Концепция современного естествознания

Соотношение симметрии и асимметрии в природе

Прошли тысячелетия, прежде чем человечество в ходе своей общественно-производственной деятельности осознало необходимость выразить в определенных понятиях установленные им прежде всего в природе две тенденции: наличие строгой упорядоченности, соразмерности, равновесия и их нарушения. Люди давно обратили внимание на правильность формы кристаллов, геометрическую строгость строения пчелиных сот, последовательность и повторяемость расположения ветвей и листьев на деревьях, лепестков, цветов, семян растений и отобразили эту упорядоченность в своей практической деятельности, мышлении и искусстве. Понятие «симметрия» употреблялось в двух значениях. В одном смысле симметричное означало нечто пропорциональное; симметрия показывает тот способ согласования многих частей, с помощью которого они объединяются в целое. Второй смысл этого слова -- равновесие. Греческое слово означает однородность, соразмерность, пропорциональность, гармонию. Познавая качественное многообразие проявлений порядка и гармонии в природе, мыслители древности, особенно греческие философы, пришли к выводу о необходимости выразить симметрию и в количественных отношениях, при помощи геометрических построений и чисел. Симметрия форм предметов природы как выражение пропорциональности, соразмерности, гармонии подавляла древнего человека своим совершенством, и это было использовано религией, различными представлениями мистицизма, пытавшимися истолковать наличие симметрии в объективной действительности для доказательства всемогущества богов, якобы вносящих порядок и гармонию в первоначальный хаос. Так, в учении пифагорейцев симметрия, симметричные фигуры и тела (круг и шар) имели мистическое значение, являлись воплощением совершенства. Следует обратить внимание и на учение Пифагора о гармонии. Известно, что если уменьшить длину струны или флейты вдвое, тон повысится на одну октаву. Уменьшению в отношении 3:2 и 4:3 будут соответствовать интервалы квинта и кварта. То, что важнейшие гармонические интервалы получаются при помощи отношений чисел 1, 2 и 3, 4, пифагорейцы использовали для своих мистических выводов о том, что «все есть число» или «все упорядочивается в соответствии с числами». Сами эти числа 1, 2, 3, 4 составляли знаменитую «тетраду». Очень древнее изречение гласит: «Что есть оракул дельфийский? Тетрада! Ибо она есть музыкальная гамма сирен». Геометрическим образом тетрады является треугольник из десяти точек, основание которого составляют 4 точки плюс 3, плюс 2, а одна находится в центре. В геометрии, механике -- всюду, где мы имеем дело с отрезками прямых, мы встречаемся и с понятиями меры, сравнения и соотношения. Эти понятия являются отражением реальных отношений между предметами в объективном мире. Чтобы пояснить это положение, можно выбрать на данной прямой АВ любую третью точку С. Таким образом, совершается переход от единства к двойственности, и мысль этим самым приводит к понятию пропорции.

Следует подчеркнуть, что соотношение есть количественное сравнение двух однородных величин, или число, выражающее это сравнение. Про-порция есть результат согласования или равноценности двух или нескольких соотношений. Следовательно, необходимо наличие не менее трех величин (в рассматриваемом случае прямая и два ее отрезка) для определения пропорции. Деление данного отрезка прямой АВ путем выбора третьей точки С, находящейся между А и В, дает возможность построить шесть различных возможных соотношений:

a:b ; a:c ; b:a ; b:c ; c:a ; c:b

при условии отметки соответствующей длины отрезков прямой буквами «а», «b», «с» и применения к данной длине любой системы мер. Проанализировав возможные случаи деления отрезка АВ на две части, мы приходим к выводу, что отрезок можно делить на:

1) две симметрические части a=b;

a:b = c:a

Так как c = a + b, то

a/b = (a + b)/a ;

( (a + b)/a очевидно, превосходит единицу); дело обстоит так же и в отношении а/b; значит, «а» превосходит «b» и точка «С» стоит ближе к В, чем к A.

Это соотношение a:b = c:a или AC/CB = AB/AC

может быть выражено следующим образом: длина АВ была разделена на две неравные части таким образом, что большая из ее частей относится к меньшей, как длина всего отрезка АВ относится к его большей части:

3) a/b = b/c равноценно a/b = b/(a + b).

В этом случае «b» больше «а»; точка С ближе к А, чем к В, но отношения те же, что и во втором случае,

Рассмотрим равенство

a/b = c/a = (a + b)/a,

при котором отрезок АС длиннее отрезка СВ. Это общее простейшее деление отрезка прямой АВ, являющееся логическим выражением принципа наименьшего действия. Между точками А и В имеется лишь одна точка C, поставленная таким образом, чтобы длина отрезков АВ, СВ и АС соответствовала принципу простейшего деления; следовательно, существует только одно числовое выражение, соответствующее отношению a/b. Эту же задачу можно решить путем геометрического построения, известного как деление прямой на две неравные части таким образом, чтобы соотношение меньшей и большей частей равнялось соотношению большей части и суммы длин обеих частей, а это и соответствует формуле

a/b = (a + b)/a,

которую называют «божественная пропорция», «золотое сечение» т.д.Изучение объективной реальности и задачи практики привели к возникновению наряду с понятием симметрия и понятия асимметрии, которое нашло одно из своих первых количественных выражений в так назыываемом золотом делении, или золотой пропорции.

