Geum.ru

Концепции Современного Естествознания

Вид материалаДокументы

Содержание


Фридман Александр Александрович
Хокинг Стивен
Циолковский Константин Эдуардович
Чижевский Александр Леонидович
Шредингер Эрвин
Подобный материал:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   21

Фотосинтез – процесс превращения и накопления энергии и вещества в растительных клетках под действием солнечного света. Механизм реакции фотосинтеза обусловлен улавливанием лучистой энергии Солнца или другого источника света молекулами хлорофилла, выполняющими роль высокоэффективных ловушек света, энергия которого инициирует процесс синтеза органических соединений – углеводов (глюкозы) С6Н12О6 из неорганических веществ – воды Н2О и углекислого газа СО2. Обобщенное уравнение фотосинтетической реакции с участием молекул хлорофилла можно представить в виде:


6СО2+12Н2О+лучистая энергия = С6Н12О6+6Н2О+6О2.


Механизм передачи энергии светом хлорофиллу носит типично квантовый характер. Квант электромагнитного поля – фотон передает свою энергию одному их электронов атома, входящего в состав молекулы хлорофилла, в результате чего этот электрон переходит из основного энергетического состояния в возбужденное, которое является неустойчивым и быстро «распадается». Возбужденный электрон возвращается на низший энергетический уровень, но этот процесс может происходить постепенно, через промежуточные энергетические состояния, в результате чего электрон излучает начальную энергию возбуждения меньшими порциями в виде тепла и длинноволновой световой компоненты. Эта энергия передается другим соединениям, находящимся в клетке, по цепочке, осуществляемой молекулами специальных веществ-переносчиков, и способствует протеканию различных химических реакций, приводящих к синтезу углеводов и прочих необходимых клетке веществ.

Выделение в результате каждой реакции фотосинтеза шести молекул кислорода можно рассматривать как побочный результат деятельности растительной клетки, однако этот процесс приобрел принципиальное значение для биосферы в целом, поскольку весь кислород земной атмосферы имеет «растительное» происхождение.


Фридман Александр Александрович (1888 – 1925) – выдающийся русский физик, геофизик, математик и метеоролог. Родился в Петербурге, в 1910 году блестяще окончил Петербургский университет и был оставлен при нём для подготовки к званию профессора. С 1920 года и до смерти был профессором Петроградского университета и (с 1924 года) директором Главной геофизической обсерватории.

Основные научные работы Фридмана посвящены гидромеханике, геофизике, метеорологии, теории гравитации. Фридман одним из первых отечественных физиков начал изучать общую теорию относительности (см.) и познакомил с ней российскую научную общественность. Общая теория относительности, являясь по существу геометрической моделью гравитации, находилась в оппозиции ньютоновской концепции не только в том, что ставила под сомнение реальность силы тяготения, сводя её проявления к искривлению пространства, но и отрицала представления Ньютона (см.) о пространственной бесконечности Вселенной (см.) при помощи чего ему удавалось избавиться от т.н. гравитационного парадокса. Последний заключается в том, что в результате действия силы всемирного тяготения взаимное притяжение объектов Вселенной должно было бы со временем собрать их в один огромный агрегат, чего однако не происходит. Этот парадокс снимается, если предположить, что пространство Вселенной бесконечно, и в нем содержится бесконечное число взаимно уравновешивающих друг друга масс, что и делает Вселенную стационарной. Однако при таком допущении возникал т.н. оптический парадокс или парадокс Ольберса, который отрицал бесконечность пространства, поскольку согласно строгим оптическим рассуждениям Ольберса, в наблюдаемом космосе находится не бесконечное, а ограниченное число звезд и прочего светящегося вещества.

Развивая в рамках теории относительности представления о конечном и бесконечном, сам Эйнштейн (см.) пришел к выводу, что наиболее убедительным вариантом из двух, логически возможных, является представление о конечно-пространственном мире. Исходя из статического характера пространственной структуры Вселенной, он сделал вывод о том, что Вселенная конечна, но по пространственному протяжению не ограничена, не имеет ни центра, ни периферии и геометрически представляет собой трехмерную гиперсферу в римановом пространстве. Для непосредственного наглядного восприятия оно недоступно, - так, например, в сферическом римановом пространстве, в отличие от евклидового, площадь поверхности шара S всегда меньше, чем 4R2, причем с возрастанием R она сначала стремится к максимуму, который определяется т.н. радиусом мира R*, а затем уменьшается до нуля, - тем не менее, такой геометрический образ мира вытекает из ОТО как следствие.

Фридман, анализируя гравитационные уравнения общей теории относительности, для которых Эйнштейн получил стационарное решение, нашел ещё два типа решений, но уже нестационарных, соответствующих расширению или сжатию пространства Вселенной. Результаты своих исследований он изложил в работах «О кривизне пространства» и «О возможности мира с постоянной отрицательной кривизной пространства» (1922-1923 гг.), которые попали к Эйнштейну и стали поводом для довольно длительной дискуссии между ними, в результате которой Эйнштейн в конце концов подтвердил выводы Фридмана. «Расширение Вселенной могло быть предсказано на основании ньютоновской теории тяготения в 19-м, 18-м и даже в конце 17-го века, - пишет выдающийся английский космолог Стивен Хокинг (см.). Однако вера в статическую Вселенную была столь велика, что жила в умах ещё в начале 20-го века. Даже Эйнштейн, разрабатывая в 1915 году общую теорию относительности, был уверен в статичности Вселенной». Таким образом, из ОТО в трактовке А.А. Фридмана следовали три возможных сценария развития Вселенной – расширение, сжатие и асимптотическое расширение, причем все они требовали существования некоторого начального состояния материи, которое породило эффекты, приводящие к нестационарности.

