Реферат: Структурные уровни организации материи концепции микро- макро- и мегамиров

Пространство и время в микро-, макро- и мегамире — киберпедия

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

242

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^-23см и 10^-43с 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 относи-

тельности 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.

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.

244

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.

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

246

основе геометрий», посвященной, в частности, п-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 вре-

менное 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 ко-

248

ординат которой свернуты и потому принципиально не наблюдаются.

Науке известны четыре фундаментальных взаимодействия в природе:

■ электромагнитное и гравитационное в масштабах мак
ромира;

■ слабое и сильное в масштабах микромира.
Однако в последние годы в научных трудах обсуж
дается возможность существования еще одного дистан
ционного взаимодействия в макромире — спинового,или
торсионного,фиксирующего и передающего информа
цию посредством торсионного поля. Физическая при
рода этого пятого взаимодействия, по-видимому, совер
шенно 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.

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.

250

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 архитек-

турные 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 теласохраняют 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 экст-

ремальный 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.

ВРЕМЯ

«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 глав-

254

ные, 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 времениявляются 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 определен-

ной повторяемостью, поэтому для их характеристики необходимо ввести длительность. Втеоретическом аспекте длительностьпредполагает 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 непрерывностьДлительность 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 прерывностьюбытия конкретных качественных состояний. Между всеми сменяющими друг друга качествами имеются внутренняя связь и непрерывный переход.

15.6.1.3. Вечность времени

Вечность временивытекает из незыблемости законов сохранения материи и ее атрибутов, а также из закона

256

причинности. Вечность времени означает бесконечную последовательность любых интервалов бытия в прошлом и будущем: столетий, тысячелетий и т.д. Вечностьприсуща лишь материи в целом, конечностьпроявляется 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 необра-

тимость 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 фунда-

258

ментальных 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.

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.

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: «Вре-

мя 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 прове-

260

ло 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…

Социальное время

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 вы-

262

разить 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 времяхарактеризует 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.

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, получа-

266

лось, 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 сгуще-

ния 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 семи-

268

нара 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.

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.

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.

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

270

всем предшествующим развитием науки — в первую очередь теории автоматического регулирования следящих систем, техники переработки и передачи информации, теории игр иоптимальных 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 ипереработке информации, об алгоритмах переработки информации, о причинных сетях. Каждое из этих определений подчеркивает существенную сторону кибернетики.

Область применения кибернетикиопределил 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 системылюбой природы (технические, биологические, экономические, социальные, административные) с обратной связью. Сложными динамическими системаминазываются 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 конст-

руирования 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 кибернетикасвязана 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 управле-

272

ния. 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 кибернетикасодержит приложение двух предыдущих подразделов кибернетики к решению задач, относящихся к частным системам в биологии, медицине, экономике, промышленности, транспорте. Поэтому выделяют психологическую, биологическуюи 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 системычасто представляют собой самоорганизующиеся системы. В зависимости от выделения той или иной ведущей группы свойств их также называют саморегулирующимися, самонастраивающимися, самообучающимися, самоалгоритмизующимисясистемами.

Самоорганизующимисяназывают такие системы, которые способны при изменении внешних или внутренних условий их функционирования и развития сохра-

нять 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 управлениясостоит из двух систем: управляемойи управляющей.

Управляющая системавоздействует 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 управленияосуществляется 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

274

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

16.1.2.1. Понятие синергетики

Синергетика — это теория, исследующая процессы са моорганизации, устойчивости, распада и возрождения са мых 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.

Синергетикакак 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. Кибернетикаограничивалась анализом самоорганизующихся технических систем. Синергетикапытается раскрыть единые принципы самоорганизации в любых природных системах, т.е. как в живых, так и в неживых.

Во-вторых, принципы самоорганизациимогут стать основой для создания общей концепции глобального эволюционизма,т.е. развития в масштабе всей Вселенной.

В-третьих, синергетикаявляется 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 из-

276

вестном 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 вы-

278

ражает 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.

САМООРГАНИЗАЦИЯ

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.

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 сис-

280

темы. 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.

Реферат: Структурные уровни организации материи концепции микро- макро- и мегамиров -

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕССА САМООРГАНИЗАЦИИ

Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации:

■ гомеостаз;

■ обратная связь;

■ информация.

Гомеостаз

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.

282

Обратная связь

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: информационнойи 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.

16.3.3. Информация

Содержание понятия информациитесно связано с понятием отражения, которое уже было рассмотрено (см. ТЕМУ 14.). В общем случай информацияозначает 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 дей-

284

ствий 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.

Информациянужна 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 информациизависит 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 информациизависит 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 информацииоценивается прежде всего тем, насколько знания, получаемые о предмете или окружающей обстановке, помогают в принятии решений. Ценность и смысл информацииполностью раскрываются только тогда, когда существует цель.

На развитие утвердившегося в широких кругах понимания смысла информациии 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 информациюсвязывали исключительно с человеческим сознанием. Две концепции информациисуществуют 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:

■ информациякак мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий (сложности, организации, порядка), мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы;

■ информациякак форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.

Информациякак 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 не-

286

прерывно 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 информациидовольно сложно, так как информация— это не просто некоторое возмущение, внешний сигнал, действующий на систему, но и внутренняя оценка этого возмущения или сигнала. Информацияи 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 ценностьпередаваемой информации,тем лучше она позволяла последующим поколениям производить все большее количество совершенных форм и т.п.

Ценность передаваемой и хранимой информациипроявилась 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 воз-

можность не только предвидеть результаты, но и осознать противоречивость их целей, принципиальную мно-гокритериальность 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.

Информация и память

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 ис
пользования информации о ее прошлом;

■ обеспечивать запись (кодирование), хранение и пе
редачу информации от одних поколений другим.
Необходимость использования информации, ее на
копления и хранения, т.е. памяти, возникает лишь на
определенном этапе саморазвития материального мира.
Развитие процессов формирования памяти началось од
новременно с появлением жизни, шло разными путями.
В результате сложнейшего процесса самоорганизации
возникает совершенно непохожая на другие формы па
мяти генетическая память, о которой мы поговорим по
зднее. Генетическая память существовала уже у прока
риотов, однако решающий шаг был сделан лишь в эпоху
эукариотов (см. ТЕМУ 17.4.2).

288

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 информа-

ции для предсказания событий (подробно об этом рассказано в ТЕМЕ 20.8).

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 про-

292

цессы 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 космологичес
ких теорий.

1. Классическая космология (Ньютон, Кант, Ламберт,
Шарлье и т.д.) давала модель иерархической структу
ры Вселенной в виде бесконечной последовательнос
ти 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 относительно
сти связала тяготение с кривизной пространства-вре
мени. Тяготеющие массы через гравитационное поле
вызывают искривление пространства-времени, а урав
нения Эйнштейна связывают кривизну пространства-
времени с плотностью массы, импульсом, потоками
масс и импульсов. На основе этих уравнений была
разработана «статическая модель Вселенной».