Пифагор выразил «золотою пропорцию» соотношением:А:Н = R:B,

где Н и R суть гармоническая и арифметическая средние между величинами А и В.

R = (A + B)/2; H = 2AB/ (A + B).

Кеплер первый обращает вни-мание на значение этой пропорции в ботанике и называет ее sectio divina -- «божественное сечение»; Леонардо да Винчи называет эту пропорцию «золотое сечение». Проведем некоторые преобразования вышеприведенной формулы. Прежде всего разделим на «b» оба элемента второго члена этого равенства и обозначим

a/b = x; тогда a/b = (a/b + 1)/(a/b),

или x² = x + 1

Отсюда

x² - x - 1= 0

Корнями этого уравнения являются

х = 1 5/2 = 1,61803398 .

Это число обладает характернейшими особенностями. Обозначим это число буквой Ф.

Ф = (5 + 1)/2 = 1,618…; 1/Ф = (5 - 1) /2 = 0,618…;

Ф² = -(5 + 3)/2 = 2,618…

Оказывается, что геометрическая прогрессия, в основании которой лежит Ф, обладает следующей особенностью: любой член этого ряда равен сумме двух предшествующих ему членов. Ряд 1, Ф, Ф², Ф³, ..., Фⁿ является одновременно и мультипликативным, и аддитивным, т. е. одновременно причастен природе геометрической прогрессии и арифметического ряда. Следует обратить внимание на то, что формула. Ф = (5 + 1)/2 выражает простейшее асимметрическое деление прямой АВ. С этой точки зрения данное отношение является «логической» инвариантой, проистекающей из счислений отношений и групп. Пеано, Бертран Рассел и Кутюра показали, что исходя из принципа тождественности можно вывести из этих отношений и групп принципы чистой математики. Любопытно, что древние архитекторы уже пользовались приемом асимметричного деления. Так, например, стороны пирамиды Фараона Джосера относятся друг к другу, как 2: /5, а ее высота относится к большей стороне, как 1: 2. Интересно, что на сохранившемся до наших дней изображении древнеегипетского зодчего Хисеры (жил свыше 4,5 тыс. лет тому назад) имеются две палки -- очевидно, эталоны меры. Их длины относятся, как 1: 1/5, т. е. как меньшая сторона прямоугольного треугольника к гипотенузе. Архитектор И. Шевелев рассматривая пропорции древнерусской архитектуры (церковь Покрова на Нерли и храм Вознесения в Коломенском) привел убедительные данные, свидетельствующие о том, что русские архитекторы также пользовались пропорциями, связанными с «золотым сечением». Пропорция «золотого сечения» дает возможность архитекторам находить наиболее удачные, красивые, гармоничные сечения целого и частей, единство разнообразного; в конечном счете они пользуются сочетанием принципов симметрии и асимметрии, Если в период Возрождения внимание ученых и преподавателей скусства было приковано к «золотому сечению», то впоследствии оно постепенно падало, и только в 1855 г. немецкий ученый Цейзинг вновь ввел его в обиход в своем труде «Эстетические исследования». В нем он писал, что для того, чтобы целое, разделенное на две неравные части, казалось прекрасным с точки зрения формы, между меньшей и большей частями должно быть то же отношение, что и между большей частью и целым, Применение «золотого сечения» есть лишь частный случай общего закона периодической повторяемости одной и той же пропорции в совокупности, в деталях целого, Рассмотрение вопроса о «золотом сечении» приводит к выводу, что здесь мы имеем дело с отображением средствами математики (при помощи понятий симметрии и асимметрии) существующей в природе пропорциональности. Все вышеизложенное позволяет утверждать, что взгляды Пифагора и его школы содержали наряду с мистикой и идеализмом и некоторые плодотворные математические и естественнонаучные идеи. Впоследствии учение пифагорейцев получило развитие в философии крупнейшего представителя античного идеализма Платона. Мир, утверждал Платон, состоит из правильных многоугольников, обладающих идеальной симметрией. Физические тела -- это идеальные математические сущности, составленные из треугольников, упорядоченные демиургом. Отдельные интересные суждения о симметрии и гармонии мы встречаем в работах многих философов и естествоиспытателей (прежде всего Леонардо да Винчи, Лейбница, Декарта, Спенсера, Гегеля и других). В значительной степени прав немецкий ученый Венцлав Бодо, когда пишет, что «философия, за исключением некоторых высказываний, не пыталась дать объяснение этой интересной стороне природы. На протяжении веков спорили о причинности, детерминизме и других вопросах, не видя взаимосвязи их с проблематикой симметрии или не стремясь к этому. Симметрия, по-видимому, прибавлялась только как искусственная роскошь к довольно узкому готовому миру вещей с их свойствами и силовыми взаимодействиями, их движениями и изменениями».

