремлением детского разума внести хотя бы иллюзорный порядок в разрозненные, дробные знания о мире». В поисках закономерностей: зачем? Почему? Каким образом? — основа культуры, залог успеха и прогресса человеческой мысли.
Человеческая личность целостна. Это отражено даже в самом понятии «индивидуум», что в переводе с латинского означает «неделимый». Смысл этого понятия со временем менялся. В процессе антропогенеза человек постепенно утрачивал устойчивые связи с природой, свойственные животным. Оставаясь частью природы и подчиняясь ее законам, он в то же время выходит за ее пределы, поднимается над ее границами, противостоит ей как осознающий себя субъект. Однако именно разум позволяет ему понять трагизм своего положения, неразрешимость человеческой ситуации. Дисгармония человеческого существования порождает потребности, далеко выходящие за пределы животного происхождения:
? в связи с другими людьми;
? в самоутверждении;
? в привязанности;
? во внутренней целостности;
? в основе ориентации;
? в объекте поклонения и т.д. Человеку нужны некие идеальные объекты, цель, идея,
которым он мог бы всецело себя посвятить, и в этом бескорыстном служении реализовать свою сущность и обрести полноту бытия.
В мировом сообществе назрел мировоззренческий кризис. По мере того как наука все активнее превращалась непосредственно в производительную силу, человек все больше и чаще чувствовал себя повелителем природы, относился к ней как к средству. Но в азарте погони за тайнами атома, живой клетки, мощностью, скоростью, грузоподъемностью техники как-то выпала из поля зрения простая истина: за все надо платить. Зловещие черты кризиса начали проявляться тогда, когда интенсивность геологической деятельности стала соизмеряться с динамикой процессов, происходящих миллионы лет в биосфере. Это отразилось и на отдельной личности: перестав осознавать себя целостным микрокосмосом, личность деградирует, отчуждается от общества и природы.
Мировоззренческой основой борьбы за экологию природы, экологию человеческого духа, направленной как на сохранение биосферы, так и на гармонизацию самого человека, является целостность.
Целостность общечеловеческого сознания, целостность восприятия человека как составной части единого универсального организма должны стать не только предметом осмысления каждого человека, но и мировоззренческой основой каждого, соединяющей разум и чувства.
Идея целостности должна стать непреодолимой преградой на пути сползания к кризису, пронизывая общее и частное, большое и малое, бесконечную Вселенную и точку пространства.
Проблема целостностного мироздания порождает, по существу, проблему универсального знания, о котором говорил еще Сократ, а впоследствии Аристотель: «Знание обо всем имеет тот, кто в наибольшей степени обладает знанием общего».
Рождается новый этап Разума: общечеловеческий. Страны уже нельзя рассматривать изолированно. Они объединены идеологиями, наукой, технологиями, торговлей, общими ресурсами, атмосферой, водами. Страны ведут себя, как люди: работают на земле, перерабатывают продукцию, обмениваются ею, общаются, ссорятся, ходят в церковь и школу, немного помогают друг другу, иногда ведут совместные работы для защиты от стихии, совместные исследования в космосе. Движут ими биологические потребности и верования, а реализуют они их в силу Разума. Все это говорит о том, что нужно жить в гармонии с природой, не нарушая ее равновесия. И естествознание будет обеспечивать здесь неограниченное развитие.
УЧЕБНЫЙ ПЛАН, ПРОГРАММА КУРСА, ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ И КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ, КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Курс «Концепции современного естествознания» предложен Госкомитетом РФ по ВО в 1995 г.
В области СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ прослушавший курс обязан знать:
? об основных этапах развития естествознания;
? об особенностях современного естествознания;
? о ньютоновской и эволюционной парадигмах;
? о концепции пространства и времени;
? о принципах симметрии;
? о законах сохранения;
? о понятии состояния в естествознании;
? о корпускулярной и континуальной традициях в описании природы;
? о динамических и статических закономерностях в естествознании;
? о соотношении порядка и беспорядка в природе;
? об упорядоченности строения физических объектов;
? о переходах из неупорядоченного состояния в упорядоченное и наоборот;
? о самоорганизации в живой и неживой природе;
? об иерархии структурных элементов материи от микро- до мегамира;
? о взаимодействиях физических, химических и биологических процессов;
? о специфике живого;
? о принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе;
? об иерархичности, уровнях организации живых систем;
? о биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости биосферы и принципах систематики;
? о биологических основах психики, социального по ведения и здоровья человека;
? о взаимодействии организмов и среды, сообществах организмов, экосистемах;
? о принципах охраны природы и рационального природопользования;
? о месте человека в эволюции Земли;
? о ноосфере и парадигме единой культуры.
. Тема 1. Предмет естествознания. Закономерности, основные этапы, история, панорама и тенденции развития
1. Предмет естествознания. Основная терминология.
2. Основные закономерности развития естествознания.
3. Роль практики и относительная самостоятельность развития естествознания.
4. Основные этапы развития естествознания.
5. Панорама и тенденции развития естествознания.
Тема 2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
1. Научная теория. Содержание и структура естественнонаучной теории.
2. Критика и борьба мнений в науке.
3. Преемственность и интернациональный характер развития науки.
4. Взаимодействие естественных наук. Научный метод.
5. Дифференциация и интеграция наук.
6. Культура. Типы трансляции культур. Триада «человек, человечество, человечность».
7. Вклад естественнонаучной и гуманитарной культур в развитие цивилизации.
Тема 3. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
1. Проблема материи — один из наиболее важных и существенных вопросов философии и естествознания.
2. Корпускулярная концепция описания природы.
3. Континуальная концепция строения материи.
4. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов.
Тема 4. Структурные уровни организации материи. Микро-, макро- и мегамиры
1. Структурность и системная организация материи как важнейший ее атрибут.
2. Проявления структурной бесконечности материи.
3. Системная организация материи.
4. Структурные уровни различных сфер.
5. Структура живой природы.
6. Социальная действительность в структурном аспекте.
Тема 5. Структура и ее роль в организации живых систем
1. Система и целое.
2. Различные типы систем.
3. Часть и элемент.
4. Взаимодействие части и целого. Определяющая роль целого по отношению к частям.
5. Диалектическое единство дифференциации и интеграции частей.
6. Причины и факторы, обеспечивающие, по Ч. Дарвину, дифференциацию частей.
7. Алгоритм сборки частей в целое.
Тема 6. Неопределенность в мире. Принцип неопределенности
1. Неустранимость неопределенности.
2. Неопределенностные процессы в массиве реалий действительности.
3. Неопределенностные процессы в искусстве.
4. Принцип неопределенности.
5. Парадокс неопределенности.
Тема 7. Хаос и порядок. Порядок и беспорядок в природе
1. Этимология понятия «хаос». Соотношение порядка и беспорядка в природе.
2. Хаос и мифы.
3. Хаос и его проявления.
4. Причины хаоса.
5. Роль энтропии как меры хаоса.
6. Упорядоченность строения физических объектов.
7. Пространственная модель соотношения порядка и хаоса.
8. Диалектическое единство 0-мерной точки.
Тема 8. Принципы дополнительности — суперпозиции, относительности
1. Принцип дополнительности.
2. Принцип суперпозиции.
3. Принципы относительности Галилея и Эйнштейна.
Тема 9. Принципы симметрии
1. Определение категорий симметрии.
2. Симметрия как эстетический критерий.
3. Математизация научного знания — одна из основных тенденций развития идеи симметрии.
4. Асимметрия. Роль понятия симметрии и асимметрии в живой природе.
5. Дисимметрия и антисимметрия.
6. Операции симметрии.
7. Симметрия подобия. Подобие как глобальная генетическая программа.
8. Пространственно-временные и внутренние принципы симметрии.
9. Иерархия принципов симметрии в законах сохранения физических величин.
Ю.Золотое сечение — закон проявления гармонии природы.
Тема 10. Динамические и статистические закономерности в природе
1. Проблемы детерминизма и причинности.
2. Фундаментальные физические законы.
3. Динамические и статистические законы.
4. Закон возрастания энтропии. Принцип минимума диссипации энергии.
Тема 11. Химические системы. Энергетика химических процессов. Реакционная способность веществ
1. Химические системы.
2. Энергетика химических процессов.
3. Реакционная способность веществ.
Тема 12. Особенности биологического уровня организации материи
1. Основные этапы становления идеи развития в биологии.
2. Концепции происхождения живого.
3. Значение работ Л. Пастера для понимания особенностей мирового эволюционного процесса.
4. Гипотеза Опарина.
5. Биоэнергоинформатика. Триединство Вселенной: материя, энергия, информация.
6. Метаболизм.
Тема 13. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем
1. Эволюция как развитие изучаемого процесса.
2. Дарвиновская триада — три уровня организации материального мира.
3. Классы механизмов эволюции. Основная особенность механизмов эволюции.
4. Закон дивергенции.
5. Взаимосвязь эволюции, адаптации и организации живых систем.