294

3. Нестационарность Вселенной.Советский математик
А.А. Фридман в 1922 г. нашел иное решение уравне
ний общей теории относительности. Вселенная не
стационарна, и ее пространство обладает переменной
во времени кривизной, одинаковой во всех малых
масштабах. Он вывел три следствия из предложен
ных решений:

Рефераты: Необратимость процессов и стрела времени - Биологическое пространство и время

■ Вселенная и ее пространство расширяются со временем;

■ Вселенная сжимается;

■ во Вселенной чередуются через большие проме
жутки времени циклы сжатия и расширения.

4. В 1926 г. американский астроном Хаббл исследовал
спектры далеких галактик и подтвердил вывод Фрид
мана о нестационарности Вселенной, в результате чего
в космологии утвердилось мнение — модель расширя
ющейся 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^-33см.

Таким образом, необходима разработка квантовой теории гравитации, которая будет более точно описывать тяготение.

16.4.2.2. Инфляционная теория

В качестве одного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной, в рамках которого удается решить большинство космологических проблем, современная

космология рассматривает сценарий, включающий инфляционную стадию. Инфляцияв переводе с латинского — вздутие. Инфляционная стадияпредполагает процесс вздутия Вселенной. Основная идея инфляционной теориисостоит 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 синергети-ческий 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 време-

296

ни 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 взаимодей-

ствиями. 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—10¹⁰лет.

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 орга-

298

низации 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.

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

302

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 управляв-

мого развития приобретает форму проблемы самоуправляемого развития.

2. Синергетика демонстрирует нам, каким образом и почему хаосможет 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 разви-

тия 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 закономерностии 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.

Возникновение учения о биосфере обычно связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж.Б. Ламарка, который ввел термин «биология». Однако

Реферат: Структурные уровни организации материи концепции микро- макро- и мегамиров -

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.

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 биосферукак 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 орга-

310

низмов. Эта биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:

1. Стремится к максимальному проявлению — возникает «всюдность» жизни;

2. Приводит к выживанию организмов, увеличивающих биологическую миграцию атомов.

Биосферумы можем рассматривать как область земной коры, занятую трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию — электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.

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 гидросферапроникает 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.

312

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.

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.

314

Сравнение космических «ровесниц» — Земли и Луны наглядно демонстрирует эффективность живого вещества как катализатора мирового процесса развития.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОСНОГО И ЖИВОГО ВЕЩЕСТВ

Живое вещество

Живое веществоесть 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 веществона 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.

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 космопланетар-ном 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 прин-

316

ципами, 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 уг
лерода и энергии самые различные тела.
Солнечная энергия вызывает на Земле два круговоро
та 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 элемен-

ты, 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 круговоротвовлекается 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 водывыполняет 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

318

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 тенден-

ции мгновенному потенциальному заселению всей поверхности Земли этим живым организмом.

МНОГООБРАЗИЕ ЖИВЫХ

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 углеродасостоит 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.

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, сво-

326

бодный 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.

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 функцияпроявляется 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 функциясвязана 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 деятельностьохватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека.

ФАКТОРЫ, СВИДЕТЕЛЬСТВУЮЩИЕ

ЖИЗНИ

1. Первыйи важнейший аргументв 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. Второедоказательство в пользу земного происхождения жизни — существования на Земле генетического кода, — единого для всего живого. Единый алфавит из 4 букв

328

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.

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 космоплане-тарного 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.

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.

330

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.

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.

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.

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 про-

334

тяжении 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 явля-

ются 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 орга-

336

низаций для обеспечения сотрудничества различных государств в самых разнообразных областях культурной ипрактической 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 геологическимипроцессами, 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 ивыход 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 инефти 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 улуч-

33S

шения условий жизни идет очень неравномерно: в Скандинавии, странах Западной и Южной Европы, Канаде, Соединенных Штатах Америки, Австралии, Японии, вкоторых 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, ноосфераможет 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.

340

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 жизнепригод-ности 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 ноосферане 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 про-

гнозы 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.

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.

Ноосферный гуманизм и проблемы экологии

Ноосферный гуманизм— это гуманизм, дополненный сэкологических 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 гуманизмтребует 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

ЭКОЛОГИЯ

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.

78.2. ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ

Американский ученый Б, Коммонер построил систему законов экологии, представляющую собой методологическое обобщение экологического опыта современности.

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. Вседолжно 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 кибернетичес-

кий 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.

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 харак-

теризуется 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:

350

■ принцип ярусности;

■ принцип относительной замкнутости.

Принцип ярусностиозначает, 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.

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

352

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

354

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. по-

356

казатели 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 различ-

358

ных 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.

Анализ законов экологии

Сведение воедино проблемы взаимопронизывающих уровней метасистем и составляет суть экологической проблемы современности. Например, четвертый закон Ком-монера: 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.

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 пахот
ного 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 загрязне
ния 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 обра
ботке 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.

18.3.3.2. Охрана воды

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).

364

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.

Рефераты: Реферат: Курс лекций по Социологии управления -

3. Рациональное размещение источников вредных выбросов.

18.3.3.4. Шумовые загрязнения

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 активно-

го 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.

18.3.3.6. Охрана животных

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.

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 законего 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.

Экология и культура

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, гуманизместь 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».

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 пользованиепредполагает временное или постоянное присвоение и преобразование природных ресурсов, пассивноеподразумевает выбросы в природную среду различных производственных, бытовых и прочих отходов. Однако обе формы нуждаются в серьезном упорядочении.

368

Активная форма природопользованиябыла до некоторой степени охвачена правовым регулированием:

■ создание заповедников и заказников;

■ установление сроков охоты;

■ установление норм отстрела животных и т.д.
Пассивная форма природопользованияостается факти
чески вне правовой сферы. Исключение составляет кон
троль за соблюдением предельно допустимой концент
рации 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 бла-

годаря 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.

БИОЭТИКА

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).

370

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, вви-

ду 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 зло-

качественные 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 ракообразу-ющим 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.

В основу модели устойчивой мировой системыположены 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.

376

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.

Россияболее 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 Россияне 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.

ПРОГНОЗЫ «РИМСКОГО КЛУБА»

В феврале 1968 г. итальянский промышленник А. Пиччеи обратился к знакомым из мира бизнеса, науки и тех-

нйки 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 «Римскийклуб». 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».

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
можность 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.

382

ГЕНЕТИКА

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 Брюн-не (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.

Законы Менделя

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 раз-

ных 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.

Развитие генетики

В 1909 г. В. Иогансон (1857—1927) ввел важное разграничение между фенотипоми генотипом. Фенотип— это совокупность всех внешних наблюдаемых нами признаков организма: морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и т.п. Генотипомназывается 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 фенотипможет 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.