Об определении категорий симметрии и асимметрии

В настоящее время в науке преобладают определения указанных категорий на основе перечисления их важнейших признаков. Например, симметрия определяется как совокупность свойств: порядка, однородности, соразмерности, пропорциональности, гармоничности и т. д. Асимметрия же обычно определяется как отсутствие признаков симметрии, как беспорядок, несоразмерность, неоднородность и т. д. Все признаки симметрии в такого рода ее определениях, естественно, рассматриваются как равноправные, одинаково существенные, и в отдельных конкретных случаях приустановлении симметрии какого-либо явления можно пользоваться любым из них. Так, в одних случаях симметрия -- это однородность, а в других -- соразмерность и т. д. Очевидно, что по мере развития нашего познания к определению симметрии можно прибавлять все новые и новые признаки. Поэтому определения симметрии такого рода всегда неполны. То же можно сказать и о существующих определениях асимметрии. Очевидно, что в определениях понятий, сформулированных по принципу перечисления свойств объектов, ими отражаемых, отсутствует связь между перечисленными свойствами объектов. Такие свойства симметрии, как, например, однородность и соразмерность, друг из друга не следуют. Сказанное, однако, не означает бесполезности вышеуказанных определений симметрии и асимметрии. Наоборот, они весьма полезны и необходимы. Без них нельзя дать и более общее определение категорий симметрии и асимметрии. На основе подобных эмпирических определений симметрии и асимметрии развиваются определения более общего характера, сущность которых -- в соотнесении частных признаков симметрии и асимметрии к определенным всеобщим свойствам движущейся материи. «В симметрии,-- пишет А. В. Шубников,-- отражается та сторона явлений, которая соответствует покою, а в дисимметрии (по нашей терминологии в асимметрии) та их сторона, которая отвечает движению» Таким образом, все свойства симметрии рассматриваются как проявления состояний покоя, а все свойства асимметрии -- как проявления состояний движения. Если признать это правильным, то очевидно, что соотношение симметрии и асимметрии в таком случае таково же, как соотношение покоя и движения. Мы, следовательно, можем сказать, что симметрия относительна, а асимметрия абсолютна. Симметрию мы должны, далее, рассматривать как частный случай асимметрии, как ее момент. Поэтому ни о каком равноправии симметрии и асимметрии и речи быть не может. Взаимоотношение симметрии и асимметрии здесь явно асимметрично.

Но вряд ли можно с таких позиций правильно понять многие свойства симметрии и асимметрии. Почему, например, такую симметрию пространства, как его однородность, должны рассматривать как соответствующую покою? Почему мы должны искать симметрию только среди покоящихся явлений? Разве нет симметрии во взаимодействии и движении явлений мира? Мысль о связи между понятиями симметрии и асимметрии и соответственно между понятиями покоя и движения точнее можно выразить как единство покоя и движения. Понятие симметрии раскрывает момент покоя, равновесия в состояниях движения, а понятие асимметрии -- момент движения, изменения в со стояниях покоя, равновесия. Но и такой формулировкой не охватывают основные признаки симметрии и асимметрии. Например, симметрия частиц и античастиц и их ассиметрия в известной нам области мира не могут быть истолкованы исходя из понятий о единстве покоя и движения. Вряд ли существование частиц и античастиц можно рассматривать как момент покоя в каком-то движении материи, а несоответствие числа частиц числу античастиц в известной нам области мира -- как моменты движения в каком-то состоянии покоя. Можно сделать вывод, что в идее А. В. Шубникова о соотнесении симметрии с покоем, а асимметрии -- с движением заключается только момент истины. Хорошо известно, что понятие симметрии охватывает и такие стороны существования явлений, которые ничего общего с покоем не имеют. Например, регулярная повторяемость тех или иных состояний движения, их определенная периодичность является одним из признаков симметрии, но к покою, она никакого отношения не имеет. Такой вид асимметрии, как анизотропность пространства, из свойств движения, конечно, выведена быть не может. Тем не менее многие свойства симметрии и асимметрии соответственно связаны с покоем и движением. К общим определениям понятий симметрии и асимметрии можно подойти исходя из следующих положений: во-первых, нужно признать, что эти понятия относятся ко всем известным нам атрибутам материи, что они отражают взаимные связи между ними; во-вторых, эти понятия основываются на диалектике соотношения тождества и различия, существующей как между атрибутами материи, так и между их состояниями и признаками; в-третьих, нужно иметь в виду, что единство симметрии и асимметрии представляет собой одну из форм проявления закона единства и взаимоисключения противоположности. Правильность этих отправных положений может быть доказана как выводом их из многочисленных частных определений симметрии и асимметрии, так и правильностью их следствий, т. е. необходимостью и всеобщностью определений симметрии и асимметрии, полученных на их основе. Непосредственной логической основой для определения понятий симметрии и асимметрии, на наш взгляд, является диалектика тождества и различия. Здесь нужно отметить, что в диалектике тождество и различие рассматриваются лишь в определенных отношениях, во взаимодействии, во включении различия в тождество, а тождества в различие. Тождество проявляется только в определенных отношениях и в определенных процессах; тождество всегда конкретно. К тождеству можно отнести: равновесие, равнодействие, сохранение, устойчивость, равенство, соразмерность, повторяемость и т. д. Тождество не существует вечно: оно возникает, становится и развивается. Если дать его общее определение, то можно сказать, что оно представляет собой процесс образования сходства в различном и противоположном. Для того, чтобы имело место тождество, необходимо существование различного и противоположного. Вне различий тождество вообще не имеет смысла, поэтому нельзя говорить о тождественном в тождественном, а только в различном и противоположном. Характеризуя диалектическое понимание тождества, нужно выделить его следующие стороны: тождество не существует вне различия и противоположности, тождество возникает и исчезает; тождество существует только в определенных отношениях и возникает при определенных условиях, наиболее полным выражением тождества является полное превращение противоположностей друг в друга. Проявления тождества бесконечно многообразны. Поэтому в процессе познания явлений мира нельзя ограничиваться только установлением тождества между ними, но необходимо раскрывать то, как возникает это тождество, при каких условиях и в каких отношениях оно существует. Основываясь на этой характеристике диалектики тождества и различия, можно сформулировать следующие определения симметрии и асимметрии. Симметрия -- это категория, обозначающая процесс существования и становления тождественных моментов в определенных условиях и в определенных отношениях между различными и противоположными состояниями явлений мира. Действительно ли является всеобщим сформулированное нами определение понятия симметрии, охватывает ли оно все известные нам формы проявления симметрии как в объективном мире, так и в процессе нашего познания? Очевидно, что при ответе на этот вопрос придется ограничиться только наиболее общими характерными примерами. Представим себе две точки, находящиеся по отношению к какой-то прямой на ее противоположных сторонах; если эти противоположные точки равноудалены от этой прямой, то о них говорят как о симметричных по отношению к данной прямой. Если мы теперь совершим операцию перегиба, то в результате наши точки полностью совпадут, сольются друг с другом, следовательно, можно говорить об их полном тождестве. Симметрия расположения данных точек указывает именно на то, при каком процессе и при каких условиях они становятся тождественными.