Оставалось узнать, какой сценарий эволюции «выбрала» природа, поскольку решение задачи ОТО однозначного ответа на этот вопрос не давало, - все три решения были корректными и удовлетворяли исходным уравнениям Эйнштейна. Только астрономические открытия Э. Хаббла (1927-1929 гг.) подтвердили, что пространство Вселенной в настоящее время расширяется со скоростью, пропорциональной расстоянию от точки наблюдения до наблюдателя, а величина постоянной Хаббла, найденная экспериментально, позволяет оценить средний «возраст Вселенной». Стивен Хокинг, отмечая блестящий результат, полученный Фридманом, пишет: «Фридман сделал два очень простых исходных предположения: во-первых, Вселенная выглядит одинаково, в каком бы направлении мы её ни наблюдали, и во-вторых, это утверждение должно оставаться справедливым и в том случае, если бы мы производили наблюдения из какого-нибудь другого места. Не прибегая ни к каким другим предположениям, Фридман показал, что Вселенная не должна быть статической. В 1922 году, за несколько лет до открытия Хаббла, Фридман в точности предсказал его результат!». (См. также: Большой взрыв).


Хокинг Стивен (р. 8 января 1942) – выдающийся английский физик и космолог, один из создателей квантовой теории черных дыр и новых космогонических и космологических представлений на основе объединения квантовой теории и общей теории относительности. Родился в Оксфорде, начальное и среднее образование получил в школе небольшого городка Сент-Олбанса (недалеко от Лондона), куда в 1950 году перебралась семья Хокингов. В 1959 году Стивен поступил в университет Оксфорда, после успешного окончания которого попал в Кембридж, желая работать над диссертацией по космологии у выдающегося астрофизика Фреда Хойла (см. Альтернативные космологические теории). В 1965 году Стивен Хокинг получает место научного сотрудника кембриджского Гонвилл-энд-Кейс-колледжа и начинает активно работать (совместно с известным физиком Роджером Пенроузом) над некоторыми нерешенными проблемами модели Большого взрыва, в частности, над проблемой сингулярности, вытекающей из ОТО.

В связи с этим Хокинг, используя методы квантовой механики, исследует закономерности поведения таких загадочных и во многом парадоксальных объектов, как черные дыры, которые представляют собой состояние материи, возникающее после того, как массивные звезды израсходуют своё ядерное топливо и под действием собственной гравитации сожмутся практически до сингулярности. В 1974 году Стивен Хокинг, последовательно применяя к черным дырам аппарат квантовой механики, учитывая принцип неопределенности и обусловленный им туннельный эффект, сделал важное теоретическое открытие, которое состояло в том, что черные дыры вовсе не так черны, как следует из традиционных представлений. «Если принять в расчет мелкомасштабное поведение материи, - пишет Хокинг, - то частицы и излучение могут просочиться из черной дыры: она испускает излучение, словно горячее тело». Это излучение, которое является следствием проявления квантовомеханических эффектов в макромире, названо излучением Хокинга. Испуская такое излучение, черные дыры постепенно теряют массу и в конечном счете испаряются, однако скорость протекания такого процесса достаточно велика (т.е. такова, что данный эффект можно зарегистрировать) только для самых малых черных дыр, среднее время жизни крупных объектов такого типа оценивается в сотни миллиардов лет. Один из методов косвенного обнаружения черных дыр состоит в регистрации этого характерного для них гамма-излучения.

Особый интерес вызвала работа, в которой, рассматривая ранние стадии развития Вселенной и сопутствующие этому моменту сингулярности, появляющиеся согласно ОТО, Стивен Хокинг в целях устранения расходимостей, приводящих к появлению бесконечностей и лишающих теорию физического смысла на этой стадии, применил подход, связанный с квантовой теорией гравитации, и использовал методы расчетов, основанные на т.н. диаграммах Фейнмана, блестяще зарекомендовавших себя в квантовой электродинамике. Хокинг исходил из положения о том, что в отличие от общей теории относительности (а тем более, от классической механики) «в квантовой теории обычные законы науки могут выполняться везде, в том числе и в начале отсчета времени», т.е. даже в самой точке сингулярности (где ОТО теряет модельную силу), а поэтому нет необходимости постулировать какие-то новые законы специально для сингулярностей, - «в квантовой теории не должно быть никаких сингулярностей».

Чтобы обойти трудности, возникающие при фейнмановском суммировании всех возможных волн, обусловливающих результирующую траекторию частиц, Стивен Хокинг придумал математический прием, который состоит в том, что «складываются волны, образующие те истории (траектории) частиц, которые происходят не в ощущаемом нами реальном (действительном) времени, а в так называемом мнимом времени. Мнимое время, пишет он, - звучит, возможно, научно-фантастически, но на самом деле это строго определенное научное понятие». Хокинг указывает на то, что данный термин не имеет никаких вненаучных коннотаций, а основан только на понятии мнимых чисел, операции с которыми давно стали предметом соответствующего раздела алгебры. Таким образом, Хокинг показал, что перейдя к мнимым единицам времени, можно во-первых, корректно выполнить фейнмановское суммирование по траекториям, а во-вторых обнаружить в пространстве-времени совершенно новые и необычные для стандартной теории происхождения Вселенной изменения понятий, – в таком мире «совершенно исчезает различие между пространством и временем», - констатирует он.