Тема 14. Отражение и его роль в организации развивающейся системы
1. Отражение как всеобщее свойство движущейся материи.
2. Основные свойства отражения.
3. Адаптация как особая форма отражения.
4. Проблемы адаптации живого и принцип отражения.
5. Концепция адаптационного синдрома, или стресса.
Тема 15. Пространство и время. Необратимость времени
1. Развитие представлений о пространстве и времени.
2. Общие свойства пространства и времени.
3. Трехмерность пространства на всех структурных уровнях материи.
4. Социальное пространство.
5. Время. Всеобщие и специфические свойства времени.
6. Пространство и время в микро-, макро- и мегамире.
7. Необратимость времени как проявление асимметрии.
8. Проекции времени на сознание человека.
9. Социальное время.
10. Личное время и чувство ритма.
Тема 16. Самоорганизация в живой и неживой природе
1. Сущность проблемы самоорганизации в свете современной науки.
2. Механизмы самоорганизации.
3. Синергетика.
4. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации.
5. Механизм, обеспечивающий организационный процесс.
6. Характеристики процесса самоорганизации.
7. Понятие о гомеостазе.
8. Механизм обратной связи. Отрицательные и положительные обратные связи.
9. Теория двойственной обратной связи.
10. Роль и место информации.
11. Проблемы синергетики и глобальный эволюционизм. 12. Восточная философия о мировой гармонии.
Тема 17. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере
1. Биосфера как живая самоорганизующаяся система.
2. Общие черты мирового эволюционного процесса.
3. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
4. Ноосфера как новое эволюционное состояние биосферы.
5. Ресурсная и биосферная модели предельной возможности Земли.
6. Модель устойчивой мировой системы.
Тема 18. Экология. Законы экологии
1. Ноосферный гуманизм и проблемы экологии.
2. Экология и культура.
3. Законы экологии.
4. Применение второго начала термодинамики в области живого и экологии. Принцип ярусности.
5. Экология человека и взаимопронизывающие уровни метасистем.
6. Отходы и загрязнение биосферы.
7. Проблемы рационального природопользования.
8. Активная форма природопользования и правовое регулирование.
9. Биоэтика.
Тема 19. Социально-этические и биологические
принципы биологического познания.
Генетика и эволюция
1. Познавательные возможности методов биологического исследования.
2. Возможности управления процессами жизнедеятельности человека.
3. Генетика и эволюция.
4. Законы генетики Менделя.
5. Мутации.
6. Генная инженерия как новый этап биологической эволюции.
7. Этические принципы науки и социальные факторы.
8. Социология и этика науки как единый комплекс.
Тема 20. Человек: физиология, здоровье, творчество, эмоции, работоспособность
1. Экология человека и медицина.
2. Природа человека и его взаимодействие с окружающей средой.
3. Психоэмоциональная адаптация. Требования к внутренним ресурсам человека.
4. Здоровье как состояние максимальной адаптации человека к окружающей среде.
5. Проблемы здоровья и болезней в общебиологическом плане.
6. Валеология — новая наука о здоровье души и тела. Уровни здоровья населения.
7. Эмоции, творчество, работоспособность и их взаимосвязь.
8. Мозг как орган сознания.
9. Неординарные способности и возможности человека.
10. Возникновение духовного мира человека как резуль
тат самоорганизации.
11 Принцип универсального эволюционизма. Путь к единой культуре. Единая картина мира.
ЛИТЕРАТУРА
1. Философские проблемы естествознания /Под ред. С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1985. — 400 с.
2. Моисеев Н. Человек и ноосфера. — М: Мол. гвардия, 1990. — 551с.
3. Карпов М.М. Философские проблемы современного естествознания. — Изд-во Рост, ун-та, 1972. — 276 с.
4. Мостепаненко М.В. Философия и методы научного познания. - Л.: ЛГУ, 1970, 195 с.
5. Энгельс Ф. Диалектика природы / Маркс К., Энгельс Ф. Собр. соч. Т. 20. С. 33-149.
6. Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм / Полн. соб. соч. Т. 18.
7. Ленин В.И. О значении воинствующего материализма / Полн. собр. соч. Т. 45. С. 31.
8. Философские проблемы современного естествознания / Под ред. B.C. Готта. — М.: Высш. шк. 1974. — 264 с.
9. Мостепаненко A.M. Пространство и время в макро-, мега-и микромире. — М.: Изд-во полит, лит., 1974. — 240 с.
10. Щербаков А. С. Самоорганизация материи в неживой природе. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. — 112 с.
11. Кивенко Н.В. Отражение и его роль в организации живых систем. — Киев: Наукова думка, 1972. — 144 с.
12. Кивенко Н.В. Принципы познания живого. — Киев: Вища школа, 1991. — 144 с.
13. Человек и природа. — М.: Наука, 1980. — 256 с.
14. Акопян И.Д. Симметрия и асимметрия в познании. — Ереван: Изд-во АН Арм. ССР. - 1980. — 132 с.
15. Мякишев Г.Л. Динамические и статистические закономерности в физике. — М.: Наука, 1973. — 272 с.
16. Куликова О.Г. Экологическая ситуация и целостность биосистем. — Минск.: Наука и техника, 1989. — 110 с.
17. Дагенриш Г. Философское понятие материи и учение современной физики о строении материи. — Рига: ЛГУ им. П. Стучки, 1974. — 29 с.
18. Китанович Б. Планета и цивилизация в опасности. — М.: Мысль, 1983. — 240 с.
19. Ценностные аспекты науки и проблемы экологии. — М.: Мысль, 1981. — 278 с.
20. Гальперин С.В. Мое мировидение. — М.: Изд-во Моск. унта, 1992. - 208 с.
21. Асмолов А.Г. Психология индивидуальности: Методологические основы развития личности в историко-эволюцион-ном процессе. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. — 96 с.
22. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция, управление. — М.: Политиздат, 1980. — 234 с.
23. Никитин Д.В., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. — М.: Высш. шк., 1986. — 415 с.
24. Казначеев В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. — Новосибирск: Наука, 1989. — 248 с.
25. Учение В.И. Вернадского о переходе биосферы в ноосферу. Его философское и общенаучное значение. — М.: Наука, 1990. — 230 с.
26. Иванова Н.Л. Социально-культурные функции естественны наук. — Киев: — Наукова думка, 1977. — 168 с.
27. Мелюхин С.Т. Проблема конечного и бесконечного. — М.: Политиздат, 1968. — 220 с.
28. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. - 830 с.
29. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
30. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
31. Концепции современного естествознания //Для студентов вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
32. Рузавин Т.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 320 с.
33. Красимое В.А. Охрана природы, принципы, проблемы, приоритеты. — М., 1992.
34. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. — М., 1995.
35. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. — М.: Наука, 1991.
36. Бутусов К.П. Золотое сечение в Сблнечной системе / В сб. Астрометрия и небесная механика. — М., 1978. — 500 с.
Тема 1. Предмет естествознания. Закономерности,
основные этапы, история, панорама и тенденции
развития
1. Предмет естествознания. Основная терминология.
2. Основные закономерности развития естествознания.
3. Роль практики в развития естествознания.
4. Относительная самостоятельность в развитии естествознания.
5. Панорама и тенденции развития естествознания.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Сущность и предмет философских проблем естествознания.
2. Диалектико-материалистическая философия как адекватное обоснование современного естествознания.
3. Социальные функции естествознания.
4. Роль и взаимосвязь естественных наук и философских представлений.
5. Принцип неисчерпаемости материи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Философские проблемы естествознания /Под ред. С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1985. — С. 3-36, 169-183.
2. Энгельс Ф. Диалектика природы / Маркс К и Энгельс Ф. Собр. соч. Т. 20.
3. Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм / Полн. собр. соч. Т. 13.
4. Ленин В.И. О значении воинствующего материализма / Полн. собр. соч., Т. 45.
5. Дагенриш Г. Философское понятие материи и учение современной физики о строении материи. — Рига, 1974.
6. Карпов М.М. Философские проблемы современного естествознания. — Изд-во Рост, ун-та, 1972.
7. Некоторые категории диалектики. М.: Росвузиздат, 1963. — С. 3-14.
8. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
9. Концепции современного естествознания //Для студентов вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
1.
Тема 2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
1. Научная теория. Содержание и структура естественнонаучной теории. Основные способы построения естественнонаучных теорий.
2. Критика и борьба мнений в науке. Преемственность в развития науки. Интернациональный характер развития науки.
3. Взаимодействие естественных наук. Научный метод.
4. Дифференциация и интеграция наук.
5. Культура. Типы трансляции культур. Триада «человек, человечество, человечность».
6. Вклад естественнонаучной и гуманитарной культур в развитие цивилизации.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
Исторический опыт возникновения и развития фундаментальных физических теорий. Методология — основа формирования новых теорий, воззрения и принципов в естествознании.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кедров Б.М. Предмет и взаимосвязь естественных наук. — М.: Наука, 1967. - С. 11-83.