Значит, этот вид симметрии полностью подходит под сформулированное определение симметрии. Как известно, существует определенная симметрия между протоном и нейтроном; она выражается в том, что в условиях сильных взаимодействий они не отличаются друг от друга, становятся тождественными друг другу. Их симметрия и есть не что иное, как образование тождества между этими различными частицами в процессе сильных взаимодействий. В понятии изотопического спина как раз и выражаются моменты тождества, имеющиеся у протонов и нейтронов, т. е. их симметрия в условиях сильного взаимодействия. Но подходят ли под данное определение симметрии такие общие симметрии пространства и времени, как, например, их однородность? Однородность пространства означает, что по отношению к взаимодействиям явлений все места в пространстве тождественны и никак не сказываются на характере взаимодействия. Тождественность всех мест в пространстве (точек в пространстве) по отношению к взаимодействиям явлений и есть их, строгая полная симметрия. То же в общем виде можно сказать и об однородности времени.

Тождественность всех временных интервалов по отношению к взаимодействию явлений и есть их строгая и полная, симметрия. На наш взгляд, нельзя найти ни одного вида симметрии, который бы противоречил данному нами определению.

Современные концепции возникновения нашей Вселенной

Проблемы зарождения и существования Вселенной занимали самого древнего человека. Небо, которое было доступно его обозрению, было для него очень интересно. Недаром астрономия считается одной из самых древних наук о природе. Не потерял интереса к изучению проблем космоса и современный человек, но он смотрит глубже, его уже интересует не просто выяснение вопроса, что есть Вселенная? Современные ученые ищут ответы на следующие вопросы:

а) Что было, когда Вселенная рождалась?

б) Как давно это было и как происходило?

в) Рождалась ли Вселенная вообще или она глобально стационарна?