Посовременным 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, располо-

384

жение 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. Се-ребровского 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. Геныпредставляют 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, втом 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.

386

19.2.3.1. Механизм наследственности

Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений, — специализированные половыепри 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.

Генпредставляет 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;

388

■ 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.

19.2.3.2. Формы изменчивости

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 наследственнуюи ненаследственную изменчивость. Ненаследственнаясвязана с изменением фенотипа, наследственная — генотипа. Генотипическая изменчивостьзатрагивает генотип и подразделяется на несколько групп. Рассмотрим две из них:

■ мутационную;

■ комбинативную.

Мутациейназывается 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.

19.2.3.3. Мутации

Главнейшая особенность природных популяций, как показали эксперименты, — это генетическая гетерогенность(разнородность). Она поддерживается за счет мутаций и процесса рекомбинаций. Генетическая гетерогенностьпозволяет 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.

390

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.

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 зависи-

мости 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.

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Генетическая память — один из важнейших инструментов в эволюции. Изучение признаков наследственно-

сти 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 цен-

ные 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 иг-

рает. 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 голографичес-кий 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. Горяева, 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.

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 томов по 50 страниц в каждом. Расшифровка генома начинается с создания «атласа» генов, на-

бора 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 ве-

дутся 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: иденти фикация по волосам, каплям крови, генная дактилоско пия. 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.

Ныне под экологиейследует 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);

■ специфическоенедоедание (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.

Здоровье человека

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. Здоровьеявляется 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 обществавсегда 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 по-

402

тенциал 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.

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 здоровьерассматривать как проявление нормальной жизнедеятельности организма, которая предоставляет человеку реальную возможность полноценно выполнять общественные, трудовые функции, то болезньявляется 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. Здоровьеи болезньявляются 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 уси-

ливают 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.

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 микро-

404

организмов, 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 исвязан 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 моло-

дости 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 выде-

406

лить 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, вьщеляет 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.

408

Валеология— новая наука о творении здоровья души и тела. Она направлена на поддержание стабильной жизнедеятельности организма. Цель ее — определить качество здоровьяи 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 уг-

лом 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.

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, седьмойвалеологический уровеньздоровья можно назвать «реанимационный».На этом уровне велики проблемы как физического, так и психического здоровья. Человека надо изолировать и спасать его жизнь.

Предпоследний, шестой уровень здоровьяможно 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 уровеньможно 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 уровнясвязаны 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.

ЭМОЦИИ, ТВОРЧЕСТВО, РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

Эмоции

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

412

чувственности и переживаний. Эмоциями, или чувствами, называют психические состояния, отражающие субъективное отношение 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. Эмоциипо 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. Эмоциивыступают в роли регуляторов человеческого общения, влияя на выбор параметров общения и определяя его способы и средства.

20.3.1.3. Виды эмоций

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 эмоцииподготавливают организм к активности, способствуют мобилизации творческих возможностей. Это состояние иногда определяют как желание «сдвинуть горы».

414

Астенические эмоции,наоборот, препятствуют осуществлению целенаправленной сознательной деятельности. Такое подавленное состояние характеризуется как «все валится из рук».

Положительныеи 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 низшиеи 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 эмоцииформируются в процессе обучения и воспитания. Это своего рода регуляторы поведения человека в обществе. Среди них можно выделить:

■ нравственныеи

■ 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 эмоцийвходит 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 многооб-

416

разие 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

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

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».

418

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. Марксписал, 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.

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.

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 самореализациии индивидуальности личности. Вгуманистической психологии творческая самореализация личностирассматривается 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 самоактуализирующихсяличностей. 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.

420

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, склон
ны считать себя представителями человечества в целом,
чем представителями только своей страны.

СОЗНАНИЕ

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 сознаниеопределяется как высшая, свойственная только человеку функция головного мозга, сущностькоторой 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.

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.

Рефераты: Реферат: Версальско-Вашингтонская система: принципы и противоречия » Белая Калитва - информационный портал города Белая Калитва

422

Задачи мозга

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 запечатле-ния (отражения), которые формируют внимание человека, его волю, оказывают воздействие на его интересы и потребности.

Все названные составляющие сознания характеризуют интеллект личности.

Интеллект личности

Интеллектв переводе с латинского (intellectus) означает познание, понимание, рассудок. Это способность мыслить и рационально познавать действительность. Интеллектзависит от:

■ генетических особенностей;

■ избранной человеком направленности в своей жизнедеятельности.

Интеллектразвивается 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. Интеллектпринято 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 интеллектомпонимается способность мышления предвидеть события, результаты соб-

424

ственных 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.

Информация и мозг

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.

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.

ИДЕЯ ЦЕЛОСТНОСТИ

«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 всенадо 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 ишколу, 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.

ПРИЛОЖЕНИЕ

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.

УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН КУРСА

«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

№ п/п	Наименование тем	Количество часов
лекц.	семин.

	Предмет естествознания. Закономерности, основные этапы, история, панорама и тенденции развития
	Естественнонаучная и гуманитарная культуры
	Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
	Структурные уровни организации материи. Микро-, макро- и мегамиры
	Структура и ее роль в организации живых систем
	Неопределенность в мире. Принцип неопределен ности
	Хаос и порядок. Порядок и беспорядок в природе
	Принципы дополнительности, суперпозиции, относительности
	Принципы симметрии
	Динамические и статистические закономерности в природе
	Химические системы. Энергетика химических процессов. Реакционная способность веществ
	Особенности биологического уровня организации материи
	Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем

1
	Отражение как всеобщее свойство материи и его роль в организации развивающейся системы
	Пространство и время. Необратимость времени
	Самоорганизация в живой и неживой природе
	Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере
	Экология. Законы экологии
	Социально-этические и гуманистические принципы биологического познания. Генетика и эволюция
	Человек: физиология, здоровье, творчество, эмоции, работоспособность
	ИТОГО

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.

440

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.

ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ

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.

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.

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.

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.

Неопределенности. Хаос и порядок.

Порядок и беспорядок в природе

1. Неустранимость неопределенности. Неопределенно-стные процессы в массиве реалий действительности.

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.

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.

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.

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.

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.

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-

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.

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-

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

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

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

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

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

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

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 БИОСФЕРЕИ 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

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

18.4.3. 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

20.4.4. 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

Реферат: фундаментальные законы материи и концепция относительности пространства и времени

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БЕЛГОРОДСКИЙ ЮРИДИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра гуманитарных и социально-экономических дисциплин

Дисциплина: ” Концепции современного естествознания “

РЕФЕРАТ

по теме:

” Фундаментальные законы материи и

концепция относительности пространства и времени “

Подготовил:

профессор кафедры ГиСЭД,

к.ф.н., доц.

Номерков А.Л.