2. Кузнецов И.В. Преемственность, единство и минимизация знания — фундаментальные черты научного метода / В кн.: Материалистическая диалектика и методы естественных наук. — М.: Наука, 1968. — 367 с.
3. Некоторые философские проблемы современного естествознания. — Кишинев: Штиинца, 1984.
4. Карпов М.М. Философские проблемы современного естествознания. — Изд-во Рост, ун-та, 1972.
5. Современные философские дискуссии по основам физики. - М., 1980.
6. Ценностные аспекты науки и проблемы экологии. — М.: Наука, 1981. - С. 1-132.
7. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
8. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
Тема 3. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
1. Проблема материи — один из наиболее важных и существенных вопросов философии и естествознания.
443
2. Корпускулярная концепция описания природы: атомизм, механицизм, квантовая теория строения атома. Существенные особенности атомизма XX века.
3. Континуальная концепция строения материи. Концепция дальнодействия и близкодействия.
4. Единство корпускулярных и волновых свойств материальных объектов — одно из фундаментальных противоречий современной физики.
5. Связь принципа неисчерпаемости материи с принципом материального единства мира.
6. Элементарные частицы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мелюхин С.Т. Проблема конечного и бесконечного. — М.: Политиздат, 1968. — С. 9-139.
2. Некоторые категории диалектики. — М.: Росвузиздат, 1963. — С. 14-47.
3. Карпов М.М. Философские проблемы современного естествознания. — Изд-во Рост, ун-та, 1972.
4. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания.-М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
5. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. - 830 с.
6. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
7. Концепции современного естествознания //Для студентов вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
8. Рузавин Г.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 320 с.
Темы 4, 5. Структурные уровни организации материи.
Микро-, макро- и мегамиры.
Структура и ее роль в организации
биологических систем
1. Структурность и системная организация материи как
один из ее основных атрибутов:
а) понятие структуры материи;
б) проявление структурной бесконечности материи в
ее системной организации;
в) типы связей на разных структурных уровнях.
2. Структурные уровни различных сфер.
3. Структура живой природы.
4. Социальная действительность в структурном аспекте.
5. Система и целое. Различные типы систем.
2.
444
6. Часть и элемент. Взаимодействие части и целого. Определяющая роль целого по отношению к частям.
7. Диалектическое единство дифференциации и интеграция частей:
а) факторы и причины, обеспечивающие, по Ч. Дар
вину, дифференциацию частей;
б) алгоритм сборки частей в целое. Три механизма
сборки;
в) редукционизм.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Многообразие связей частей в целое.
2. Вселенная в атоме. Атомы Вселенной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Щербаков А. С. Организация материи в неживой природе. — М., 1990. С. 3-56.
2. Шептулин А.П. Диалектика единичного, особенного и общего. — М.: Высш. шк., 1963. — 163 с.
3. Югай Г.А. Диалектика части и целого в живой природе. М.: Знание, 1965. — 32 с.
4. Знак вопроса. 1993. № 1—2, с. 3—33.
5. Югай Г.А. Проблема целостности организма. М.: Соцэк-гиз, 1962.
6. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. — М., 1995.
7. Дубнищева Т.Н. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. — 830 с.
8. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
9. Концепции современного естествознания // Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
10. Концепции современного естествознания // Учебник для вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
11. Рузавин Г.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 320 с.
12. Альвен X. Атом, человек, Вселенная. Длинная цепь усложнений. — М.: Знание, 1973.
13. Длинная цепь усложнений /Знание. 1995. № 2.
Темы 6,7. Неопределенность в мире. Принцип
неопределенности. Хаос и порядок.
Порядок и беспорядок в природе
1. Неустранимость неопределенности. Неопределенно-стные процессы в массиве реалий действительности.
445
2. Неопределенностные процессы в искусстве.
3. Неопределенностные процессы в биологии, кибернетике, компьютерной связи.
4. Принцип неопределенности Гейзенберга как фундаментальное положение квантовой механики.
5. Парадокс неопределенности.
6. Этимология понятия хаос. Соотношение порядка и беспорядка в природе.
7. Хаос и мифы.
8. Хаос и его проявления. Причины хаоса.
9. Роль энтропии как меры хаоса.
10. Упорядоченность строения физических объектов. Два возможных подхода в объяснении порядка.
11. Пространственная модель соотношения порядка и хаоса.
12. Диалектическое единство 0-мерной точки.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Авангардистские течения в искусстве — автографы
начала XX века, отражающие его неопределенность.
2. Мутации как подкрепление неопределенности со сто
роны биологии.
3. Хаос и современность. Хаос и социальные катаклиз
мы.
4. Понимание хаоса как основания для установления
упорядоченности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пригожин И., Стингере И. Порядок из хаоса. — М., 1986.
2. Пригожин И., Николас Г. Биологический порядок, структура и неустойчивости // Успехи физических наук. 1973, Т. 109, Вьш. 3.
3. Шелепис Л. От жизни — в ничто. Рига, 1972.
4. Культура XX века. — М.: Юнеско, 1997.
5. Лешкевич Т.Г. Неопределенность в мире и мир неопределенности. — Ростов н/Д: Изд-во Рост, ун-та, 1994.
Тема 9. Принципы симметрии и асимметрии
1. Определение категорий симметрии, асимметрии, ди-симметрии и антисимметрии.
2. Симметрия как эстетический критерий.
3. Математизация научного знания — одна из основных тенденций развития идеи симметрии.
1.
446
4. Операции и виды симметрии. Принципы симметрии.
5. Иерархия принципов симметрии в законах сохранения физических величин.
6. Разновидность симметрии и асимметрии в природе — свойства материального мира. Понятие симметрии и асимметрии в биологии.
6. Симметрия подобия. Подобие как глобальная генетическая программа.
7. Пространственно-временные и внутренние принципы симметрии.
8. Принципы симметрии в космологии, технике, музыке, литературе.
9. Золотое сечение — закон проявления гармонии природы.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Золотое сечение — одно из наиболее ярких проявлений гармонии природы.
2. Различие живой и неживой природы по принципам симметрии.
3. Симметрия и проблема поиска единого принципа для всего естествознания.
4. Обнаружение золотого сечения в различных областях внешнего мира.
5. Связь аддитивного и мультипликативного принципов при исследовании золотого сечения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акопян И.Д. Симметрия и асимметрия в познании. — Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1990. — 132 с.
2. Принципы симметрии. Историко-методологические проблемы. — М.: Наука, 1978. - 400 с.
3. Некоторые категории диалектики. — М.: Росвузиздат, 1963. - С. 48-57.
4. Философские проблемы современного естествознания /Под ред. B.C. Готта. — М.: Высш. шк., 1974. — 254 с.
5. Вигнер Е. Этюды о симметрии. — М., 1971.
6. Вейль Г. Симметрия. — М., 1968.
7. Узоры симметрии. — М.: Мир, 1980. — 272 с.
8. Сонин А.И. Постижение совершенства: симметрия, асимметрия, дисимметрия, антисимметрия. — М.: Знание, 1987. - 205 с.
9. Система. Симметрия. Гармония. — М.: Мысль, 1988. — 317 с.
1.
447
10. Шевелев И.М., Марутаев М.А., Шмелев И.П. Золотое сечение: три взгляда на природу гармонии. — М.: Стройиздат, 1990. - 343 с.
11. Бутусов К.П. Золотое сечение в Солнечной системе / В сб.: Астрометрия и небесная механика. — М., 1978. — 500 с.
Тема 12. Особенности биологического уровня организации материи
1. Принцип историзма — фундаментальный принцип науки о живом.
2. Основные этапы становления идеи развития в биологии.
3. Принцип устойчивого термодинамического равновесия живых систем — всеобщий закон биологии. Статистический и динамический аспекты равновесия.
4. Концепции происхождения живого.
5. Значение работ Л. Пастера для понимания особенностей мирового эволюционного процесса.
6. Гипотеза Опарина.
7. Биоэнергоинформатика. Триединство Вселенной: материя, энергия, информация.
8. Метаболизм.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Биологическая вечность жизни.
2. Жизнь после смерти?
3. Субмикромир — колыбель жизни.
4. В консерватизме — мудрость природы.
5. Современные концепции происхождения жизни.
ЛИТЕРАТУРА
1. Философские проблемы естествознания /Под ред. С.Т. Ме-
люхина, — М.: Высш. шк., 1985. — С. 304-306, 311-342, 346-352.
2. Мелюхин С.Т. Проблема конечного и бесконечного. — М.:
Политиздат, 1968. — С. 218-237.
3. Акопян Д.И. Симметрия и асимметрия в познании. — Ереван: Изд-во АН Арм. ССР., 1980. — 132 с.
4. Жизнь, смерть, бессмертие? / Знак вопроса. 1992. № 2—3. С. 41.
5. Чудеса и приключения. 1993. № 3. С. 36—37.
6. Чудеса и приключения. 1993. №2. С. 14—16.
7. Дубншцева Т.Н. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. - 830 с.
3.