Для поиска ответов на эти непростые вопросы в астрономии появилась новая отрасль - космология. По определению А.Л. Зельманова (1913-1987) космология - это совокупность накопленных теоретических положений о строении вещества и структуре Вселенной, как цельного объекта, так и отдельные научные знания охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной. Космология стала искать различные варианты ответов на поставленные вопросы, выдвигать различные теории и гипотезы. Так появилась Теория Большого взрыва и гипотезы, описывающие первые мгновения рождения Вселенной, ее структуризацию и развитие. Космология, как и любая современная наука, сегодня бурно живет и развивается, в большей мере за счет «альтернативных теорий». Все это позволяет человечеству точнее понять сущность физических процессов, дает возможность ученым прогнозировать дальнейшую эволюцию Вселенной.В предлагаемом Вашему вниманию реферату, я постараюсь осветить проблемы происхождения Вселенной, в частности теорию Большого взрыва, первые этапы жизни Вселенной, перспективы ее развития.1. Был ли Большой взрыв? Академик Я.Б. Зельдович писал по этому поводу в 1983 г.: «Теория «Большого взрыва» в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. Я бы даже сказал, что она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени, и обе имели много противников, утверждавших, что новые идеи, заложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Но подобные теории не в состоянии препятствовать успеху новых теорий».На чем основана уверенность академика Я.Б. Зельдовича в справедливости теории «горячей Вселенной»? Имеется ряд данных, которые подтверждают теорию Большого взрыва. Во-первых, это данные о возрасте небесных тел. Мы знаем, что возраст Солнечной системы близок к 4,6 млрд. лет. Менее точно известен возраст самых старых звезд, скорее всего он близок к возрасту нашей и других галактик (10-15 млрд. лет). Следовательно, данные о возрасте небесных тел сопоставимы с данными о возрасте Метагалактики. Второе подтверждение состоит в том, что данные радиоастрономии свидетельствуют, что в прошлом далекие внегалактические источники радиоизлучения излучали интенсивней, чем сегодня, следовательно, эти источники эволюционируют. Когда сегодня мы наблюдаем мощный источник радиоизлучения, необходимо помнить о том, что перед нами его далекое прошлое, ведь сегодня радиотелескопы принимают волны, которые были излучены миллиарды лет назад. Факт, что радиогалактики и квазары эволюционируют, причем время их эволюции совпадает со временем существования Метагалактики, говорит в пользу теории Большого взрыва. Третьим важным подтверждением рассматриваемой теории, является наблюдаемая распространенность химических элементов с тем соотношением гелия и водорода (1/4 и 3/4 соответственно), которое возникло во время первичного термоядерного синтеза. Главным же подтверждением теории Большого взрыва («горячей Вселенной») считается открытие реликтового излучения. Для космологии это явление имеет фундаментальное значение, сравнимое по значению с открытием расширения Метагалактики. В чем суть открытого реликтового излучения? Так называемый «отрыв» излучения от вещества происходил, когда температура в расширяющейся Вселенной была порядка 3000-4000 К. В ходе последующего расширения Вселенной температура снижалась, но характер излучения (его спектр) сохранился до наших дней, напоминая о далекой «молодости» Метагалактики. Советский астрофизик И.С. Шкловский предложил называть это излучение реликтовым. Теория предсказала существование реликтового излучения. Теоретические оценки температуры реликтового излучения были даны в 40-50 г.г. в работах Г.А. Гамова, а затем его учеников Р. Альфреда и Р. Германа. В 1964 г. советские астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич впервые выполнили конкретные расчеты интенсивности излучения различных объектов: звезд, межзвездной пыли, галактики и т.д.В конце 60-х годов группа американских ученых во главе с Р. Дикке приступила к попыткам обнаружить реликтовое излучение. Но их опередили А. Пензиас и Р. Вильсон, получившие в 1978 г. Нобелевскую премию за открытие микроволнового фона (это официальное название реликтового излучения) на волне 7,35 см.Примечательно, что будущие лауреаты Нобелевской премии не искали реликтовое излучение, а в основном занимались отладкой радиоантенны для работы по программе спутниковой связи.. они при различных положениях антенны регистрировали космическое излучение, природа которого первоначально была им не ясна. Этим излучением и оказалось реликтовое излучение.

Современные теории о дальнейшей эволюции вселенной

Иногда сегодняшнюю стадию эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем поле, вглядываясь в стареющие звезды и вспоминая красоту и блеск Вселенной.Что же ожидает нашу Вселенную в будущем, если она будет неограничено расширяться? О процессе продолжающегося расширения нашей Вселенной свидетельствуют почти все данные наблюдений. По мере расширения пространства материя становится все более разреженной, галактики и их скопления все более удаляются друг от друга, а температура фонового излучения приближается к абсолютному нулю. Со временем все звезды завершат свой жизненный цикл и превратятся либо в белых карликов, остывающих до состояния холодных черных карликов, либо в нейтронные звезды или черные дыры. Эра святящегося вещества закончится, и темные массы вещества, элементарные частицы и холодное излучение будут бессмысленно разлетаться в непрерывно разряжающейся пустоте. Впрочем, черные дыры не останутся без работы. Имея на то достаточно времени, черные дыры поглотят огромное количество вещества вселенной. Если теория Хокинга верна, то черные дыры будут продолжать испускать излучение, но черным дыры (с массой равной массе Солнца) потребуется очень длительное время, прежде чем это заметно изменит что-то. Фоновое излучение остынет гораздо раньше, чем черные дыры начнут излучать больше, чем они будут поглощать из этого фонового излучения. Такой момент настанет тогда, когда возраст Вселенной станет примерно в десять миллионов раз больше предполагаемого на сегодня. Должно пройти около 10 ⁶⁶ лет, прежде чем черные дыры солнечной массы начнут взрываться, выбрасывая потоки частиц и излучения.Дж. Б. Берроу из Оксфордского университета и Ф. Типлер из Калифорнийского университета в своих работах нарисовали картину отдаленного будущего неограниченно расширяющейся Вселенной. Даже внутри старой нейтронной звезды сохраняется еще достаточно энергии. Чтобы время от времени сообщать частицам, находящимся вблизи ее поверхности, скорость, превышающую скорость убегания. Предполагается, что в результате этого через достаточно продолжительное время все вещество нейтронной звезды должно испариться. Распадутся и черные дыры, вызвав рождение (в равных пропорциях) частиц и античастиц. По мнению Берроу и Типлера, если запас энергии во Вселенной достаточен только для того, чтобы обеспечить ее неограниченное расширение, то эффект электрического притяжения в электронно-позитронных парах перевесит и гравитационное притяжение и общее расширение Вселенной как целого. За определенное конечное время все электроны проаннигилируют со всеми позитронами. В конечном итоге последней стадии существующей материи окажутся не разлетающиеся холодные темные тела и черные дыры, а безбрежное море разреженного излучения, остывающего до конечной, повсюду одинаковой, температуры. Второе начало термодинамики показывает, что конец эволюции Вселенной наступит, когда выровняется температура ее вещества. Так как тепло передается от более теплых тел к более холодным, различие их температур со временем сглаживается, и совершение дальнейшей работы становится невозможным. Эта мысль о «тепловой смерти» Вселенной была высказана еще в 1854 г. Г. Гельмгольцем (1821-1894). Интересно, что наше современное представление о неограниченно расширяющейся Вселенной вместе с концепцией квантового излучения черных дыр, которая основана на аналогии между гравитацией и термодинамикой, привели (более кружным путем) к тем же выводам, что сделал Гельмгольц.Мы не можем знать точно, каков будет исход противоборства расширения Вселенной и гравитационного притяжения ее вещества. Если победит тяготение, то Вселенная когда-нибудь сколапсирует в процессе Большого сжатия, которое может оказаться концом ее существования, либо прелюдией к новому расширению. Если же силы тяготения проиграют «сражение», то расширение будет продолжаться неограниченно долго, но тяготение будет продолжать играть существенную роль в определении окончательного состояния вещества. Вещество может превратиться в безбрежное море однородного излучения, либо продолжится рассеивание темных холодных масс. В неясном далеком будущем прошедшая эпоха звездной активности может оказаться лишь кратчайшим мгновением в бесконечной жизни Вселенной.На сегодняшний день все данные говорят о том, что наша Вселенная обречена на вечное расширение. Многим была бы по душе пульсирующая модель Вселенной, дающая надежду на возрождение пусть не живых существ, то, по крайней мере, таких привычных нам вещей, как вещество и излучение. В любом случае нам остается принимать судьбу космоса такой, как она есть: Вселенную не выбирают.