Проверил:

Студент 534 группы

Малявкин Г.Н.

Белгород – 2008

План Реферата

Страницы

1. Основные концепции физических пространства и времени: мировоззренческий экскурс

2. Развитие физических представлений о пространстве и времени в истории естествознания

3. Проблема пространства и времени в специальной теории относительности А. Эйнштейна

4. Проблема пространства и времени в общей теории относительности А. Эйнштейна

Заключение

Введение.

Понятия пространства и времени являются философскими категориями и в этом смысле не определяются в естествознании. Для естественных же наук важно уметь определять их численные характеристики – расстояния между объектами и длительности процессов, а так же – описывать их свойства, поддающиеся экспериментальному изучению.

Материалистическая философия исходит из того, что “в мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может двигаться иначе, как в пространстве и во времени”. Пространство и время, следовательно, выступают, с этих позиций, фундаментальными формами существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно – временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов. Однако развитие неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинуло новые представления о пространстве и времени. Оказалось, что эти категории неразрывно связаны между собой. Возникли разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Согласно другим, пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам.

Сказанное может означать только то, что подлинное развитие научных представлений не может быть непротиворечивым.

1. Основные концепции физических пространства и времени:

мировоззренческий экскурс

В истории науки рассмотрение мировоззренческих концепций пространства и времени обычно начинают с сопоставления концепций Демокрита и Аристотеля.

Первая из обозначенных здесь концепций, – атомистическая доктрина, – была развита материалистами Древней Греции Левкиппом и Демокритом. Согласно этой доктрины, всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются друг с другом в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются, с этой точки зрения, первоначалами мира. Атомы не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из безначальности времени. Атомы двигаются в пустоте бесконечное время. Бесконечному пространству соответствует бесконечное время.

Сторонники этой концепции полагали, что атомы физически неделимы в силу их плотности и отсутствия в них пустоты. Множество атомов, которые не разделяются пустотой, превращаются в один большой атом, исчерпывающий собой мир.

В соответствии с атомистической концепцией пространства Демокрит решал вопросы о природе времени и движения. В дальнейшем они были развиты Эпикуром уже в систему. Эпикур рассматривал свойства механического движения исходя из дискретного характера пространства и времени. Например, свойство изотахии заключается в том, что все атомы движутся с одинаковой скоростью. Математически суть изотахии состоит в том, что в процессе перемещения атомы проходят один “атом” пространства за один “атом” времени.

Аристотель, в свою очередь, начинает анализ пространства и времени с общего вопроса о существовании времени, затем трансформирует его в вопрос о существовании делимого времени. Дальнейший анализ времени ведётся Аристотелем уже на физическом уровне, где основное внимание он уделяет взаимосвязи времени и движения. Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение.

В такой модели времени реализована так называемая реляционная концепция. Измерить время с этих позиций и выбрать единицы его измерения можно только с помощью любого периодического движения, но, для того чтобы полученная величина была универсальной, необходимо использовать движение с максимальной скоростью. В современной физике это скорость света, в античной и средневековой философии – скорость движения небесной сферы.

Пространство для Аристотеля выступает в качестве некоего отношения предметов материального мира, оно понимается как объективная категория, как свойство природных вещей.

В системе Аристотеля были положения, которые во многом определили развитие науки вплоть до настоящего времени. Речь идёт о логическом учении Аристотеля на основе которого были разработаны первые научные теории, в частности геометрия Евклида.

В геометрии Евклида наряду с определениями и аксиомами встречаются и постулаты, что свойственно больше физике, чем арифметике. В постулатах сформулированы те задачи, которые считались решёнными. В таком подходе представлена модель теории, которая работает и сегодня: аксиоматическая система и эмпирический базис связываются операционными правилами. Геометрия Евклида является, таким образом, первой логической системой понятий, трактующих поведение каких-то природных объектов. Огромной заслугой Евклида является выбор в качестве объектов теории твёрдого тела и световых лучей.

Г. Галилей вскрыл несостоятельность аристотелевской картины мира, как в эмпирическом, так и в теоретико-логическом плане. С помощью телескопа он наглядно показал, насколько глубоки были революционные представления Н. Коперника, который развил гелиоцентрическую модель мира.

Галилей, Декарт и Ньютон рассматривали различные сочетания концепций пространства и инерции: у Галилея признаётся пустое пространство и круговое инерциальное движение, Декарт дошёл до идеи прямолинейного инерциального движения, но отрицал пустое пространство, и только Ньютон объединил пустое пространство и прямолинейное инерциальное движение.

В обосновании классической механики большую роль играли введённые И. Ньютоном понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Эти понятия лежат в основании субстанциональной концепции пространства и времени, в соответствии с которой материя, абсолютное пространство и абсолютное время – три независимые друг от друга субстанции, начала мира.

Абсолютное пространство – это чистое и неподвижное вместилище тел, абсолютная равномерность событий. Ньютон считал, что вполне возможно допустить существование мира: есть только одно абсолютное пространство, и нет ни материи, ни абсолютного времени; либо же есть существование мира, в котором есть пространство и время, но нет материи; либо существует мир, в котором есть только время, но нет ни пространства, ни материи. По мнению Ньютона, абсолютное пространство и абсолютное время – это реальные физические характеристики мира, но они не даны непосредственно органам чувств, и их свойства могут быть постигнуты лишь в абстракции. И возможно только в будущем физика сумеет найти реальные системы, соответствующие абсолютному пространству и абсолютному времени. В своей же повседневной действительности человек имеет дело с относительными движениями, связывая системы отсчёта с теми или иными конкретными телами, т. е. имеет дело с относительным пространством и относительным временем,

Физики долгое время полностью придерживались концепции Ньютона, повторяли его определения понятий абсолютного пространства и времени. Только некоторые философы критиковали понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Так Г. В. Лейбниц, “вечный оппонент” Ньютона, выступил с критикой этой концепции и отстаивал принципы реляционной теории пространства и времени, считая “пространство, так же как и время, чем-то относительным: пространство – порядком существований, а время – порядком последовательностей Ибо пространство… обозначает порядок одновременных вещей, поскольку они существуют совместно, не касаясь их специфического способа бытия” (Лейбниц Г. Переписка с Кларком. – М., 1982. С. 441.).

Однако в XVIII в. критика концепции Ньютона и философская разработка реляционной теории пространства и времени не оказали существенного воздействия на физику. Естествоиспытатели продолжали пользоваться представлениями Ньютона об абсолютном пространстве и времени, различаясь между собой лишь признанием или непризнанием наличия пустого пространства.