448
8. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
9. Концепции современного естествознания // Для студентов вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
10. Рузавин Т.Н. Концепции современного естествознания. -М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 320 с.
11. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. — М., 1995.
12. Моуди.Р.А. Жизнь после жизни. — М.: Мир, 1990.
13. Рязанов С. Философия смерти. — С- Петербург, 1994.
Тема 13. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем
1. Эволюция как развитие изучаемого процесса. Механизмы эволюции.
2. Дарвиновская триада — три уровня организации материального мира.
3. Классы механизмов эволюции. Основная особенность механизмов эволюции.
4. Закон дивергенции.
5. Взаимосвязь эволюции, адаптации и организации живых систем.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Эволюция и становление интеллекта.
2. Искусственный интеллект и эволюционное моделирование.
3. Активность живого и проблемы целесообразности в современной биологии.
4. Управление и цель в живых системах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Моисеев Н. Человек и ноосфера. — М.: Мол. Гвардия,
1990. - 351 с.
2. Проблема целостности в современной биологии. — М.: На-
ука, 1968.
3. Математическое моделирование жизненных процессов. М.:
Мысль, 1968.
4. Философские проблемы современного естествознания / ред.
С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1985. — С. 304-309, 335.
5. Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и уп-
равление. — М.: Политиздат, 1986. — 334 с.
6. Вернадский В.И. Живое вещество. — М.: Наука, 1978.
7. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. —
Новосибирск: ЮНВА, 1997. — 830 с.
449
8. Рузавин Г.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 320 с.
9. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. — М.: Наука, 1991.
10. Адаптация растительных и животных организмов. — Ростов н/Д.: Изд-во Рост, ун-та, 1983.
11. Сетров М.И. Организация биосистем. — Л., 1971.
12. Адаптация человека /Под ред. Г.И. Иоффе. М.: Наука, 1976.
13. Грант П.Ф. Естественный отбор и дарвиновские вьюрки / В мире науки. 1991. № 12.
14. Стеббинс Л. Дж., Айама Н.Х. Эволюция дарвинизма / В мире науки. 1985.. № 9.
Тема 14. Отражение и его роль в организации развивающейся системы
1. Отражение как всеобщее свойство движущейся материи.
2. Основные свойства отражения.
3. Проблемы адаптации живого и принцип отражения.
4. Концепция адаптационного синдрома, или стресса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кивенко Н.В. Принципы познания живого. — Киев: Вища шк., 1991.
2. Кивенко Н.В. Отражение и его роль в организации живых систем. — Киев: Наукова думка, 1972. — 144 с.
3. Петушкова Е.В. Отражение в живой природе. — Минск: Изд-во БГУ, 1983. - 153 с.
4. Хомич И. И. Человек — живая система. — Минск: Беларусь, 1989. - 280 с.
5. Павлов Т. Теория отражения. — М., 1991.
6. Медведев Н.В. Теория отражения и ее естественнонаучное обоснование. — М., 1992.
Тема 15. Пространство и время. Принципы относительности. Необратимость времени
1. Развитие представлений о пространстве и времени.
2. Общие свойства пространства и времени.
3. Трехмерность пространства на всех структурных уровнях материи.
4. Принципы относительности Галилея и Эйнштейна.
5. Пространственные и временные свойства в специальной и общей теориях относительности Эйнштейна.
6. Социальное пространство и социальное время.
450
7. Пространство и время в микро-, макро- и мегамире.
8. Необратимость времени как проявление асимметрии.
9. Проекции времени на сознание человека.
10. Социальное время.
11. Личное время и чувство ритма.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Гипотезы профессора Н.А. Козырева о новых свойствах времени.
2. Путешествие в прошлое и будущее. Возможно ли это?
3. Секреты мироздания.
4. Параллельные миры и антимиры.
5. n-мерность пространства и времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Эйнштейн А. Теория и гравитация. — М.: Мир, 1979.
2. Философские проблемы естествознания /Под. ред. С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1985. — С. 208-232.
3. Мелюхин С.Т. Проблема конечного и бесконечного. — М.: Политиздат, 1968. — С. 208-232.
4. Мартынов A.M. Исповедимый путь. — М.: Прометей, 1989. — С. 47-63.
5. Егоров А.А. Диалектическое отношение пространства-времени к материальному движению. — Л.: ЛГУ, 1976. — 128 с.
6. Мостепаненко A.M. Пространство и время в макро-, мега-и микромире. — М.: Изд-во полит, лит-ры, 1974. — 240 с.
7. Солдатов А.В. Понятие пространства и времени в структуре естественнонаучной теории. — Л.: ЛГУ, 1981. — 72 с.
8. Сворень Р.А. Проектируется машина времени //Наука и жизнь. 1990. № 2.
9. Зигуненко С.Н. Как устроена машина времени? / Знак вопроса. 1991. № 5.
10. Волковысский Р.Ю. Об изучении основных принципов физики. — М.: Просвещение, 1982.
11. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
12. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. - 830 с.
13. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
Тема 16. Самоорганизация в живой и неживой природе
1. Сущность проблем самоорганизации в свете современной науки.
2. Механизмы самоорганизации.
1.
451
3. Синергетика как обобщенная теория поведения систем различной природы.
4. Самоорганизующиеся системы:
а) кибернетические системы;
б) связь кибернетики с процессами самоорганизации;
в) отличие синергетики от кибернетики.
5. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации.
6. Характеристики процесса самоорганизации.
7. Понятие о гомеостазе.
8. Механизм обратной связи. Отрицательные и положительные обратные связи. Теория двойственной обратной связи.
9. Роль и место информации как характеристики процесса самоорганизации.
10. Проблемы синергетики и глобальный эволюционизм.
11. Идея активности материи как ее саморазвития.
12. Восточная философия о мировой гармонии.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Роль и место информации в ходе развития живой природы и общества.
2. Самоорганизация и развитие науки.
3. Синергетика и восточная философия о мировой гармонии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Щербаков А.С. Самоорганизация материи в неживой природе. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. — С. 3—56.
2. Юдин Б.Г. Саморегулирующаяся система // Философская энциклопедия. Т. 4.
3. Моисеев Н. Человек и ноосфера. — М.: Мол. гвардия, 1990. - С. 159-228.
4. Югай Г.А. Дидактика части и целого в живой природе. — М.:3нание, 1966. С. 27-32.
5. Сонин А.С. Постижение совершенства. — М.: Знание, 1987. — 208 с.
6. Шумлянский И.И. Картина мироздания. — М.: Мысль, 1990. - 63 с.
7. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. — 830 с.
8. Концепции современного естествознания // Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
9. Концепции современного естествознания //Учебник для студентов вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
1.
452
10. Хакен Г. Синергетика. Иерархия неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах. — М.: Мир, 1985. 11. Хакен Г. Синергетика. — М.: Мир, 1980.
12. Костюк В.Н. Изменяющиеся системы. — М.: Наука, 1980.
13. Стульчинский С.А. Космические легенды Востока.
14. Мень А. История религии. Т. 1.
Тема 17. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере
1. Биосфера как живая самоорганизующаяся система.
2. Общие черты мирового эволюционного процесса. Уч
ние В.И. Вернадского о биосфере.
3. Ноосфера как новое эволюционное состояние био
сферы.
4. Учение В.И. Вернадского о преобразовании биосферы
в ноосферу — завершающее звено, объединяющее эволюцию живого вещества с миром неживой материи.
5. Ресурсная и биосферная модели предельной возможности Земли. Прогнозы «Римского клуба».
6. Модель устойчивой мировой системы.
7. Единая картина мира:
а) основные положения эволюции Вселенной;
б) возникновение жизни и Разума — загадка процес
сов развития материального мира;
в) единство процессов развития галактик, вирусов и человеческого общества; д) целостность — мировоззренческая основа движени за экологию природы.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Биосфера и предельные возможности Земли.
2. Прогнозы «Римского клуба» — путеводитель и тупик.
3. Единство живого вещества и биосферы Земли.
ЛИТЕРАТУРА
1. Моисеев Н. Человек и ноосфера. — М.: Мол. гварди 1990. - С. 79-138.
2. Казначеев B.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и но осфере. Новосибирск: Наука, 1939. — С. 102—166.
3. Философские проблемы естествознания / Под ред. С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1983. — С. 333—341.
4. Социальные аспекты экологических проблем. — М.: Наука, 1982. С. 108-128.
1.
453
5. Мартынов А. Исповедимый путь. — М.: Прометей, 1989. — 166с.
6. Китанович Б. Планета и цивилизация в опасности. М.: Мысль, 1985. - С. 222-228, 50-57, 82-87.
7. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. - 830 с.
8. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
9. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. 271с.
10. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
11. Рузавин Г.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 320 с.
12. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. — М.: Наука, 1991.
Тема 18. Экология. Законы экологии
1. Экология и культура.
2. Законы экологии.
3. Применение второго начала термодинамики в области живого и экология. Принцип ярусности.
4. Экология человека и взаимопронизывающие уровни метасистем.