При таком описании мира пространство-время не имеет границы, и поэтому нет необходимости определять поведение Вселенной на этих границах. «Тогда, - пишет Хокинг, - нет и сингулярностей, в которых нарушались бы законы науки, а пространство и время не имеет края, на котором пришлось бы прибегать к помощи Бога или какого-нибудь нового закона, чтобы наложить на пространство-время граничные условия. Можно было бы сказать, что граничное условие для Вселенной – это отсутствие границ. Тогда Вселенная была бы совершенно самостоятельна и никак не зависела бы от того, что происходит снаружи. Она не была бы сотворена, её нельзя было бы уничтожить. Она просто существовала бы». Таким образом, посредством перехода к мнимому времени Стивен Хокинг создает другую языковую систему, в которой парадоксы, связанные с наличием сингулярностей, отсутствуют по причине отсутствия самих сингулярностей. Принятие такой интерпретации полностью меняет ход дискуссий вокруг проблемы происхождения Вселенной, поскольку исчезает сам предмет дискуссии, - Вселенная это то, что просто есть, и к ней логически неприменимы трактовки, связанные с такими категориями, как происхождение, начало, макроэволюция, завершение и т.д. В темпоральном мире, описываемом мнимыми величинами, по-видимому, не предусмотрена та стадия «сотворения мира», которую в нашей реальности моделирует Большой взрыв, и для дальнейшего развития своей теории Хокингу может быть придется искать новые способы объяснения таких явлений, как разбегание галактик и реликтовое излучение в мире мнимого времени.

Предвидя возможное сопротивление научного сообщества принятию таких существенных изменений в понятии времени, Стивен Хокинг обращает внимание на то, что представления о мнимом времени и, соответственно, о том, что время и пространство должны быть конечны и без границ, есть всего лишь теоретический постулат, который не выводится из какого-либо другого более общего принципа. «Как и всякое теоретическое положение, - пишет он, - оно может быть первоначально выдвинуто из эстетических или метафизических соображений, но затем должно пройти реальную проверку – позволяет ли оно делать предсказания, согласующиеся с наблюдениями». Но поскольку наши наблюдения происходят в действительном времени, то историю саморазвития Вселенной пока что следует интерпретировать в рамках модели Большого взрыва, где однако сингулярности неустранимо присутствуют. Впрочем, такая двойственная (и в чём-то взаимоисключающая) картина мира в постнеклассической науке слишком сильного удивления вызвать не может, - эта ситуация напоминает историю с неудачными попытками трактовать неоднозначность поведения объектов микромира в терминах классической ньютоновской парадигмы и успешное преодоление этих трудностей на основе неклассической парадигмы – с помощью принципа дополнительности и категории корпускулярно-волнового дуализма.

«Может быть следовало бы заключить, - рассуждает в этой связи Хокинг, - что т.н. мнимое время – это на самом деле время реальное, а то, что мы называем реальным временем, - просто плод нашего воображения. В действительном времени у Вселенной есть начало и конец, отвечающие сингулярностям, которые образуют границу пространства-времени и в которых нарушаются законы науки. В мнимом же времени нет ни сингулярностей, ни границ. Так что, может быть именно то, что мы называем мнимым временем, на самом деле, более фундаментально, а то, что мы называем временем реальным – это некое субъективное представление, возникшее у нас при попытках описать, какой мы видим Вселенную».

Несмотря на невозможность создания каких бы то ни было более или менее рациональных (в обыденном смысле) представлений о мнимом времени (как впрочем, и о квантовых скачках, спине частиц, волнах вероятности, неодновременности событий, о квантовом вакууме и прочих фундаментальных понятиях новой физики), современные критерии научной рациональности позволяют (во всяком случае, чисто формально) ввести такие противоречивые, но чрезвычайно продуктивные для теории понятия в научный контекст на основе принципа эпистемологической дополнительности (который в постнеклассической науке и философии стал универсальным методологическим приемом, позволяющим снимать несводимые бинарные оппозиции), и использовать их для теоретических построений. Таким образом, переход к представлению времени в мнимых единицах измерения позволил Хокингу ликвидировать неустранимые в стандартной теории Большого взрыва бесконечные расходимости, появляющиеся в точке сингулярности, и выстроить совершенно новую концепцию времени и модель «происхождения» Вселенной.

Стивен Хокинг известен и как блестящий популяризатор современной квантовой физики и космологии, а также как пропагандист новых принципов научной рациональности, ломающих основы классических установок и отрицающих классические представления о т.н. объективной реальности и всё ещё имеющие место в науке и философии апелляции к здравому смыслу. В этом смысле Хокинга можно считать приверженцем методологии познания, которая в целом свойственна Копенгагенской школе, согласно которой невозможно (да и непродуктивно в научном смысле) отделять наблюдателя и его теорию от изучаемого объекта. Эти три компонента представляют собой цельную неразрывную систему, в процессе деятельности которой создается то, что может претендовать на статус реальности. Имея в виду большое количество философских спекуляций по этому поводу (особенно тех, которые ведутся в классическом дискурсе и идентифицируют такую позицию как субъективизм и даже солипсизм), Хокинг старается разъяснить сущность новых принципов научной рациональности, основанных на познавательных возможностях современной фундаментальной физики.

«Я называю себя реалистом, - пишет он, - в том смысле, что признаю существование вне нас Вселенной, ожидающей, когда её исследуют и поймут. Я считаю, что позиция солипсиста – якобы всё сущее есть наше воображение – это пустая трата времени. Никто не действует, опираясь на такую точку зрения. Но без какой-либо теории мы не можем выделить, что же во Вселенной реально. Поэтому я принимаю точку зрения, названную простодушной и наивной, что физическая теория – это математическая модель, используемая нами для описания результатов наблюдений. Теория является хорошей, если модель изящна, если она описывает большой класс наблюдений и предсказывает результаты новых наблюдений. В противном случае не имеет смысла спрашивать, соответствует ли теория реальности, так как мы знаем, что реальность зависит от теории. … Нехорошо апеллировать к реальности, когда у нас нет независимой от модели концепции этой реальности». Этот подход, основанный на принципе наблюдаемости, Стивен Хокинг считает наиболее оптимальным для плодотворного познания того уровня реальности, который недоступен прямому восприятию и наблюдению и феномены которого невозможно представить в образах и осмыслить в понятиях, доступных человеческому сознанию.