Проблема пространства – особая проблема, объединяющая физику и геометрию. Долгое время молчаливо предполагалось, что свойства физического пространства являются свойствами евклидового пространства. Для многих это было само собой разумеющаяся истина. “Здравый смысл” был философски воплощён И. Кантом в его взглядах на пространство и время как неизменные “формы чувственного созерцания”. Из этого взгляда следовало, что те представления о пространстве и времени, которые выражены в геометрии Евклида и механике Ньютона, вообще являются единственно возможными.

Впервые по-новому вопрос о свойствах пространства был поставлен в связи с открытием неевклидовой геометрии. Безуспешность попыток ряда учёных многих поколений доказать пятый постулат Евклида привела к мысли о его недоказуемости, вместе с тем и о возможности построения геометрии, основанной на других постулатах. Одним из первых пришёл к этой мысли К. Ф. Гаусс, который ещё в начале XIX в. начал размышлять над вопросом о возможности создания другой, неевклидовой, геометрии. Гаусс, высказал мысль, что представления о свойствах пространства не являются априорными, имеют опытное происхождение. Однако он не пожелал втягиваться в острую дискуссию и скрывал от современников свои идеи о возможности неевклидовых геометрий.

Родиной неевклидовых геометрий стала Россия. В 1826 г. на заседании физико-математического факультета Казанского университета Н. И. Лобачевский сделал сообщение об открытии им неевклидовой геометрии, а в 1829 г. опубликовал работу “Начала геометрии”, в которой показал, что можно построить непротиворечивую геометрию, отличную от всем известной и казавшейся единственно возможной геометрии Евклида (В 1832 г. венгерский математик Я. Больяй опубликовал работу, в которой (независимо от Лобачевского) также развил основные идеи неевклидовой геометрии). При этом Лобачевский считал, что вопрос о том, законам какой геометрии подчиняется реальное пространство – евклидовой или неевклидовой геометрии – должен решить опыт, и прежде всего астрономические наблюдения. Он полагал, что свойства пространства определяются свойствами материи и её движения, и считал вполне возможным, что “некоторые силы в природе следуют одной, другие своей особой геометрии” (Н.И.Лобачевский. Начала геометрии. – М., 1949. Т. 2. С. 159.), а вопрос о выборе той или иной геометрии должен решать астрономический опыт.

Спустя почти 40 лет после работ Лобачевского, в 1867 г. была опубликована работа Б. Римана “О гипотезах, лежащих в основании геометрии”. Опираясь на идею о возможности геометрии, отличной от евклидовой, Риман подошёл к этому вопросу с несколько иных позиций, чем Лобачевский. С точки зрения Римана, вопрос о том, является ли геометрия нашего физического пространства евклидовой, что соответствует его нулевой кривизне, или эта кривизна не равна нулю, должен решить эксперимент. При этом он допускает, что свойства пространства должны зависеть от материальных тел и процессов, которые в нём происходят.

Кроме того, Риман высказал новое понимание бесконечности пространства. По его мнению, пространство нужно признать неограниченным; однако если оно может иметь положительную постоянную кривизну, то оно уже не бесконечно, подобно тому, как поверхность сферы, хотя, и не ограничена, тем не менее, её размеры не являются бесконечными. Так зарождалось представление о разграничении бесконечности и безграничности пространства (и времени).

Идеи неевклидовых геометрий поначалу имели весьма мало сторонников, ибо противоречили “здравому смыслу” и устоявшимся в течении многих веков воззрениям. Перелом наступил лишь во второй половине XIX в. Окончательные сомнения в логической правильности неевклидовой геометрии Лобачевского были развеяны в работах итальянского математика Э. Бельтрами, который, развивая идеи К. Гаусса в области дифференциальной геометрии для решения задач картографии, показал, что на поверхностях постоянной отрицательной кривизны (псевдосферы) осуществляется именно неевклидова геометрия. Интерес к работам Лобачевского и Римана вновь ожил и вызвал многочисленные исследования в области неевклидовых геометрий и оснований геометрии.

Развитие теории неевклидовых пространств привело в свою очередь к задаче построения механики в таких пространствах: не противоречат ли неевклидовы геометрии принципам механики? Если механику невозможно построить в неевклидовом пространстве, то значит реальное неевклидово пространство невозможно. Однако исследования показали, что механика может быть построена и в неевклидовом пространстве.

И те не менее появление неевклидовых геометрий, а затем “неевклидовой механики” на первых порах не оказало влияния на физику. В классической физике пространство оставалось евклидовым, и большинство физиков не видели никакой необходимости рассматривать физические явления в неевклидовом пространстве.

2. Развитие физических представлений о пространстве и времени

в истории естествознания

Во второй половине XIX в. физики всё чаще стали анализировать фундаментальные основания классической механики. Прежде всего это касалось понятий пространства и времени в их ньютоновской трактовке. Были предприняты попытки придать понятиям абсолютного пространства и абсолютной системы отсчёта новое содержание взамен того, которое им придал ещё Ньютон. Так, в 70-е гг. XIX в. было введено понятие а-тела, как такого тела во Вселенной, которое можно было бы считать неподвижным и принять его в силу этого за начало абсолютной системы отсчёта. Некоторые физики предлагали в этой связи принять за а-тело центр тяжести всех тел во Вселенной, полагая, что этот центр тяжести можно вполне считать находящимся в абсолютном покое.

Вместе с тем рядом физиков высказывалось и противоположное мнение, что само понятие абсолютного прямолинейного и равномерного движения, как движения относительно некого абсолютного пространства, лишено всякого научного содержания, как и понятие абсолютной системы отсчёта. Вместо понятия абсолютной системы отсчёта они предлагали более общее понятие инерциальной системы отсчёта (координат), не связанное с понятием абсолютного пространства. Из этого следовало, что понятие абсолютной системы координат также становится бессодержательным. Иначе говоря, все системы, связанные со свободными телами, не находящимися под влиянием каких-либо других тел, равноправны. Подчеркнем, что инерциальные системы – это системы, которые движутся прямолинейно и равномерно относительно друг друга.

Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется в соответствии с преобразованиями Галилея. Именно преобразования Галилея и характеризуют в классической механике закономерности перехода от одной инерциальной системы отсчёта к другой.

Преобразования Галилея в течение нескольких столетий полагались как сами собой разумеющимися и не нуждающимися в силу этого в каком-либо обосновании. Но время показало, что это не так.

В конце XIX в. с резкой критикой ньютоновского представления об абсолютном пространстве выступил немецкий физик и философ Э. Мах. В основе представлений Маха лежало убеждение в том, что “движение может быть равномерным относительно другого движения. Вопрос, равномерно ли движение само по себе, не имеет никакого смысла” (В связи с этим Мах рассматривал системы Птолемея и Коперника как равноправные, считая последнюю более предпочтительной из-за простоты. – Э.Мах. Механика. – СПб., 1909. С. 187.).