5. Отходы и загрязнение биосферы.
6. Проблемы рационального природопользования.
7. Активная форма природопользования и правовое регулирование.
8. Биоэтика.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Проблема оптимизации биосферы.
2. Ноосферный гуманизм и проблемы экологии.
3. Социальная экология и ее задачи.
4. Разработка эколого-этического аспекта морали.
5. Научно-технический прогресс, человек и проблемы экологической этики.
6. Социально-этические и гуманистические принципы биологического познания.
7. Ответственность ученых за судьбы мира.
8. Эволюционно-экологические основы феномена здоровья.
9. Человек как часть монолита живого вещества.
10. Биологическая целостность мира.
454
ЛИТЕРАТУРА
1. Моисеев Н. Человек и ноосфера. — М.: Мол. гвардия, 1990. - С. 79-138.
2. Казначеев В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. — Новосибирск: Наука, 1939. — С. 102-166.
3. Философские проблемы естествознания /Под ред. С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1983. — С. 333—341.
4. Социальные аспекты экологических проблем. — М.: Наука, 1982. - С. 108-128.
5. Мартынов А. Исповедимый путь. — М.: Прометей, 1989. — 166 с.
6. Китанович Б. Планета и цивилизация в опасности. — М.: Мысль, 1985. - С. 222-228, 50-57, 82-87.
7. Красилов В.А. Охрана природы, принципы, проблемы, приоритеты — М: Наука, 1992.
8. Подобедов И.С. Природные ресурсы земли и охрана окружающей среды. — М.: Недра, 1982.
9. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. — М.: Высш. шк., 1986. — 415 с.
10. Киселев Н.Н. Мировоззрение и экология. — Киев.: Науко-ва думка, 1990.
11. Карнешов C.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 520 с.
12. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
13. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
14. Рузавин Т.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 320 с.
15. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. — М.: Наука, 1991.
Тема 19. Социально-этические и гуманистические
принципы биологического познания.
Генетика и эволюция
1. Познавательные возможности методов биологического исследования.
2. Возможности управления процессами жизнедеятельности человека.
3. Генетика и эволюция.
4. Законы генетики Менделя.
5. Мутации. Причуды генетики.
6. Генная инженерия как новый этап биологической эволюции.
7. Этические принципы науки и социальные факторы.
1.
455
8. Социология и этика науки как единый комплекс.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Причуды генетики.
2. Генная инженерия. Новые возможности и проблемы.
3. Социология и этика биологического познания.
4. Соотношение случайного и необходимого в развитии живого. Место случайности в механизме наследственности.
5. Возникновение генетической памяти и обратных связей.
6. Будущее человека и прогресс генетики.
ЛИТЕРАТУРА
1. Философские проблемы естествознания / Под ред. С.Т. Мелюхина. — М.: Высш. шк., 1985.
2. Моисеев Н. Человек и ноосфера. — М.: Мол. гвардия, 1990.-С. 159-228.
3. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. — 830 с.
4. Концепции современного естествознания // Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
5. Концепции современного естествознания // Учебник для вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
6. Чудеса и приключения. 1995. № 10. С. 6—11.
7. Сойфер В.Н. Власть и наука: История разгрома генетики в СССР. - М.: Лазурь, 1993.
8. Тихонов В. Будущее человеческой цивилизации и России, — М.: Полея, 1996. — 88 с.
Тема 20. Человек: физиология, здоровье, творчество, эмоции, работоспособность
1. Экология человека и медицина.
2. Природа человека и его взаимодействие с окружающей средой:
а) взаимосвязь биологического и социального как в
отдельном человеке, так и во взаимоотношении
природы и общества;
б) полярные оценки человеческой личности в исто
рии;
в) природа как отношение степени разумности воз
действий человека.
3. Психоэмоциональная адаптация.
456
4. Здоровье как состояние максимальной адаптации человека к окружающей среде.
5. Проблемы здоровья и болезней в общебиологическом плане.
6. Валеология — новая наука о здоровье души и тела, направленная на поддержание стабильной жизнедеятельности организма:
а) новые аспекты медицины;
б) здоровье без лекарств;
в) мобилизация резервных сил организма;
г) уровни здоровья населения.
7. Эмоции, творчество, работоспособность и их взаимосвязь.
8. Мозг как орган сознания.
9. Неординарные способности и возможности человека.
Ю.Возникновение духовного мира человека, его собственной Вселенной как результат самоорганизации, саморазвития человека как биологического вида и его общественных структур.
11. Принцип универсального эволюционизма. Путь к единой культуре.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
1. Воспитание чувств и здоровья.
2. Экстрасенсы — миф или реальность?
3. Нетривиальные проблемы экологии человека и био-энергоинформатика.
4. Здоровье без лекарств.
5. Эволюционно-экологические основы феномена здо ровья.
6. Человек как часть монолита живого вещества.
7. Биологическая целостность мира
ЛИТЕРАТУРА
1. Асмолов А.Г. Психология индивидуальности: Методологические основы развития личности в историко-эволюцион-ном процессе. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. — 95 с.
2. Знак вопроса. 1989. № 10.
3. Знак вопроса. 1991. № 7.
4. Мартынов А.И. Исповедимый путь. — М.: Прометей, 1989. - 165с.
5. Агаджанян Н.А.. Катков А.Ю. Резервы нашего организма. — М.: Знание, 1990. — 240 с.
6. Здоровье без лекарств. — Ростов н/Д, 1986. — 62 с.
1.
457
7. Семке В.Я. Умейте властвовать собой. — Новосибирск: Наука, 1991. - 233 с.
8. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. — Новосибирск: ЮНВА, 1997. — 830 с.
9. Карнешов С.Х. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 520 с.
10. Концепции современного естествознания //Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 271 с.
11. Концепции современного естествознания // Учебник для вузов. — Ростов н/Д: Феникс, 1997. — 434 с.
12. Рузавин Г.Н. Концепции современного естествознания. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. — 320 с.
13. Хомич И.И. Человек — живая система. — Минск: Беларусь, - 1989.
14. Cmonnapд С. Книга о лице и теле. — Минск: Беларусь, 1994.
15. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России. — М.: Финансы и статистика, 1995.
7.
ТЕМЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
Тема 1. Предмет естествознания.
Закономерности, основные этапы, история, панорама
и тенденции развития
1. Предмет естествознания. История, панорама и тенденции развития.
2. Закономерности развития естествознания.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 1 /1,6,8,9/.
Тема 2. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
1. Способы построения естественнонаучной теории.
2. Взаимодействие естественных наук. Научный метод.
3. Вклад естественнонаучной и гуманитарной культур в развитие цивилизации.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 2/1,2, 3, 4, 5, 6, 7, 8/.
Тема 3. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
1. Атомизм, механицизм, квантовая теория строения вещества — черты корпускулярной концепции описания природы.
2. Полевые структуры — континуальная концепция описания природы.
3. Единство корпускулярных и волновых свойств.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 3/1, 3, 4, 5, 6, 7, 8/.
Темы 4, 5. Структурные уровни организации материи.
Структура и ее роль в организации
живых систем
1. Структурные уровни организации материи: микро-, макро- и мегамиры.
1
459
2. Система и целое. Часть и элемент. Взаимодействие части целого.
3. Атом, человек, Вселенная — длинная цепь усложнений.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 4, 5 /4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13/.
Темы 6, 7. Неопределенность в мире. Принцип
неопределенности. Хаос и порядок.
Порядок и беспорядок в природе
1. Неустранимость и парадокс неопределенности. Не-определенностные процессы в массиве реалий действительности.
2. Этимология понятия «хаос». Соотношение порядка и беспорядка в природе. Хаос и мифы. Хаос и его проявления. Причины хаоса.
3. Упорядоченность строения физических объектов. Два возможных подхода в объяснении порядка. Пространственная модель соотношения порядка и хаоса.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 6, 7/1, 2, 3,4, 5/.
Тема 9. Принципы симметрии и асимметрии
1. Симметрия как эстетический критерий. Операции и виды симметрии. Принципы симметрии.
2. Разновидность симметрии и асимметрии в природе — свойства материального мира. Понятие симметрии и асимметрии в биологии.
3. Золотое сечение — закон проявления гармонии природы.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 9 /I, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11/.
Темы 10, 11. Законы сохранения и принципы, действующие в природе
1. Динамические законы в макро- и статистические — в
микромире.
2. Закон сохранения энергии и невозможность создания
вечного двигателя первого рода.
460
3. Второй закон термодинамики и невозможность создания вечного двигатели второго рода.
4. Энергетика химических процессов.
Литература: см. ЛИТЕРАТУРА: /15, 17/.
Тема 12. Особенности биологического уровня организации материи
1. Концепции происхождения живого.
2. Современные концепции происхождения жизни.
3. Развитие науки о живом.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 12 / 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13/.
Тема 13. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем
1. Дарвиновская триада — три уровня организации материального мира.
2. Эволюция и становление интеллекта.