Так же, как и выдающиеся физики Э. Ферми и Р. Фейнман, Стивен Хокинг считает себя в науке прагматиком, не склонным искать в теории какой-то смысл, выходящий за рамки собственно естествознания, и зависеть от той или иной философской системы. Он убежден, что каждая теория научно состоятельна только по отношению к более или менее ограниченной области мира, причем эта состоятельность зафиксирована как математической строгостью и непротиворечивостью доказательства, так и достоверной эмпирической проверкой и относительной простотой. Например, теория Ньютона хорошо описывает область макромира, кроме того её преимущество состоит также и в том, что она достаточно проста и понятна всем. Но таких простых, понятных и не противоречащих здравому смыслу теорий в физике элементарных частиц, атомного ядра и т.д., а также в астрофизике и космологии нет и не может быть, поэтому формальная математическая модель, адекватно описывающая процессы в микромире или мегамире, должна быть признана научной, независимо от того, насколько она согласуется с привычным взглядом на мир или с традиционными философскими представлениями о пространстве, времени или о соотношении причин и следствий. Однако именно такой подход, связанный с разработкой математических моделей, не обремененных какими-либо философскими предпочтениями и парадигмальными ограничениями, может, по мнению Хокинга, стать основой для поисков путей к построению универсальной теории Вселенной.

Отмечая крупные успехи современной физики, Хокинг не скрывает, что построение общей теории, которая могла бы непротиворечиво описать эволюцию Вселенной как в целом, так и в отдельных частях, чрезвычайно трудная задача («Идея о том, что возможна некая великая единая теория, определяющая всё во Вселенной, вызывает много трудностей»), но тем не менее, последние теоретические открытия в области космологии позволяют на это надеяться, поскольку, соединив квантовую теорию и ОТО, Стивену Хокингу с коллегами удалось устранить ряд очень важных противоречий, сильно тормозивших развитие общей теории Вселенной. «Важно то, - делает он вывод из этих работ, - что должен существовать набор законов, который полностью определяет эволюцию Вселенной по её начальному состоянию. … Начальная конфигурация Вселенной могла быть выбрана Богом или могла определиться сама по научным законам. В любом случае похоже, что всё во Вселенной предопределено эволюцией, согласно научным законам».

Особые надежды на построение единой теории Вселенной Хокинг связывает с выдвинутой им новой концепцией мнимого времени и использованием разработанного Р. Фейнманом метода суммирования т.н. историй Вселенной, но не в реальном времени, а в мнимом, причем даже рассчитывает на то, что, несмотря на явное несоответствие этого понятия здравому смыслу «новое поколение воспримет эту идею так же естественно, как идею о круглой Земле». Ожидаемый прорыв в космологии обусловлен, с его точки зрения, тем, что в этом «мнимом» мире все истории (т.е. все возможные траектории развития Вселенной в обобщенном фазовом пространстве) «замыкаются наподобие земной поверхности». В пространстве с такой геометрией не возникает сингулярностей, и следовательно законы физики нигде не нарушаются, что позволяет на основе этих законов рассчитывать ход траекторий и предсказывать поведение систем в мнимом времени. «А если вы знаете историю Вселенной в мнимом времени, - пишет Хокинг, - то можете рассчитать её поведение и в реальном времени. Таким образом, есть надежда достичь завершенной полной теории, предсказывающей всё во Вселенной. … В научной фантастике мнимое время стало уже общим местом. Но это не просто научная фантастика или математический трюк. Это – нечто формирующее Вселенную, в которой мы живем».

Таким образом, Стивен Хокинг, отрицая примитивный механистический детерминизм Ньютона и Лапласа, выдвигает весьма рафинированную идею, утверждающую постнеклассический вариант детерминизма совершенно нового типа, но цель которого всё та же – дать научно обоснованное предсказание пути развития Вселенной. В этом отношении позиция одного из создателей синергетики Ильи Пригожина, который, исходя из подхода, основанного на теории самоорганизации и принципе спонтанности, полностью отрицает возможность к возврату любого типа детерминизма в описании природы (а значит отрицает и возможность построения одной универсальной теории) принципиально расходится с выводами Стивена Хокинга, который, отвергая букву механистической науки классического периода (Галилея, Ньютона, Лапласа), сохраняет её высокий рационалистический дух и стремление к полному познанию мира и выражает надежду на возможность построения некоторой окончательной теории. «Я полон надежд, - пишет он, - что мы найдем стройную и непротиворечивую модель, описывающую всё во Вселенной, и тогда это будет истинным триумфом человечества».


Циолковский Константин Эдуардович (1857 – 1935) – выдающийся русский ученый, мыслитель, яркий представитель философии русского космизма, изобретатель. Родился 17 сентября 1857 года в селе Ижевском Спасского уезда Рязанской губернии. Учился в Вятской гимназии, затем с 1873 года продолжил учебу в Москве, где в 1879 году он завершил свое (в целом не слишком глубокое и широкое) образование, сдав экстерном экзамен на звание учителя арифметики и геометрии с правом преподавания в училищах уездного уровня. Гораздо более важным оказалось то, что за годы своего пребывания в Москве Константин Циолковский познакомился с выдающимся русским мыслителем-космистом Николаем Федоровым (1829-1903), идеи которого о «регуляции природы» разумом человека, о «метаморфозах вещества», «имманентном воскрешении» силой коллективной воли людей и т.п. идеи, разрабатываемые в его «Философии общего дела», произвели на молодого человека неизгладимое впечатление, определив на всю жизнь направление его собственных исканий.