С точки зрения Маха, всякое движение относительно пространства не имеет никакого смысла, о движении можно говорить только по отношению к телам, а значит, все величины, определяющие состояние движения, являются относительными. Следовательно, и ускорение тоже относительная величина. К тому же опыт не может дать сведений об абсолютном пространстве. Он обвинил Ньютона в отступлении от принципа, согласно которому в теорию должны вводиться только величины, непосредственно выводимые из опыта.

Правда, Мах слишком широко трактовал отношения естествознания и философии. И от критики недостатков классической механики, от непризнания абсолютного пространства Ньютона он вообще перешёл к непризнанию объективного существования пространства, рассматривая его как “хорошо упорядоченные системы рядов ощущений”.

Однако, несмотря на субъективно-идеалистический подход к проблеме относительности движения, в сообщениях Маха были весьма плодотворные идеи, которые так или иначе не могли не способствовать появлению научной идеологии, приводящей к общей теории относительности. Речь идёт здесь о так называемом принципе Маха, согласно которому инерциальные силы следует рассматривать как действие общей массы Вселенной. Этот принцип впоследствии оказал значительное влияние и на А. Эйнштейна.

К новым идеям о природе пространства и времени подталкивали физиков и результаты математических исследований, открытие неевклидовых геометрий. Так, согласно идее английского математика В. Клиффорда, высказанной в 70-е годы 19-го века, многие физические законы могут быть объяснены тем, что отдельные области пространства подчиняются неевклидовой геометрии. Более того, он считал, что кривизна пространства может изменяться со временем, а физику можно представить как некоторую геометрию (В.Клиффорд. О пространственной теории материи – Альберт Эйнштейн и теория гравитации. – М., 1979. С. 36.). Здесь можно подчеркнуть, что Клиффорд принадлежит к ряду немногочисленных в XIX в. провозвестников эйнштейновской теории гравитации.

После того, как физики пришли к выводу о волновой природе света, возникло понятие “эфира” – среды в которой свет распространяется. Каждая частица эфира могла быть представлена как источник вторичных волн, и можно было объяснить огромную скорость света огромной твердостью и упругостью частиц эфира. Иными словами эфир можно было полагать своего рода материализацией ньютоновского абсолютного пространства. Но это шло вразрез с основными положениями доктрины Ньютона о пространстве.

Подлинная революция в физике началась с открытия Рёмером конечности скорости распространения света, которая оказалась равной примерно 300000 км/с. В 1728 году Брэдри открыл явление звёздной аберрации. На основе этих открытий было установлено, что скорость света не зависит от движения источника и приёмника света. О. Френель полагал, что эфир может частично увлекаться движущимися телами, однако опыт А. Майкельсона (1881г.) полностью это опроверг.

Таким образом, возникла необъяснимая несогласованность высказываемых в науке преставлений: оптические явления всё хуже сводились к механике.

Но окончательно механистическую картину мира подорвало открытие Фарадея – Максвелла: свет оказался разновидностью электромагнитных волн. Многочисленные экспериментальные законы нашли отражение в системе уравнений Максвелла, которые описывают принципиально новые закономерности.

Так возникла электромагнитная теория материи. Физики пришли к выводу о существовании дискретных элементарных объектов в рамках электромагнитной картины мира (электронов).

Таким образом, к рубежу Х1Х-ХХ веков развитие физики привело к осознанию противоречий и несовместимости трех принципиальных оснований классической механики:

1. Скорость света в пустом пространстве всегда постоянна, независимо от движения источника или приемника света.

2. В двух системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга, все законы природы строго одинаковы, и нет никакого средства обнаружить абсолютное прямолинейное и равномерное движение (принцип относительности).

3. Координаты и скорости преобразовываются от одной инерциальной системы к другой согласно классическим преобразованиям Галилея.

Было ясно, что эти три положения не могут быть логически объединены друг с другом, поскольку они физически несовместимы.

Внутренней логикой своего развития физика подводилась к необходимости найти нестандартный новый путь в разрешении фундаментальных противоречий в ее принципиальных основаниях. Этот путь и был найден великим физиком XX в. А. Эйнштейном (1879 – 1955).

3. Проблема пространства и времени

в специальной теории относительности А. Эйнштейна.

В сентябре 1905г. в немецком журнале “Annalen der Physik” появилась работа Эйнштейна “К электродинамике движущихся тел”. Эйнштейн сформулировал основные положения специальной теории относительности, которая объясняла и отрицательный результат опыта Майкельсона – Морли, и смысл преобразований Лоренца, и, кроме того, содержала новый взгляд на пространство и время.

Он увидел, что за преобразованиями Галилея кроется определенное представление о пространственно-временных соотношениях, которое не соответствует физическому опыту и реальным пространственно-временным соотношениям вещей. Таким наиболее слабым звеном принципиальных оснований классической механики было представление об абсолютной одновременности событий. Этим представлением, не сознавая его сложной природы, не эксплицируя, и пользовалась классическая механика.

Появлению статьи Эйнштейна “К электродинамике движущихся тел”, в которой впервые были изложены основы теории относительности. предшествовало, по словам самого автора, 7-10 лет упорных размышлений над проблемой влияния движения тел на электромагнитные явления. Прежде всего, Эйнштейн пришел к твердому убеждению о всеобщности принципа относительности, т. е. к выводу, что и в отношении электромагнитных явлений, а не только механических, все инерциальные системы координат совершенно равноправны. Одновременно с принципом относительности, Эйнштейну казалось ясным и существование инвариантности скорости света во всех инерциальных системах отсчета. В своих воспоминаниях он пишет, что еще в 1896г. у него ” возник вопрос: если бы можно было погнаться за световой волной со скоростью света, то имели бы мы перед собой не зависящее от времени волновое поле? Такое все-таки кажется невозможным!” (А.Эйнштейн. Работы по теории относительности. – М., 1965. Т. !. С. 310-311.).

Как же можно совместить эти два принципа? Одновременное их действие кажется невозможным.

Однако из этого парадоксального положения Эйнштейн находит выход, анализируя понятие одновременности. Такой анализ подводит его к выводу об относительном характере этого понятия. В осознании относительности одновременности заключается гвоздь всей теории относительности, выводы которой, в свою очередь, приводят к необходимости пересмотра понятий пространства и времени – основополагающих понятий всего естествознания.

В классической физике всегда полагали, что можно просто говорить об абсолютной одновременности событий сразу во всех точках пространства. Эйнштейн убедительно показал неверность этого представления.

Новое понимание одновременности, осознание её относительности приводит к необходимости признания относительности размеров тел. Чтобы измерить длину тела, нужно отметить его границы на масштабе одновременно. Однако что одновременно для неподвижного наблюдателя, уже не одновременно для движущегося, поэтому и длина тела, измеренная разными наблюдателями, которые движутся относительно друг друга с различными скоростями, должна быть различна.