3. Искусственный интеллект и эволюционное моделирование.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 13:/1, 2, 3, 7, 8, 9/.
Тема 14. Отражение и его роль в организации развивающейся системы
1. Проблемы адаптации живого и принцип отражения.
2. Отражение. Основные свойства отражения: аккумуляция, избирательность, опережающее отражение действительности, адекватность.
3. Концепция адаптационного синдрома, или стресса.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 14 /1, 2, 3, 4, 5, 6/.
Тема 15. Пространство и время. Принципы относительности. Необратимость времени
1. Развитие представлений о пространстве и времени. Общие свойства пространства и времени.
2. Необратимость времени как проявление асимметрии.
1.
461
3. Гипотезы профессора Н.А. Козырева о новых свойствах времени.
4. Путешествие в прошлое и будущее. Возможно ли это?
5. Секреты мироздания. Параллельные миры и антимиры.
6. n-мерность пространства и времени.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 15 /2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, И, 12, 13/.
Тема 16. Самоорганизация в живой и неживой природе
1. Сущность проблем самоорганизации в свете современной науки.
2. Синергетика как обобщенная теория поведения систем различной природы.
3. Самоорганизующиеся системы.
4. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации.
5. Характеристики процесса самоорганизации.
6. Механизм обратной связи. Отрицательные и положительные обратные связи. Теория двойственной обратной связи.
7. Информационный тип обратной связи у живой природы и неинформационный — у неживой.
8. Роль и место информации в ходе развития живой природы и общества.
9. Самоорганизация и развитие науки.
10. Синергетика и восточная философия о мировой гар
монии.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 16 /1, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14/.
Тема 17. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере
1. Биосфера как живая самоорганизующаяся система.
2. Общие черты мирового эволюционного процесса. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
3. Учение В.И. Вернадского о преобразовании биосферы в ноосферу — завершающее звено, объединяющее эволюцию живого вещества с миром неживой материи.
4. Ресурсная и биосферная модели предельной возможности Земли. Прогнозы «Римского клуба».
1.
462
5. Модель устойчивой мировой системы.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» • по Теме 17 /1, 2, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12/.
Тема 18. Экология. Законы экологии
1. Экология и культура.
2. Законы экологии.
3. Экология человека и взаимопронизывающие уровни метасистем.
4. Проблемы рационального природопользования.
5. Активная форма природопользования и правовое регулирование.
6. Биоэтика.
7. Активная форма природопользования и правовое регулирование.
8. Социальная экология и ее задачи.
9. Разработка эколого-этического аспекта морали.
Ю.Научно-технический прогресс, человек и проблемы
экологической этики.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 18 /1,2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15/.
Тема 19. Социально-этические и гуманистические
принципы биологического познания.
Генетика и эволюция
1. Познавательные возможности методов биологического исследования.
2. Возможности управления процессами жизнедеятельности человека.
3. Генетика и эволюция.
4. Законы генетики Менделя.
5. Мутации. Причуды генетики.
6. Генная инженерия как новый этап биологической эволюции.
7. Этические принципы науки и социальные факторы.
8. Социология и этика науки как единый комплекс.
9. Генная инженерия. Новые возможности и проблемы.
10. Социология и этика биологического познания.
11. Возникновение генетической памяти и обратных связей.
12.Будущее человека и прогресс генетики.
463
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 19 /1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9/.
Тема 20. Человек: физиология, здоровье, творчество, эмоции, работоспособность
1. Экология человека и медицина.
2. Проблемы здоровья и болезней в общебиологическом плане.
3. Эмоции, творчество, работоспособность и их взаимосвязь.
4. Мозг как орган сознания.
5. Сознание, познание, творчество.
6. Неординарные способности и возможности человека.
7. Здоровье без лекарств.
8. Эволюционно-экологические основы феномена здоровья.
9. Человек как часть монолита живого вещества.
10. Биологическая целостность мира.
Литература: см. в разделе «Темы семинарских занятий» по Теме 20: /1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 13, 14, 15/.
ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
1. Предмет естествознания. Основные этапы развития естествознания, история, панорама и тенденции развития.
2. Содержание и структура естественнонаучной теории. Основные способы построения естественнонаучных теорий. Процессы дифференциации и интеграции современных наук. Роль научного познания и ученого в современном мире.
3. Критика и борьба мнений в науке. Преемственность в развития науки. Интернациональный характер развития науки. Взаимодействие естественных наук. Научный метод.
4. Культура. Типы трансляции культур. Триада «человек, человечество, человечность». Вклад естественнонаучной и гуманитарной культур в развитие цивилизации.
5. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Единство корпускулярных и волновых свойств микрообъектов.
6. Структурные уровни организации материи. Микро-, макро- и мегамиры.
7. Понятие структуры материи. Проявление структурной бесконечности материи в ее системной организации. Типы связей на разных структурных уровнях.
8. Структурные уровни различных сфер. Структура живой природы. Социальная действительность в структурном аспекте.
9. Структура и ее роль в организации биологических систем. Система и целое. Различные типы систем. Часть и элемент. Взаимодействие части и целого. Определяющая роль целого по отношению к частям.
10. Диалектическое единство дифференциации и интеграция частей. Факторы и причины, обеспечивающие по Ч. Дарвину, дифференциацию частей. Механизмы и алгоритмы сборки частей в целое. Редукционизм.
11. Неустранимость и парадокс неопределенности. Не-определенностные процессы в искусстве, биологии, кибернетике, компьютерной связи. Принцип неопре-
1.
465
деленности Гейзенберга как фундаментальное положение квантовой механики.
12. Этимология понятия «хаос». Хаос и мифы. Хаос и его проявления. Причины хаоса. Роль энтропии как меры хаоса.
13. Порядок и беспорядок в природе. Упорядоченность строения физических объектов. Два возможных подхода в объяснении порядка. Пространственная модель соотношения порядка и хаоса. Диалектическое единство 0-мерной точки.
14. Принципы симметрии. Определение категорий симметрии, асимметрии, дисимметрии, антисимметрии. Операции симметрии. Универсальный характер симметрии и асимметрии в живой и неживой природе, математике, физике, техники, космологии.
15. Симметрия подобия как глобальная генетическая программа. Пространственно-временные и внутренние принципы симметрии. Иерархия принципов симметрии в законах сохранения физических величин.
16. Золотое сечение — закон проявления гармонии природы.
17. Принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности.
18. Проблемы детерминизма и причинности. Динамические и статистические закономерности в природе. Законы сохранения энергии в макроскопических системах. Закон возрастания энтропии. Принцип минимума диссипации энергии.
19. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Дарвиновская триада.
20. Классы механизмов эволюции. Закон дивергенции.
21. Особенности биологического уровня организации материи. Основные этапы становления идеи развития биологии. Концепции происхождения живого. Современные концепции происхождения жизни. Метаболизм.
22. Отражение и движение как всеобщие свойства материи. Проблемы адаптации живого и принцип отражения.
23. Отражение. Основные свойства отражения: аккумуляция, избирательность, опережающее отражение действительности, адекватность.
24. Взаимосвязь эволюции, адаптации и организации живого. Концепция адаптационного синдрома, или стресса.
12.
466
25. Пространство и время. Развитие представлений о пространстве и времени. Понятие пространства и времени в структуре естественнонаучной теории. Общие свойства пространства и времени.
26. Принципы относительности Галилея и Эйнштейна. Пространственные и временные свойства в специальной и общей теориях относительности.
27. Время как форма бытия материи. Всеобщие и специфические свойства времени. Асимметрия времени в виде направленности.
28. Социальное пространство и социальное время. Проекции времени на сознание человека. Личное время и чувство ритма.
29. Сущность проблем самоорганизации в свете современной науки. Механизмы, обеспечивающие организационный процесс. Самоорганизующиеся системы.
30. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации. Характеристики процесса самоорганизации. Проблемы синергетики и глобальный эволюционизм.
31. Понятие о гомеостазе. Механизм обратной связи. Отрицательные и положительные обратные связи. Теория двойственной обратной связи. Роль и место информации как характеристики процесса самоорганизации.
32. Биосфера как живая саморегулирующаяся система. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Ресурсная и биосферная модели предельной возможности Земли.
33. Модель устойчивой мировой системы. Прогнозы «Римского клуба».
34. Ноосфера как новое эволюционное состояние биосферы. Учение В.И. Вернадского о ноосфере — завершающее звено, объединяющее эволюцию живого вещества с миром неживой материи.
35. Экология и культура. Законы экологии. Экология человека и взаимопронизывающие уровни метасистем.
36. Проблемы рационального природопользования. Активная форма природопользования и правовое регулирование.
37. Генетика и эволюция. Законы генетики Менделя. Мутации. Генная инженерия как новый этап биологической эволюции.
38. Этические принципы науки и социальные факторы. Новые возможности и проблемы. Социология и этика биологического познания. Возникновение гене-
25.
467
тической памяти и обратных связей. Будущее человека и прогресс генетики.