Специфика живого

В состав живого вещества входят как органические (в химическом смысле), так и неорганические, или минеральные, вещества. Вернадский писал:

Идея о том, что явления жизни можно объяснить существованием сложных углеродистых соединений - живых белков, бесповоротно опровергнута совокупностью эмпирических фактов геохимии... Живое вещество - это совокупность всех организмов. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4-3,6*10¹² т (в сухом весе) и составляет менее 10^-6 массы других оболочек Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты».Живое вещество развивается там, где может существовать жизнь, то есть на пересечении атмосферы, литосферы и гидросферы. В условиях, не благоприятных для существования, живое вещество переходит в состояние анабиоза.

Специфика живого вещества заключается в следующем:

1. Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.

2. Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.

3. Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения - белки, ферменты и пр. - устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).

4. Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В.И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.

5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.

6. Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел - индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме - в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.

7. Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т.е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

Значение живого вещества: Работа живого вещества в биосфере достаточно многообразна. По Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах: а) химической (биохимической) - I род геологической деятельности; б) механической - II род транспортной деятельности. Биогенная миграция атомов I рода проявляется в постоянном обмене вещества между организмами и окружающей средой в процессе построения тела организмов, переваривания пищи. Биогенная миграция атомов II рода заключается в перемещении вещества организмами в ходе его жизнедеятельности (при строительстве нор, гнезд, при заглублении организмов в грунт), перемещении самого живого вещества, а также пропускание неорганических веществ через желудочный тракт грунтоедов, илоедов, фильтраторов. Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В.И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:

Учение о наследственности человека зарождалось в недрах медицины из эмпирических наблюдений семейных и врожденных болезней. В XVIII- XIX веках появились отдельные работы о значении наследственности в происхождении болезней. Мопертьи в 1750 г. описал, что полидактилия может передаваться по аутосомно-доминантному типу любым из родителей. В начале XIX века при исследовании ряда родословных, в которых встречались лица, страдающие гемофилией, были выявлены некоторые закономерности наследования этой болезни. Во второй половине XIX века понятие о патологической наследственности у человека утвердилось, и было принято многими врачебными школами. Предпосылки развития учения о наследственности человека вытекали из биологических открытий: клеточной теории (Теодор Шванн), доказательства клеточной преемственности (Рудольф Вирхов), оформлении идеи об онто - и филогенезе, теории естественного отбора и борьбы за существование (Чарльз Дарвин). Кроме того, изучение причин заболевания стало главным направлением в медицинской науке. Изучение патологических симптомов сменилось изучением нозологических форм болезненных процессов, которые можно было прослеживать в родословных как отдельные формы. Несмотря на явные успехи, в целом в XIX веке учение о наследственных болезнях содержало еще много противоречий. Этот период можно назвать доменделевским . Менделевский период: Переоткрытие законов Менделя в 1900 г. дало новый толчок развитию медицинской генетики. Наследственность как этиологический фактор болезни прочно вошла в медицину. В первые десятилетия XX века роль наследственности в формировании поведения человека и наследственной отягощенности населения была даже существенно преувеличена. Концепция вырождения семей с наследственной патологией стала ведущей для объяснения отягощенности общества потомством таких больных. Диагноз наследственной болезни считался приговором больному и его семье. На этой почве сформировалось направление (или даже наука) об улучшении породы человека - евгеника. Целью евгенического движения стало освобождение человечества от лиц с наследственной патологией путем насильственной стерилизации и ограничения репродуктивной свободы. В целом евгеника сыграла отрицательную роль в развитии генетики и медико-биологической науки. В нашей стране медицинская генетика успешно развивалась в 20-30-х годах. Ю. А. Филипченко организовал бюро по евгенике при Российской Академии наук, впоследствии реорганизованное в лабораторию генетики, ставшую институтом генетики, который возглавил Н. И. Вавилов. Огромная роль в развитии медицинского направления в генетике принадлежит основоположнику клинической генетики С. Н. Давиденкову одновременно генетику и невропатологу. Наряду с огромным вкладом в изучение генетики нервных болезней он на несколько десятилетий определил разработку общегенетических проблем. Он первым в мире поставил вопрос о необходимости составления каталога генов человека, сформулировал понятие о генетической гетерогенности наследственных болезней, организовал медико-генетическую консультацию. медицинская генетика развивалась в Медико-биологическом институте. Однако в период сталинских репрессий генетика была объявлена "лженаукой". Генетические исследования у нас в стране возобновились только в начале 60-х годов. При этом в мире, начиная с 50-х годов XX века, наступает наиболее бурный период развития генетики человека.. была открыта хромосомная природа болезней, и цитогенетика на несколько лет стала ведущим направлением. В этот период сформировалась клиническая генетика как результат слияния цитогенетики, менделевской генетики и биохимической генетики, а человек стал главным объектом общегенетических исследований.