С 1880 года по 1892-й К.Э. Циолковский преподавал в училище города Боровска, где за 13 лет до него работал его наставник Н.Ф. Федоров (а если учесть, что первый русский космист, будучи незаконным сыном князя П.И. Гагарина, был фактически однофамильцем первого космонавта Ю.А. Гагарина, то всё это вполне могло бы стать предметом рассуждений К.Г. Юнга о непричинных совпадениях). С 1892 года и до самой смерти К.Э. Циолковский жил и работал в Калуге, куда его перевели по службе. Здесь в 1903 году Циолковский написал основополагающую для космонавтики работу «Исследования мировых пространств космическими приборами». В ней он привел вывод, ставшей впоследствии классической, формулы трехступенчатой ракеты, способной преодолеть силу тяготения Земли. Эта статья принесла ему впоследствии славу «отца космонавтики». Здесь «калужский мечтатель» написал все свои научно-фантастические повести и философские труды, в которых он развивает идеи панпсихизма и монизма Вселенной и обосновывает представления о множественности разумных миров и здесь же, в Калуге, с ним познакомился и остался близким другом на всю жизнь будущий выдающийся ученый А.Л. Чижевский.

Философские труды Циолковского представляют собой образцы междисциплинарного интегративного мышления в самом широком смысле, не всегда строго и последовательно научные (в ньютоновском и кантовском понимании принципов научной рациональности), но в значительной степени предвосхищающие современные попытки постнеклассического философского и естественнонаучного синтеза, когда нарративный элемент (особенно, в учении такого масштаба), по словам Ильи Пригожина, в большей степени соответствует объяснительной цели, чем строгая, но сухая рационально-математическая схема.

Тем не менее, несмотря на самый широкий синтез, доходящий подчас до полной метафизики, Циолковский в своих построениях всегда старался (по крайней мере, он так считал) придерживаться методологии материализма и естественнонаучного эволюционизма. «Я не только материалист, - писал о себе Циолковский, - но и панпсихист, признающий чувствительность всей Вселенной. Это свойство я считаю неотделимым от материи, Всё живо, но условно мы считаем живым только то, что достаточно сильно чувствует. Так как вся материя всегда при благоприятных условиях может перейти в органическое состояние, то мы можем условно сказать, что неорганическая материя в зачатке (потенциально) жива».

Возникновение в космосе подходящих условий для появления живого вещества и далее в процессе биологической эволюции – появление высших разумных форм жизни Циолковский считал естественным процессом, обусловленным фундаментальными законами развития материи. «Невозможно отрицать своевременное появление органической жизни на таких крупных планетах, как Земля», - писал ученый, причем рассматривая эволюцию жизни в «общевселенской» перспективе, он пришел к заключению, что человечество Земли – это ещё отнюдь не вершина, которую может достичь жизнь во Вселенной, а весьма ранняя стадия развития Космического Разума, - во Вселенной существует множество неизмеримо более высоких и совершенных цивилизаций. «Такие очаги жизни, как Земля, составляют чрезвычайно редкое исключение, как младенец, имеющий одну терцию возраста. Потому мучительная жизнь на Земле редкость, что она получилась самозарождением, а не заселением. В космосе господствует заселение, как процесс более выгодный». Космическая материя, по мысли Циолковского, находится в состоянии вечного саморазвития, а видимая нами часть Вселенной – это только небольшой «эфирный остров», тогда как весь Космос бесконечен, многообразен и пронизан разумным началом. В своем космологическом учении К.Э. Циолковский на много лет опередил появление в западной науке антропного принципа.


Черные дыры – гипотетические области сверхсильных гравитационных полей в космическом пространстве, образующихся при коллапсе вещества, например, при катастрофически быстром сжатии массивных звезд в конце их существования. Сила тяготения (или по общей теории относительности – искривление пространства) вблизи этих объектов не позволяет никакому излучению, в том числе и свету, выйти за пределы этой области, а всё вещество, оказавшееся в зоне действия черной дыры, втягивается в неё. Современная теория гравитации не противоречит возможности существования таких объектов, хотя подтвердить их наличие непосредственными астрофизическими методами очень сложно, поскольку сама черная дыра по определению не может быть источником какой-либо информации. Возможны косвенные доказательства наличия таких объектов в какой-либо области Вселенной, по регистрации тормозного рентгеновского излучения потоков заряженных частиц, устремившихся к черной дыре, или по характерному вращению вокруг неё огромных масс вещества.

Название «черная дыра» для таких объектов предложил в 1968 году известный американский физик Джон Уилер, однако еще Лаплас в 1796 году на основании законов Ньютона рассчитал величину скорости убегания (вторую космическую скорость) для любого сферического тела с учетом его массы и радиуса и сделал вывод, что если свет - это поток частиц, летящих со скоростью 300000 км/сек, то для того, чтобы скорость убегания была больше этой величины и свет не смог бы покинуть космическое тело с плотностью, равной плотности Земли (примерно 5,5 г/см3), оно должно иметь радиус в 250 раз больше, чем у Солнца. Очевидно, что такое тело, даже самосветящееся, будет невидимым, поскольку испускаемые им световые лучи, вернутся обратно. В 1916 году немецкий физик Карл Шварцшильд, используя математический аппарат общей теории относительности, показал, что если тело, имеющее массу М, сжато в сферу, радиусом R* , (радиус Шварцшильда), то пространство-время вблизи него искривляется так, что свет, а также любой другой сигнал, не может выйти за его пределы, - это и есть теоретическое обоснование возможности существования таких объектов.