39. Человек как часть природы. Его физиология, здоро
вье, творчество, работоспособность. Возникновение
духовного мира человека как биологического вида и
его общественных структур.
40. Экология человека и медицина. Проблемы здоровья
и болезней в общебиологическом плане.
41. Эмоции, творчество, работоспособность и их взаимосвязь.
42. Мозг как орган сознания. Сознание, познание, творчество.
43. Взаимодействие организма и среды, сообществ организмов. Биоэтика. Принципы охраны природы и рационального природопользования.
44. Экология и культура, право, мораль.
45. Принцип универсального эволюционизма. Путь к единой культуре.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»
ТЕМА 1. ПРЕДМЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ, ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ, ИСТОРИЯ,
ПАНОРАМА И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ
1.1. Предмет естествознания.
Основная терминология 6
1.2. Основные закономерности развития
естествознания 7
1.2.1. Необходимость и случайность 7
1.2.2. Причины, от которых зависит
развитие науки 7
1.2.3. Роль практики в развитии естествознания . . . 8
1.2.4. Относительная самостоятельность
в развитии науки 11
1.2.5. Преемственность в развитии идей
и принципов естествознания 1'4
1.2.6. Критика и борьба мнений в науке 14
1.2.7. Интернациональный характер
развития науки 1*
1.2.8. Взаимодействие естественных наук 15
1.2.9. Дифференциация и интеграция наук 16
1.2.10. Социальные функции естествознания 18
1.3. Основные этапы развития естествознания ..21
1.3.1. Натурфилософия как первая
историческая форма знания 22
1.3.2. «Русский космизм» 43
469
1.3.3. Кризис в физике и нарушение
прежних представлений 45
1.3.4. Ленинский принцип
неисчерпаемости материи 46
1.3.5. Новейшая революция в естествознании .... 49
ТЕМА 2. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ
2.1. Научная теория. Основная терминология . . 51
2.2. Содержание и структура естественнонаучной теории 52
2.2.1. Структура естественнонаучной теории 52
2.2.2. Основные способы построения естественнонаучной теории 53
2.3. Культура 54
2.4. Естественная и гуманитарная культуры .... 55
ТЕМА 3. КОРПУСКУЛЯРНАЯ
И КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИИ ОПИСАНИЯ
ПРИРОДЫ
3.1. Атомизм древности 58
3.2. Механистический атомизм 59
3.3. Сокрушительный удар
по принципам механицизма 59
3.4. Предпосылки для создания более высокого уровня развития атомизма 60
3.5. Квантовая теория строения атома 61
3.6. Существенные особенности
атомизма XX в 62
3.7. Континуальная концепция 63
3.8. Корпускулярно-волновой дуализм 63
3.9. Элементарные частицы 64
3.10. Выводы 66
ТЕМА 4. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. МИКРО-, МАКРО-И МЕГАМИРЫ
4.1. Материя. Всеобщие атрибуты материи .... 67
4.2. Структура и системная организация материи 68
4.2.1. Структура материи 68
4.2.2. Структурная бесконечность материи 68
4.3. Системная организация
как атрибут материи 68
470
4.4. Структурные уровни
организации материи 69
4.4.1. Микро-, макро- и мегамиры 70
4.4.2. Структурные уровни различных сфер 71
ТЕМА 5. СТРУКТУРА И ЕЕ РОЛЬ В ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВЫХ СИСТЕМ
5.1. Система и целое 75
5.2. Часть и элемент 76
5.2.1. Соотношение категорий часть и элемент ... 77
5.2.2. Взаимодействие части и целого 78
5.3. Диалектическое единство дифференциации
и интеграции частей 80
5.4. Взаимосвязь единичного и общего 82
5.5. Интеграция частей 83
5.5.1. Свойства интеграции 85
5.5.2. Три механизма сборки 86
ТЕМА 6. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ В МИРЕ. ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
6.1. Неустранимость неопределенности 88
6.2. Неопределенностные процессы
в искусстве 90
6.2.1. Кубизм 90
6.2.2. Футуризм 92
6.2.3. Абстракционизм 92
6.2.4. Экспрессионизм . , 92
6.2.5. Сюрреализм . 93
6.2.6. Импрессионизм 93
6.2.7. Постимпрессионизм 94
6.3. Неопределенность в биологии 95
6.4. Неопределенность в проблемах кибернетики и компьютерной связи 95
6.5. Принцип неопределенности 96
6.6. Неопределенность и случай —
реальные компоненты развития 97
6.7. Сферы проявления неопределенности
Виды неопределенности 98
6.8. Парадокс неопределенности 100
ТЕМА 7. ХАОС И ПОРЯДОК. ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ
7.1. Хаос 102
7.1.1. Этимология понятия «хаос» "... 102
471
7.1.2. Хаос и мифы 104
7.1.3. Примеры хаоса 105
7.1.4. Социологизация понятий порядка и хаоса . 106
7.1.5. Причины хаоса 106
7.2. Пространственная модель соотношения порядка и хаоса 107
7.3. Поиск механизмов объяснения
порядка и хаоса 108
7.4. Роль энтропии как меры хаоса ПО
7.5. Порядок 111
7.5.1. Математизированный порядок 111
7.5.2. Организмический стиль * . . . 112
7.5.3. Психологическая версия порядка 113
7.6. Диалектическое единство
0-мерной точки 114
7.7. Выводы 115
ТЕМА 8. ПРИНЦИПЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ, СУПЕРПОЗИЦИИ, ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
8.1. Принцип дополнительности 116
8.2. Принцип суперпозиции 116
8.3. Принципы относительности 117
8.3.1. Принцип относительности Галилея 117
8.3.2. Принцип относительности
Эйнштейна 117
8.3.3. Теория относительности Эйнштейна 117
ТЕМА 9. ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ
9.1. Категории симметрии 120
9.1.1. Симметрия 120
9.1.2. Асимметрия 127
9.1.3. Дисимметрия 131
9.1.4. Антисимметрия 132
9.2. Операции симметрии 132
9.2.1. Отражение в плоскости симметрии 132
9.2.2. Поворотная симметрия 134
9.2.3. Отражение в центре симметрии 134
9.2.4. Трансляция, или перенос фигуры
на расстояние 134
9.2.5. Винтовые повороты 135
9.2.6. Симметрия и законы роста . . . 136
9.2.7. Симметрия подобия 137
9.3. Симметрия в познании 139
9.4. Пространственно-временные
и внутренние принципы симметрии 140
472
9.4.1. Пространственно-временные
принципы симметрии 141
9.4.2. Внутренние принципы симметрии 143
9.5. Пифагор и пифагорейский союз 143
9.6. Царство чисел 144
9.7. Золотое сечение — закон проявления гармонии в природе 146
9.7.1. Числа Фибоначчи 147
9.7.2. Золотое сечение в астрономии 148
9.7.3. Золотое сечение в искусстве и музыке .... 150
9.7.4. Обнаружение золотого сечения
в различных областях внешнего мира .... 153
9.7.5. Выводы 154
ТЕМА 10. ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ПРИРОДЕ
10.1. Проблемы детерминизма
и причинности 156
10.2. Фундаментальные физические законы ... 156 10.2.1. Законы сохранения физических величин .. 157
10.3. Динамические и статистические законы . . 167
10.4. Закон возрастания энтропии 168
10.4.1. Первый закон термодинамики
и невозможность создания -
вечного двигателя первого рода 168
10.4.2. Второй закон термодинамики
и невозможность создания
вечного двигателя второго рода 169
10.5. Принцип минимума диссипации энергии . 170
10.6. Редукционизм . . . 172
ТЕМА 11. ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВ
11.1. Формы движения материи 173
11.2. Вещества и их свойства 173
11.3. Энергетические эффекты
химических реакций 175
11.4. Скорости химических реакций 177
11.5. Катализаторы химических реакций 178
11.6. Равновесие в химических реакциях 179
11.7. Принцип Ле Шателье 180
11.8. Модель, объясняющая равновесие 180
11.4.
473
ТЕМА 12. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ
12.1. Основные этапы становления
идеи развития в биологии 182
12.2. Концепции происхождения живого 183
12.2.1. Идея самопроизвольного
происхождения жизни 183
12.2.2. Опыты Пастера, доказывающие происхождение живого от живого 184
12.2.3. Гипотеза занесения живых существ
на Землю из космоса 185
12.2.4. Гипотеза Опарина 185
12.2.5. Современные концепции происхождения жизни 186
12.3. Биоэнергоинформационный обмен 187
12.4. Биологическая вечность жизни 189
12.5. Метаболизм . 193
ТЕМА 13. ПРИНЦИПЫ ЭВОЛЮЦИИ, ВОСПРОИЗВОДСТВА И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ
13.1. Эволюционная теория Дарвина 195
13.1.1. Изменчивость 196
13.1.2. Наследственность 198
13.1.3. Связь между наследственностью
и изменчивостью 199
13.1.4. Естественный отбор 200
13.2. Классы механизмов эволюции 206
13.2.1. Адаптационные механизмы 206
13.2.2. Катастрофические,
или пороговые, механизмы эволюции .... 207
13.2.3. Принцип А, Пуанкаре.