На следующем этапе становления специальной теории относительности этим общим идейным рассуждениям Эйнштейн придает математическую форму и, в частности, выводит формулы преобразования координат и времени – “преобразования Лоренца”. Но у Эйнштейна эти преобразования уже имеют иной смысл. Одно и то же тело имеет различную “истинную” длину, если оно движется с различной скоростью относительно масштаба, с помощью которого эта длина измеряется. То же самое относится и ко времени. Промежуток времени, в течение которого длится какой-либо процесс, различен, если измерять его движущимися с различной скоростью часами. В теории Эйнштейна размеры тел и промежутки времени теряют абсолютный характер, какой им приписывали раньше, и приобретают смысл относительных величин, зависящих от относительного движения тел и инструментов, с помощью которых проводилось их измерение. Они приобретают такой же смысл, какой имеют уже известные относительные величины, такие, как, например, скорость, траектория и т. п.

Таким образом, Эйнштейн приходит к выводу о необходимости изменения пространственно-временных представлений, которые выработаны классической физикой.

Создание специальной теории относительности (СТО) было качественно новым шагом в развитии физического познания. СТО отличается от классической механики тем, что наблюдатель со средствами наблюдения органически входит в физическое описание релятивистских явлений.

Классическая механика и СТО формулируют закономерности физических явлений только в инерциальных системах отсчета. Вместе с тем, ни классическая механика, ни СТО не дают средств для реального выделения таких инерциальных систем. Получалось так, что законы физики справедливы лишь для некоторого достаточно узкого класса систем координат (инерциальных). Вполне закономерно возникла проблема, как распространить законы физики и на неинерциальные системы. После создания СТО Эйнштейн начал задумываться над распространением принципа относительности на случай неинерциальных систем. Возникает вопрос: на каком пути можно осуществить эту идею? Возможность реализации этой идеи Эйнштейн увидел на пути обобщения принципа относительности движения.

4. Проблема пространства и времени

в общей теории относительности А. Эйнштейна

Одной из причин создания общей теории относительности было намерение Эйнштейна избавить физику от необходимости введения инерциальных систем, как основополагающих систем отсчета.

Создание новой теории началось с пересмотра концепции пространства и времени в полевой доктрине Фарадея – Максвелла и в специальной теории относительности. Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном пункте, который оставался ранее незатронутым.

Речь идет о следующем положении специальной теории относительности, согласно которому двум выбранным материальным точкам покоящегося тела всегда соответствует некоторый отрезок определённой длины, независимо как от положения и ориентации тела. так и от времени, а двум отмеченным показаниям стрелки часов, покоящихся относительно некоторой системы координат, всегда соответствует интервал времени определённой величины, независимо от места и времени.

Специальная теория относительности не затрагивала проблему воздействия материи на структуру пространства-времени, а в общей теории Эйнштейн уже непосредственно обратился к органической взаимосвязи материи, движения, пространства и времени.

Эйнштейн исходил из известного факта о равенстве инертной и тяжёлой масс. Он усмотрел в этом равенстве исходный пункт, на базе которого можно объяснить загадку гравитации. Проанализировав опыт Этвеша, Эйнштейн обобщил его результат в принцип эквивалентности: ” физически невозможно отличить действие однородного гравитационного поля и поля, порождённого равноускоренным движением” (В.М. Найдыш. Концепции современного естествознания. – М., 2000. С. 262.).

Принцип эквивалентности носит локальный характер и, вообще говоря, не входит в структуру общей теории относительности, но он помог сформулировать основные принципы, на которых базируется новая теория. Появились гипотезы о геометрической природе гравитации, о взаимосвязи геометрии пространства-времени и материи.

Кроме них Эйнштейн выдвинул еще ряд математических гипотез, без которых невозможно было бы вывести гравитационные уравнения: пространство четырехмерно, его структура определяется симметричным метрическим тензором, уравнения должны быть инвариантными относительно группы преобразований координат.

Главный смысл общей теории относительности, следовательно, состоит в том, что пространство и время существуют не как особые отдельные от материи сущности, а как формы существования самой материи.

Что касается Эйнштейна, то он об этом сказал так: “Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство и время” (А.Эйнштейн. Работы по теории относительности. – М., 1965. Т. 1. С. 370.).

Теория относительности предсказала и объяснила три общерелятивистских эффекта: были предсказаны и вычислены конкретные значения смещения перигелия Меркурия, было предсказано и обнаружено отклонение световых лучей звёзд при их прохождении вблизи Солнца, был предсказан и обнаружен эффект красного гравитационного смещения частоты спектральных линий.

Здесь необходимо отметить, что собственно экспериментальных подтверждений общей теории относительности, конечно, чрезвычайно мало. Это объясняется тем, что, несмотря на то, что согласие теории с опытом достаточно хорошее, однако чистота экспериментов в большинстве случаев нарушается множеством различных сложных побочных влияний.

На основе ОТО были развиты два фундаментальных направления современной физики: геометризация гравитации и релятивистская космология, так как именно с ними связано дальнейшее развитие пространственно-временных представлений современной физики.

Геометризация гравитации явилась первым шагом на пути создания единой теории поля. Первую попытку геометризации поля предпринял Г.Вейль, но она была осуществлена за рамками римановской геометрии. В силу этого обстоятельства данное направление не привело к успеху.

Были также попытки ввести пространства более высокой размерности, нежели чем четырёхмерное пространственно-временное многообразие Римана: пятимерное, шестимерное и бесконечномерное пространственно-временные многообразия. Однако таким путём решить проблему также не удавалось.

На путях пересмотра евклидовой топологии пространства-времени была предложена и еще одна современная единая теория поля – квантовая геометродинамика Дж. Уиллера. В этой теории обобщение представлений о пространстве достигает очень высокой степени и вводится понятие суперпространства, как арены действия геометродинамики. При таком подходе каждому взаимодействию соответствует своя геометрия, и единство этих теорий заключается в существовании общего принципа, по которому порождаются данные геометрии и “расслаиваются” соответствующие пространства.

Основные постулаты релятивистской космологии можно представить в сравнении с доэйнштейновскими представлениями. Доэйнштейновские представления о Вселенной охарактеризуются так: Вселенная бесконечна и однородна в пространстве и стационарна во времени. Они были заимствованы из механики Ньютона – это абсолютные пространство и время, последнее по своему характеру Евклидово. Такая модель казалась очень гармоничной и единственной. Однако первые попытки приложения к этой модели физических законов и концепций не привели к естественным выводам.

Уже классическая космология потребовала пересмотра некоторых фундаментальных положений, чтобы преодолеть имевшиеся к тому времени противоречия в теории. Таких положений в классической космологии было четыре: стационарность Вселенной, её однородность, ее изотропность и евклидность пространства. Однако в рамках классической космологии преодолеть противоречия не удавалось.