Уравнение черной дыры, полученное Шварцшильдом, совпадает с полученным Лапласом R*=2GM/c2, где G=6,7*10-8 см3 г–1 сек–2 – гравитационная постоянная, c – скорость света, что свидетельствует о непротиворечивости и сводимости друг к другу теорий Ньютона и Эйнштейна в ряде случаев, где не требуется учитывать релятивистские эффекты. Таким образом, получается, что любое тело, сжатое до размеров сферы Шварцшильда, становится черной дырой. Например, Земной шар, сжатый до шарика, радиусом 1 см, или Солнце, сжатое до сферы, радиусом около 3 км, и наша Галактика, имей она размеры примерно 0,03 светового года, превратились бы в объекты, типа черной дыры. При этом, как следует из формулы Шварцшильда, совсем не обязательно, чтобы плотность вещества в черной дыре была очень большой.

Надо заметить, что, несмотря на совпадение результатов расчетов параметров черной дыры, принципиальная разница классического и неклассического подходов к этой проблеме состоит в том, что в теории Ньютона тело, имеющее скорость, превышающую скорость убегания, всегда выйдет за пределы действия сил тяготения черной дыры, тогда как, согласно теории относительности, никакой материальный объект не может иметь скорость, превышающую скорость света, а значит зона Шварцшильда в эйнштейновской трактовке гравитации сама по себе принципиально невидима. Свет, испускаемый ею, находясь в этом замкнутом пространственно-временном континууме, или «упадет» обратно на черную дыру, или будет вращаться по круговой орбите, - так что условный наблюдатель, движущийся по этой траектории, будет думать, что в своей системе отсчета он движется по прямой линии. Таким образом, здесь имеет место совпадение конечных результатов, вытекающих из совершенно различных научных парадигм.

В рамках современной теории гравитации построено несколько моделей черных дыр, главным спорным моментом которых является наличие т.н. сингулярности – особого состояния вещества и поля (специфической точки в центре черной дыры) со значениями ряда основных параметров (плотности, гравитационных сил, кривизны пространства-времени) равными бесконечности, чему трудно придать физическое толкование. Сингулярность представляет такую область пространства, в которой известные законы природы не выполняются, поэтому невозможно предсказать как там развиваются события и каковы их результаты, - эта область пространства для стороннего наблюдателя принципиально скрыта за горизонтом событий. Тем не менее, это не является причиной считать черные дыры побочным продуктом теории относительности. Дело в том, что согласно некоторым независимым астрофизическим данным, во Вселенной имеется значительное количество невидимого вещества – т.н. скрытой массы, механическое влияние которой на движение галактик существует, но которая прямым наблюдениям не поддается.

Наиболее научно обоснованный способ подхода к этой проблеме состоит в допущении возможности существования во Вселенной значительного количества черных дыр разных поколений и различных масс. Несколько лет назад, в 1994 году, при помощи телескопа «Хаббл», запущенного на околоземную орбиту с целью избавиться от оптического влияния атмосферы, американские астрофизики получили фотографические данные, интерпретируемые ими как научное доказательство наличия черной дыры в галактике М-87, находящейся на расстоянии примерно 50 млн. световых лет от Земли. Эти данные представляют собой изображение огромного светящегося газового диска, скорость вращения которого оценивается величиной порядка 2 млн. км. в час, в центре которого виден небольшой светящийся кружок. Согласно современным космологическим представлениям, считается, что центром этого облака может быть только черная дыра, куда, судя по фотографии, как в воронку, с огромной скоростью увлекается вся эта газовая масса. Масса же самой предполагаемой черной дыры, по оценкам на основе анализа данной информации, составляет около 2 миллиардов солнечных масс. (См. также: Вселенная; Хокинг).


Чижевский Александр Леонидович (1897 – 1964) – выдающийся русский ученый-энциклопедист, основоположник современного космического естествознания, гелиобиологии, один из представителей философии русского космизма. Родился в посаде Цехановец Гродненской губернии (ныне территория Польши) в семье генерал-майора Л.В. Чижевского. В детстве Александр получил основательное домашнее образование, затем учился в гимназии (Варшава), и в частном реальном училище (Калуга). В 1914 году в Калуге Александр познакомился с К.Э. Циолковским, и эта встреча в значительной степени определила круг будущих интересов Чижевского в науке. Обладая выдающейся одаренностью, А.Л. Чижевский смог получить воистину универсальное высшее образование. Переехав в Москву, он в течение ряда лет учился (иногда одновременно) в нескольких институтах – в археологическом, где в 1917 году получил звание магистра, защитив диссертацию по теме «Русская поэзия 18 века», в коммерческом институте, который окончил в 1918 году, а также на физико-математическом факультете Московского университета (1915-1919 гг.).

В 1918 году Чижевский защитил диссертацию на степень доктора всеобщей истории по теме «Исследование периодичности всемирно-исторического процесса», в которой сопоставил циклический характер важнейших исторических событий и циклы солнечной активности, обнаружив статистически достоверное соответствие между ними. Пики солнечной активности в целом совпадали во времени с крупнейшими событиями человеческой истории (войны, революции, эпидемии и т.п.), которые были зафиксированы в хрониках. Результаты этих исследований вскоре стали известны в Европе и произвели научную сенсацию. В 1919 году А.Л. Чижевский продолжил своё образование, поступив на медицинский факультет Московского государственного университета, который окончил в 1922 году.