Современные концепции места и роли человека во Вселенной. Содержание антропного принципа

Какие перспективы и аналогии в понятии человека, его психики и человеческого общества, по Вашему мнению, открывают методологические принципы и концепции современного естествознания? 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 перерастают в антагонизм, угрожающий 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 эволюционных процессах. 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 они сами - часть природы, биологический вид, жизнь которого определяется амплитудой природных условий, что все их могущество основано на использовании законов природы, вне которых развитие человеческой цивилизации просто невозможно. Анализ барьеров, стоящих на пути выхода из кризиса, показывает, что самый главный из них - нравственно-психологический. Его преодоление состоит в освоении человеком духовной структуры Вселенной, так как нравственность и бессмертие тесно связаны - в смене парадигм в социальной сфере и науке, разумном использовании законов природы. Еще великий Спиноза говорил: «Адекватность мыслящего существа находится в прямой зависимости от адекватности его идей». Чем активнее человек расширяет сферу своей деятельности, тем адекватнее его идеи, тем выше его власть над внешними обстоятельствами. Здесь уже кроется положение о тождественности человека природе, конкретные исторические моменты которой нашли свое развитие в идеях Гегеля, Маркса, Вернадского В.И. Вернадский впервые поставил вопрос о рациональном контроле над окружающей средой. Ноосфера Вернадского - это сфера материального, в котором в качестве управляющего, регулирующего фактора господствует имеющий материальную природу разум человека. По идее, это господство не должно быть покоряющим, подавляющим природу. Оно должно гармонизировать отношения человека с природой. В мире очень часто бывает наоборот. Всевозрастающие потребности человека приводят к все более увеличивающимся материальным затратам. Необходимость органически совмещать природоохранную и природопреобразующую деятельность человека 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 - Вселенная».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, потому что Земля имеет количественный предел той нагрузки, которую представляет для нее человеческая деятельность .Можно с полной ответственностью сказать, что в данный исторический период своего развития жизнь на Земле находится в прямой зависимости от тех решений, которые примет человечество по своему спасению, опираясь даже на простую целесообразность. Исходя из этого, учеными ведущих стран мира разработана так называемая «Модель устойчивой мировой системы».В основу модели устойчивой мировой системы положены следующие принципы:

1. Переход от принципов беспредельного примитивного накопления материальных богатств к сдержанному и лишь необходимому достатку, т.е. от господства капитала - к господству Разума и духа.

2. Возвращение биосферы в устойчивое состояние.

3. Придание всей оставшейся девственной природе заповедного статуса в мировом масштабе.

4. Крайне экономное и эффективное использование ресурсов Земли.

5. Применение лишь экологически чистых, замкнутых технологий.

6. Стабилизация численности населения.

7. Отказ от применения силы в мировом масштабе.