Модель Вселенной, которая следовала из общей теории относительности, связана с ревизией всех фундаментальных положений классической космологии. Общая теория относительности отождествила гравитацию с искривлением четырёхмерного пространства-времени. Чтобы построить работающую относительно несложную модель, учёные вынуждены ограничить всеобщий пересмотр фундаментальных положений классической космологоии: общая теория относительности дополняется космологическим постулатом однородности и изотропности Вселенной.

Строгое выполнение принципа изотропности Вселенной ведёт к признанию ее однородности. На основе этого постулата в релятивистскую космологию вводится понятие мирового пространства и времени. Но это не абсолютные пространство и время Ньютона, которые хотя тоже были однородными и изотропными, однако в силу евклидовости пространства имели нулевую кривизну. В применении к неевклидову пространству условия однородности и изотропности влекут постоянство кривизны, и здесь возможны три модификации такого пространства: с нулевой, отрицательной и положительной кривизной.

Возможность для пространства и времени иметь различные значения постоянной кривизны подняли в космологии вопрос, конечна Вселенная или бесконечна. В классической космологии подобного вопроса не возникало, так как евклидовость пространства и времени однозначно обуславливала ее бесконечность. Однако в релятивистской космологии возможен и вариант конечной Вселенной – это соответствует пространству положительной кривизны.

Вселенная Эйнштейна представляет собой трёхмерную сферу – замкнутое в себе неевклидово трёхмерное пространство. Оно является конечным, хотя и безграничным. Вселенная Эйнштейна конечна в пространстве, но бесконечна во времени. Однако стационарность вступала в противоречие с общей теорией относительности. Вселенная оказалась неустойчивой и стремилась либо расшириться, либо сжаться. Чтобы устранить это противоречие Эйнштейн ввёл в уравнения теории новую математическую величину, с помощью которой во Вселенной фиксировались новые силы, пропорциональные расстоянию, и их можно было представить как силы притяжения и отталкивания.

Дальнейшее развитие космологии оказалось связанным не со статической моделью Вселенной. Впервые нестационарная модель была развита А.А. Фридманом. Метрические свойства пространства оказались изменяющимися во времени. Выяснилось, что Вселенная расширяется. Подтверждение этого было обнаружено в 1929 году Э. Хабблом, который наблюдал красное смещение спектра. Оказалось, что скорость разбегания галактик возрастает, причем, этот процесс продолжается и в настоящее время.

В связи с этим перед наукой встают две важные проблемы: проблема расширения пространства и проблема существования начала времени. Сформировалась гипотеза, согласно которой так называние “разбегание галактик” есть определенное обозначение именно нестационарности пространственной метрики. Таким образом, не галактики разлетаются в неизменном пространстве, а расширяется само пространство.

Вторая из обозначенных здесь проблем связана с представлением о начале времени. Истоки истории Вселенной относятся к моменту времени (t = 0), когда произошёл так называемый “Большой взрыв”. Согласно этой точке зрения, Вселенная в прошлом находилась в особом состоянии, которое отвечает началу времени, понятие времени до этого начала лишено физического, да и любого другого смысла.

В релятивистской космологии была показана относительность конечности и бесконечности времени в различных системах отсчёта. Это положение особо чётко отразилось в представлениях о “чёрных дырах”. Речь идет об одном из наиболее проблемных явлений современной космологии – так называемом гравитационном коллапсе.

Как “начало” Вселенной, так и процессы в “чёрных дырах” связаны со сверхплотным состоянием материи. Таким свойством обладают космические тела после пересечения сферы Шварцшильда (условная сфера с радиусом r = 2GM/c, где G – гравитационная постоянная, М – масса). Независимо от того, в каком состоянии тело находится, далее оно стремительно переходит в сверхплотное состояние в процессе указанного гравитационного коллапса. После этого, например, от звезды невозможно получить никакой информации, так как ничто не может вырваться из этой сферы в окружающее пространство – время: звезда “потухает” для удалённого наблюдателя, и в пространстве образуется “чёрная дыра”.

Между коллапсирующей звездой и наблюдателем в обычном мире пролегает бесконечность, так как такая звезда находится за бесконечностью во времени. Таким образом, оказалось, что пространство-время в общей теории относительности содержит сингулярности, наличие которых заставляет пересмотреть концепцию пространственно – временного континуума как некоего дифференцируемого “гладкого” многообразия.

Возникает проблема, связанная с представлением о конечной стадии гравитационного коллапса, когда вся масса звезды спрессовывается в точку (r→0), когда бесконечна плотность материи, бесконечна кривизна пространства и т.д.

Но именно эти обстоятельства не могут не вызывать обоснованных сомнений. Так, Дж. Уиллер считает, что в заключительной стадии гравитационного коллапса вообще не существует пространства – времени. А С. Хокинг полагает, что сингулярность есть такое место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства – времени (С. Хокинг. От большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени. – М., 1990. С. 79.). Именно таких представлений и придерживается в настоящее время большинство современных космологов.

Заключение

Итак, исходя из вышесказанного, во времена Ньютона считалось, что свойства пространства и времени абсолютны, т.е. не зависят от наличия материальных тел, протекающих процессов и наблюдателей. Современная физика показала ограниченность таких представлений: геометрические свойства пространства и времени тесно связаны с наличием и расположением массивных тел, зависят от характера протекающих процессов и даже от состояния наблюдателя. В связи с этим сейчас принято говорить, что свойства пространства и времени относительны.

Связанные с этим проблемы разрабатываются многими естествоиспытателями. Уже получены перспективные научные результаты и ведутся дальнейшие плодотворные поиски. Еще не раз нам придется ломать свои устоявшиеся представления о пространстве и времени, но одно всегда останется неизменным: пространство и время объективны, они представляют собой всеобщие формы существования материи и так же, как материя, качественно бесконечны.

Литература:

I. Основная

1. ** Аскин Я.Ф. Проблема времени: Её физическое истолкование. М., 1986.

2. ** Ахундов М.Д. Пространство и время в физическом познании. М., 1982.

3. ** Потемкин В.К., Симанов А.Л. Пространство в структуре мира. Новосибирск, 1990.

4. ** Хокинг С. От большого взрыва до чёрных дыр: Краткая история времени. М., 1990.

5. * Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том I. Работы по теории относительности 1905-1920, М., 1965.

Дополнительная

1. * Концепции современного естествознания / Под ред. С.И. Самыгина. Ростов н/Д, 2001.

2. ** Лучшие рефераты. Концепции современного естествознания. Ростов н/Д, 2002.

3. * Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 2002.

4. ** Скопин А.Ю. Концепции современного естествознания. М., 2003.

* Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. М., 2002.

Реферат: Структурные уровни организации материи концепции микро- макро- и мегамиров –

Пространство и время в микро-, макро- и мегамире — киберпедия

Реферат: фундаментальные законы материи и концепция относительности пространства и времени