С 1917 по 1927 гг. Чижевский преподавал в Московском университете курс физических методов в археологии, одновременно с 1922 по 1924 гг. работал консультантом в Биофизическом институте, а с 1925 по 1931 годы состоял в должности старшего научного сотрудника в Лаборатории зоопсихологии Наркомпроса РСФСР. В эти годы Чижевский открыл эффект биологического действия униполярных ионов и построил прибор, генерирующий эти ионы – т.н. «Люстра Чижевского». Синхронистическая методология Чижевского, связывающая социально-политические события с влиянием космических сил, резко противоречила тому вульгарному и догматическому варианту толкований марксизма, который к тому времени утвердился в Советской России, что стало причиной преследований его за инакомыслие. Начиная примерно с 1931 года и почти до конца пятидесятых, Чижевский с некоторыми перерывами подвергался сначала травле и гонениям со стороны невежественных мракобесов сталинской закалки, что очень затрудняло его исследовательскую работу, а впоследствии и прямым репрессиям, в результате чего выдающийся ученый был надолго оторван от большой науки – в 1942 году он был арестован и только в 1958 году смог возвратиться в Москву. Здесь Чижевский возобновил свои исследования в области аэроионизации, создал лабораторию, однако здоровье великого ученого к этому времени было уже основательно подорвано, - в 1962 году он тяжело заболел и через два года умер.

Не получив при жизни должного признания на родине, Чижевский тем не менее, был хорошо известен за границей. Уже в конце 30-х годов его работы по космической и солнечной биологии и исторической гелиохронологии получили широкое международное признание – в 1939 году он был выдвинут группой известных европейских ученых в качестве одного из кандидатов на соискание Нобелевской премии, однако под давлением известных обстоятельств ему пришлось отказаться от участия в конкурсе. В эти же годы в зарубежных научных кругах Чижевский приобрел репутацию «Леонардо да Винчи ХХ века». Его основные труды, в которых излагаются результаты исследований влияния космических сил и солнечной радиации на земную биосферу и социально-исторические процессы, такие, как «Физические факторы исторического процесса», «Земля в объятиях Солнца», «Гелиотараксия», «Земное эхо солнечных бурь» и др., составили основу нового целостно-системного подхода в осмыслении связей Земли с Космосом, расширили представления о среде обитания человечества, включив в это понятие околоземное пространство, Солнечную систему и даже весь космос, посылающий на Землю потоки космических лучей, создающий электромагнитные и гравитационные поля и т.п.

«Колебания жизненных функций человека, животных и растений, - делает выводы Чижевский, - стоят в тесной связи с возмущениями во внешнем космотеллурическом пространстве, и вирулентность бактерий есть функция этих же возмущений». Огромный исторический материал, который Чижевский статистически обобщил и сопоставил с циклической активностью Солнца, позволил сделать ему ещё более радикальные выводы о зависимости индивидуального и социального поведения людей от энергетического воздействия нашего светила (1922 год). «Состояние предрасположения к поведению человеческих масс, - утверждает Чижевский, - есть функция энергетической деятельности Солнца». И далее он формулирует закон возникновения возбужденных состояний в нервной системе человека, которые могут при определенных социальных условиях приводить к резкому росту случаев экзальтированного поведения, - то что у Л.Н. Гумилева впоследствии получило название пассионарности: «Резкие подъёмы в солнцедеятельности стремятся превратить потенциальную нервную энергию (энергию нервно-психического накопления) в энергию нервно-психического разряда и движения (гиперкинез). В свете вышеизложенного, - заключает исследователь, - Солнце является космическим генератором нервно-психической энергии в её кинетической форме».

Будучи историком, Чижевский знал о трудах своих предшественников, которые на протяжении многих столетий в той или иной форме пытались связать «дела небесные и дела земные». Подчеркивая свою преемственность в изучении влияния Солнца и космоса на земные события и отмечая необходимость поставить эти исследования на научную основу, он писал: «Мысль об особом солнечном влиянии на организм принадлежит не одному мне, а сотням и тысячам тех летописцев и хроникеров, которые записывали необычайные явления на Солнце, глад, моровые поветрия и другие массовые явления на Земле. Но я облек древнюю мысль в форму чисел, таблиц и графиков и показал возможность прогнозирования».

Таким образом, в учении Чижевского развивается интегративная трансдисциплинарная методология познания мира и человека посредством синтеза многих научных дисциплин – биологии, медицины, физиологии, геофизики, астрофизики, метеорологии и др. В его учении, подтвержденном современными методами исследований, доказывается неразрывная связь и зависимость земной жизни (как биологического существования живого вещества, так и социально-исторического развития человечества) от энергетических потоков различной природы, приходящих от Солнца и из дальнего космоса. Это учение тесно соприкасается с современной антропной космологией, и в этом смысле А.Л. Чижевского можно отнести к предтечам эволюционной системно-синергетической парадигмы.


Шредингер Эрвин (1887 – 1961) – выдающийся австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики (см.). Родился в Вене, учился в Венском университете (1906-1910 гг.), после окончания которого работал профессором в различных университетах Австрии, Германии, Англии и Ирландии. В последние годы жизни (с 1957 г.) был профессором Венского университета. Широко известен работами во многих областях новой физики – статистической теории термодинамических систем, квантовой механики, теории относительности, нелинейной электродинамике. В 1925-1926 годах Шредингер, исходя из представлений Луи де Бройля об универсальности корпускулярно-волнового дуализма в микромире и применив идею гамильтониана, разработал теорию движения микрочастиц в виде т.н. волновой механики, в основе которой лежало его знаменитое уравнение Шредингера (см.) – квантовомеханический аналог уравнений динамики Ньютона, описывающих процессы макромира. В тот же период он доказал эквивалентность своей волновой механики и разработанной В. Гейзенбергом квантовой механики в матричной форме. В 1933 году Шредингеру (совместно с П. Дираком) была присуждена Нобелевская премия за создание волнового варианта квантовой механики.