8. Равноправие государств и народов и запрещение идеологии господства одной группы государств и народов над миром. Все это можно с полным основанием назвать вариантами решения проблемы сохранения жизни на Земля. В современном «постиндустриальном» обществе в научные разработки и технологическую деятельность вовлечены миллионы людей. Работа их определяет судьбы миллиардов, поэтому без глубокого освоения идей, языка и методов современной науки невозможно разумно управляемое развитие человеческой цивилизации. Экологический кризис, поставивший человечество на грань катастрофы, вызван не научно-техническим прогрессом, а напротив - недостаточным распространением в обществе научных и культурных знаний, породившим благодатную почву для принятия безответственных решений, бесконтрольного производства человеческих потребностей далеко не высшего порядка и их удовлетворению в ущерб окружающей природе. Человечество на пороге нового тысячелетия находится в состоянии настоящей революции в области коммуникации и информации, подготовившей и смену мировоззрения. Информация превратилась в глобальный и, в принципе, неистощимый ресурс человечества, вступающего в новую эру развития цивилизации - эпоху интенсивного освоения этого информационного ресурса и неслыханных возможностей феномена управления. Многие решения, определяющие будущее, зависят от адекватной интерпретации научных открытий. Наука - не набор непреложных истин и научный метод - лишь один из способов познания природы. Когда-то Ньютон заметил: «Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как каждый землекоп, время от времени подниматься на поверхность подышать свежим воздухом», имея в виду, что «углубление шахт знания» может привести их неустойчивости. Гуманизация общества и образования стала насущной потребностью нашего времени. Один из самых известных физиков нашего столетия Макс Борн как-то сказал: «Нынешние политические и милитаристические ужасы, полный распад этики - всему этому я был свидетелем на протяжении моей жизни. Если даже род человеческий не будет стерт ядерной войной, он может выродиться в какие-то разновидности оболваненных и бессловесных существ, живущих под тиранией диктаторов и понукаемых с помощью машин и электронных компьютеров». Поэтому в обучении важны и современные знания, и соответствующая им ответственность и мораль. Велика в этом роль естествознания как попытки найти логически безупречный ответ на главный вопрос - происхождение мироздания и человечества [7].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 разделить условно на: Концепцию субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А.И. Опариным).вышла в свет книга «Происхождение жизни» советского ученого А.И. Опарина, где он 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, нуклеидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, так называемых коацерватов, 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 .Гипотеза Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.Концепцию энергетического происхождения. Она разрабатывается ведущими учеными-синергетиками И. Пригожиным, М. Эйгеном. Концепцию информационного происхождения. Ее развивали А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский. Концепцию генного происхождения. Автором этой концепции является американский генетик Г. Меллер. Он допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная единица наследственности - ген - является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Но математические расчеты этой концепции показывают полную невероятность такого события. Ф. Энгельс одним из первых высказал мысль о том, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе длительного пути эволюционного развития материи. Эволюционная идея положена в основу гипотезы сложного, многоступенчатого пути развития материи, предшествовавшего зарождению жизни на Земле. Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая бы полностью отображала бы ее сущность) нет и быть не может. 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. Одной из новейших концепций происхождения жизни на Земле является концепция о биоэнергоинформационном обмене Понятие биоэнергоинформационного обмен возникло в сфере биофизики, биоэнергетики и экологии в связи с последними достижениями в этих областях науки. Термин биоэнергоинформатика был введен доктором технических наук, профессором МГТУ им. Н.Э. Баумана В.Н. Волченко , когда им его единомышленниками была проведена первая Всесоюзная конференция по биоэнергоинформатике в Москве. Изучение биоэнергоинформационного обмена дало основание высказать предположение об информационном единстве Вселенной, о наличии в ней такой субстанции, как «Информация - Сознание», а не только известных форм материи и энергии. Одним из элементов этой концепции выступает наличие во Вселенной общего замысла, плана. Эта гипотеза подтверждается современной астрофизикой, согласно которой фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант и даже формы физических закономерностей тесно связаны со структурой Вселенной во всех ее масштабах и с возможностью Жизни. Отсюда следует второй элемент концепции биоэнергоинформатики - Вселенную нужно рассматривать как живую систему. А в живых системах фактор Сознания (информации) наряду с материей и энергией, должен занимать весьма существенное место. Таким образом, можно говорить о необходимости триединства Вселенной: материи, энергии и информации. О триединстве окружающего нас мира в последних своих научных трудах много писал знаменитый советский ученый, математик Б. Раушенбах. В связи с этим, христианский догмат «Един в трех лицах» приобретает невероятно современное звучание Наука с древнейших времен была связана с честным поиском истинного знания в сфере природы, что родственно религиозному поиску морально-нравственного смысла жизни. Обособление науки от христианства началось в Западной Европе в 11-12 веках, когда номинализм, объявляющий подлинно существующими только отдельные индивидуальные объекты, одержал победу над реализмом, признающим существование чувственно воспринимаемых вещей как отпечатков предшествующих им общих понятий (родов, видов, идей, т.е. «универсалий»). Принятое в то время номиналистическое мировоззрение продолжает доминировать и в цивилизации наших дней. Несмотря на это обособление, отношения между наукой и христианством вплоть до 18-го века продолжали оставаться вполне гармоничными, чему способствовал тот факт, что все крупные ученые того времени были глубоко верующими людьми. Коперник, Декарт, Паскаль, Ньютон, Ломоносов, Кювье в своих трудах часто высказывали мысль, что изучение природы помогает им лучше осознать величие Творца и вызывает в них благоговейное чувство восхищения глубиной Его премудрости.Научные открытия 20-го века вновь подтверждает то, о чем в древности восклицал пророк Давид: «Небеса проповедуют славу Божию». Современная наука все чаще обращается к книгам Священного писания в разрешении спорных вопросов о сотворении мира, о возникновении жизни. Она заговорила и о Творце, причем именно о таком, который описан в Библии. Однако, священные книги занимаются, главным образом, взаимоотношением человека и Бога, а не законами внешнего материального мира и его историей. Исключением из этого является лишь начало первой книги Библии, называемой Книгой Бытия. Она была написана несколько тысячелетий назад величайшим пророком и законодателем Моисеем. Вопрос о том, как возник мир - волновал человека чуть ли не с самого его появления на Земле, поэтому на него и должен был в какой-то мере ответить Моисей. Перед ним стояла задача величайшей трудности, ибо, если и пользуясь результатами современных исследований, весьма трудно изложить историю Вселенной в популярной форме, то какую же силу провидения должен был иметь автор Бытия, чтобы, совершенно не имея никаких рациональных сведений о сотворении мира, изложить историю этого великого события в форме, понятной читателю, жившему за несколько тысяч лет до Рождества Христова.