Закон дивергенции 208
13.3. Три периода формирования эволюционной теории Дарвина 209
13.4. Основные свойства развития 213
ТЕМА 14. ОТРАЖЕНИЕ КАК ВСЕОБЩЕЕ СВОЙСТВО МАТЕРИЙ
14.1. Отражение и движение 217
14.2. Внутренние и внешние
стороны отражения 218
14.3. Отражение — всеобщее свойство материи . 220
14.4. Основные свойства отражения 220
14.4.1. Аккумуляция 221
474
14.4.2. Избирательность 221
14.4.3. Опережающее отражение действительности '. 221
14.4.4. Адекватность 222
14.5. Адаптация. Проблемы адаптации живого
и принцип отражения 223
14.5.1. Адаптация 223
14.5.2. Проблемы адаптации живого
и принцип отражения 223
14.5.3. Взаимосвязь эволюции,
адаптации и организации живого 224
14.5.4. Исследование случайных и направленных
процессов повышения приспособляемости 225
14.6. Концепция адаптационного синдрома,
или стресса .227
14.6.1. Стадии адаптационного синдрома,
или стресса 228
14.6.2. Формирование естественного
кодекса поведения 233
14.6.3. Выводы 236
ТЕМА 15. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ
15.1. Понятия пространства и времени 237
15.2. Развитие представлений
о пространстве и времени 238
15.3. Общие свойства пространства и времени . 239
15.4. Специфические свойства пространства
и времени 240
15.5. Пространство и время в микро-, макро-
и мегамире 241
15.5.1. Трехмерность пространства 243
15.5.2. п-мерность пространства 244
15.5.3. Социальное пространство 249
15.6. Время 253
15.6.1. Всеобщие и специфические
свойства времени 254
15.6.2. Проекции времени на сознание человека . 258
15.6.3. Социальное время 261
15.6.4. Идеи и гипотезы профессора
Н.А. Козырева 264
ТЕМА 16. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ
16.1. Сущность проблем самоорганизации
в свете современной науки 269
475
16.1.1. Связь проблем самоорганизации материи
с кибернетикой 269
16.1.2. Синергетика как новое направление
междисциплинарных исследований ...... 274
16.2. Самоорганизация 278
16.2.1. Структурные компоненты
и свойства процесса самоорганизации .... 279
16.3. Характеристики процесса
самоорганизации .. , 281
16.3.1. Гомеостаз 281
16.3.2. Обратная связь 282
16.3.3. Информация 283
16.4. Роль синергетики в становлении нового
понимания 290
16.4.1. Синергетика и трактовка единства мира
в восточной философии 291
16.4.2. Синергетика и глобальный эволюционизм 292
16.5. Развитие научного знания
как синергетический процесс 298
16.6. Синергетика и социальное развитие 300
16.7. Синергетика и современное
видение мира 301
ТЕМА 17. УЧЕНИЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ И НООСФЕРЕ
17.1. Судьба научных идей В.И. Вернадского . . 305
17.1.1. Учение В.И. Вернадского 306
17.1.2. Значение идей В.И. Вернадского 307
17.2. Биосфера как живая саморегулирующаяся
система 308
17.2.1. Возникновение учения о биосфере 308
17.2.2. Основные идеи В.И. Вернадского
по проблемам биосферы 309
17.2.3. Составные части биосферы 310
17.2.4. Биосфера как саморегулирующаяся
система 313
17.3. Взаимодействие косного
и живого веществ 314
17.3.1. Живое вещество 314
17.3.2. Косное и живое вещества 315
17.4. Многообразие живых организмов —
основа организации и устойчивости
биосферы 319
17.4.1. Распределение живого вещества 321
17.4.2. Классификация живого вещества 323
17.4.1.
476
17.4.3. Миграция и распределение
живого вещества 324
17.4.4. Постоянство биомассы живого вещества . . 325
17.4.5. Функции живого вещества
в биосфере Земли .' 326
17.5. Факторы, свидетельствующие
в пользу земного происхождения жизни . . 327
17.6. Космопланетарный характер биосферы . . . 329
17.6.1. Этап «химической эволюции» 329
17.6.2. Природно-радиационный фон 330
17.6.3. Живое вещество как геологическая сила . . 330
17.6.4. Влияние магнитных полей
на космический характер биосферы 331
17.6.5. Компенсаторно-защитные функции
биосферы 332
17.7. Учение В.И. Вернадского о преобразовании
биосферы в ноосферу 333
17.7.1. Ноосфера — сфера Разума 334
17.7.2. Ноосфера и развитие общества 341
17.8. Единая картина развития мира 342
17.8.1. Биосфера и человек — самоорганизующиеся целостности . 343
17.8.2. Позиция универсального эволюционизма . 344
17.8.3. Ноосферный гуманизм
и проблемы экологии 344
ТЕМА 18. ЭКОЛОГИЯ. ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ
18.1. Экология 346
18.2. Законы экологии 347
18.2.1. Законы экологии Коммонера 347
18.2.2. Второе начало термодинамики
и экология 348
18.2.3. Взаимопронизывающие уровни
метасистем 350
18.2.4. Анализ законов экологии 358
18.2.5. Дополнительные законы экологии 359
18.3. Проблема рационального
природопользования 359
18.3.1. Принципы охраны природы 359
18.3.2. Принципы защиты биосферы 360
18.3.3. Мероприятия по охране природы 361
18.4. Закон необходимого разнообразия
в экологии 365
18.4.1. Проблема «человек — Вселенная» 366
18.4.2. Экология и культура 367
18.4.1.
477
18.4.3. Экология, право и мораль 367
18.5. Биоэтика 369
18.6. Ресурсная и биосферная модели развития . 373
18.6.1. Ресурсная модель 373
18.6.2. Биосферная модель » 374
18.6.3. Виды воздействия на биосферу 374
18.7. Модель устойчивой мировой системы .... 375
18.8. Прогнозы «Римского клуба» 376
ТЕМА 19. СОЦИАЛЬНО-ЭТИЧЕСКИЕ
И ГУМАНИСТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ
БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ
19.1. Социология и этика биологического
познания 380
19.2. Генетика 382
19.2.1. Законы Менделя 382
19-2.2. Развитие генетики 383
19.2.3. Основные понятия и термины
современной генетики 385
19.3. Развитие нервной системы 390
19.4. Генная инженерия 391
19.5. Программа «Геном человека» 394
ТЕМА 20. ЧЕЛОВЕК: ФИЗИОЛОГИЯ, ЗДОРОВЬЕ, ЭМОЦИИ, ТВОРЧЕСТВО, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ
20.1. Человек 397
20.2. Экология человека и медицина 398
20.2.1. Здоровье человека 400
20.2.2. Проблема болезни и здоровья 402
20.2.3. Единство человека и природы 403
20.2.4. Валеология — новая наука
о здоровье души и тела 407
20.2.5. Валеологические уровни здоровья 409
20.3. Эмоции, творчество, работоспособность . . 411
20.3.1. Эмоции '. . . 411
20.3.2. Творчество 416
20.3.3. Работоспособность 417
20.3.4. Взаимосвязь здоровья, эмоций,
творчества, работоспособности 418
20.3.5. Самоактуализирующиеся личности 418
20.4. Сознание 420
20.4.1. Естественнонаучные данные
о мозге человека 421
20.4.2. Задачи мозга . , 422
20.4.3. Интеллект личности 422
20.4.2.
478
20.4.4. Информация и мозг 424
20.4.5. Исследования в области
человеческого мозга 425
20.4.6. Моделирование функций
человеческого мозга 426
20.5. Идея целостности 427
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Учебный план, программа курса «концепции
современного естествознания, темы семинарских занятий
и контрольных работ,
контрольные вопросы 430
Учебно-тематический план курса «Концепции
современного естествознания» 431
Литература 439
Темы семинарских занятий 441
Темы Контрольных работ 458
Основные вопросы по курсу
«Концепции современного естествознания» . . 464
Серия «Высшее образование»
Хорошавина Светлана Георгиевна
Концепции современного естествознания
КУРС ЛЕКЦИЙ
Ответственный редактор Оксана Морозова Технический редактор Галина Логвинова
Редактор Татьяна Краснолуцкая Компьютерная верстка: Алексей Петров
Подписано в печать 21.08.05. Формат 84x108 1/32. Бумага типографская. Гарнитура « Таймс». Тираж 5 000. Заказ № 3379
Издательство «Феникс»
344082, г. Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский, 80.
Тел.: (8632) 61-89-76, тел./факс: 61-89-50.
E-mail: morozova@phoenixrostov.ru
Отпечатано с готовых диапозитивов в ОАО «ИПП
«Курск».
305007, г. Курск, ул. Энгельса, 109.
E-mail: kuisk-2005@yandex.ru www.petit.ru
Качество печати соответствует качеству предоставленных заказчиком диапозитивов.