Сознавая фундаментальный характер квантовомеханических закономерностей в микромире, в частности, принципиально непредсказуемый в детерминистском смысле, чисто вероятностный характер поведения микрообъектов, обоснованный принципом неопределенности, Шредингер пытался обнаружить следы этой неопределенности в феноменах макромира и таким образом установить связь между этими двумя уровнями реальности и философски обосновать неразрывность и единство всех структурных уровней организации природы. Эти размышления нашли выражение в знаменитом мысленном эксперименте, получившем название «Кошка Шредингера» (1935 год), цель которого состояла в логическом доказательстве принципиального существования таких модельных ситуаций, в которых квантовомеханическая неопределенность, внутренне присущая микромиру, транслируется на реальность макроуровня.

Большую известность получила написанная Шредингером в 1944 году книга «Что такое жизнь?», в которой с точки зрения физика рассматривались физические аспекты жизнедеятельности живой клетки и где он как теоретик постарался ответить на вопрос – «как физика и химия смогут объяснить те явления в пространстве и времени, которые происходят внутри живого организма?». Рассмотрев в этой работе возможность описания и интерпретации процессов, свойственных живым системам, с точки зрения статистической термодинамики, Шредингер наметил принципы исследования, которые впоследствии стали основой системно-синергетических методов моделирования явлений самоорганизации и саморазвития живого вещества.

На основе фундаментального понятия энтропии, он показал, что с позиции термодинамики открытых неравновесных систем жизнь можно рассматривать как антиэнтропийный процесс, в результате которого живая клетка создает локальный порядок из окружающего хаоса, используя с одной стороны частично упорядоченное вещество внешней среды, а с другой – создавая дополнительные необходимые ей структуры на основании информации, зафиксированной в виде генетического кода, заложенного в наиболее упорядоченной структуре, созданной природой – в молекуле ДНК. В процессе этой деятельности живого вещества расходуется энергия и повышается общий беспорядок (возрастает энтропия) внешней среды, вследствие чего деятельность живых организмов не нарушает второе начало термодинамики, как это предполагалось некоторыми учеными в конце 19 – начале 20 века. Таким образом, согласно Шредингеру, жизнь не нарушает законов физики, но и не сводится только к ним одним.


Эволюция (лат. развертывание) - последовательный необратимый в больших масштабах времени антиэнтропийный процесс саморазвития какой-либо сложной открытой неравновесной системы, выступающий как среднестатистический результат макроскопического характера всех тех стохастических изменений состояния элементов этой системы, которые происходят на более низком уровне её организации. Эволюция системы проявляется как некоторая цепь элементарных процессов самоорганизации подсистем и последующих бифуркационных переходов к новым состояниям типа «хаос-порядок--хаос-порядок…».

Для антиэнтропийной эволюции открытой диссипативной системы любого типа, приводящей к повышению сложности и увеличению разнообразия её упорядоченных и взаимосвязанных структур, принципиальна роль внешних энергетических и информационных источников, в результате воздействия которых складывается совокупная траектория развития этой системы (креод), тяготеющая к наиболее вероятному в данных условиях аттрактору как финальному макроскопическому паттерну и обусловливающая её структурное своеобразие. Поскольку в сложной неравновесной стохастической системе неизбежны процессы вероятностного характера, ставящие её при достижении предбифуркационного состояния как бы перед проблемой выбора, т.е. неопределенностью выхода на тот или иной аттрактор, то результирующая эволюционная траектория складывается из промежуточных состояний с нарушенной структурной, временной и информационной симметрией, и не допускает описаний детерминистического характера на языке динамических фазовых траекторий.

Такой характер эволюции, непосредственно связанный с нестабильностью и порождаемый ею, позволил И. Пригожину определить диссипативные системы как существенно «хаотические», необратимо создающие в своем саморазвитии новые структуры и организующие новые потоки информации, что и определяет направление стрелы времени от прошлого к будущему. Таким образом, в свете представлений, основанных на теории самоорганизации, категория времени получает со стороны синергетики подтверждение такого толкования, которое было выдвинуто еще в 1907 году в трактате «Творческая эволюция» выдающимся французским философом-экзистенциалистом Анри Бергсоном: «Время – это сотворение нового или вообще ничто», а сама эволюция во всех её проявлениях осознается как антиэнтропийный процесс творческой активности природы, непрерывно порождающей всё новые и новые структуры и разнообразные формы высокоупорядоченной материи.

Другой выдающийся французский мыслитель ХХ века Пьер Тейяр де Шарден, считавший принцип эволюции фундаментальным как для процесса всеобщего развития материи, так и в качестве универсальной методологической установки в познании природы и человека, в своем знаменитом трактате «Феномен человека» писал: «Что такое эволюция – теория, система, гипотеза?… Нет, нечто гораздо большее, чем всё это: она – основное условие, которому должны отныне подчиняться и удовлетворять все теории, гипотезы, системы, если они хотят быть разумными и истинными. Свет, озаряющий все факты, кривая, в которой должны сомкнуться все линии, - вот что такое эволюция. <…> Эволюция не просто включает мысль в качестве аномалии или эпифеномена, а легко отождествляется с развитием, порождающим мысль, и сводится к нему, так что движение нашей души выражает сам прогресс эволюции и служит его мерилом. Человек, по удачному выражению Джулиана Хаксли, открывает, что он сам не что иное, как эволюция, осознавшая самоё себя».