<<

стр. 2
(всего 3)

СОДЕРЖАНИЕ

>>

Понимание сложности. Неравновесное состояние систем. Возникновение сложного поведения. ( Сложное поведение и фазовое пространство. Аттрактор. Виды аттракторов. ( Специфика поведения живых и социальных систем. Приспособляемость и пластичность поведения. Эволюция и изменчивость. ( Сложность адаптивных стратегий в живом мире. Адаптация, устойчивость, стабилизирующий отбор.

С детства мы пользуемся понятием "сложность" в самых разнообразных контекстах, хотя, наверное, всегда существует инстинктивное ощущение, что сложность представляет собой нечто, относящееся к разнообразным проявлениям жизни. Таким образом, чаще всего явления типа свободного падения тела под действием силы тяжести или колебания маятника являются для большинства из нас в своей основе "простыми". А такие - как экономическая система, разговорный язык, мозг, или даже простейшая бактерия - сложными.
Но как быть в этом случае, например, с 1 см3 газа или жидкости, в котором находится невообразимое число хаотически движущихся молекул. Проста эта система или сложна? Скорее всего, мы определим её как "простую". Но поместим эту капельку воды в соответствующие условия и получим великолепную снежинку сложной дендритной формы. Как классифицировать эту систему теперь?
Отсюда следует, что, по меньшей мере, менее двусмысленно говорить о сложном поведении, чем о сложных системах. Можно надеяться, что изучение такого поведения позволит установить то общее, что имеется между различными классами систем и даст нам лучшее понимание сложного.
5.4.1. Понимание сложности. Неравновесное
состояние систем
С 60-х годов мы были свидетелями революционных достижений, как в математике, так и в физике, что ставит в особое положение работу связанную с описанием природы. Бывшие в течение многих лет параллельными пути развития термодинамической теории необратимых явлений, теории динамических систем и классической механики, в конце концов, сошлись. Это доказывает, что брешь между "простым" и "сложным", между "упорядоченностью" и "разупорядоченностью" гораздо уже, чем думалось раньше.
Маятник, к которому приложена периодическая возмущающая сила, на границе между вибрацией и вращением приводит к богатому разнообразию типов движения. В таких обычных системах, как слой жидкости или смесь химических продуктов, при определенных условиях могут возникать макроскопические явления самоорганизации в виде ритмически изменяющихся во времени пространственных картин. Короче, ясно, что сложность присуща не только биологии. Она вторгается в физические науки, и, похоже, что ее корни уходят глубоко в законы природы.
Важнейшие атрибуты Вселенной: сложность, устойчивость, целенаправленность есть следствие очень простых явлений, управляемых набором не очень жёстких правил. Естественнее говорить о сложном поведении, чем о сложных системах, так как не существует абсолютного критерия сложности. Сложность присуща всем явлениям самоорганизации. Способность к возникновению сложного поведения реализуется, когда огромное количество объектов демонстрирует когерентное поведение, несмотря на случайное тепловое движение каждой из них.
Например, тепловую конвекцию можно рассматривать как прототип явлений физической самоорганизации. В принципе такие масштабные явления как, например, циркуляция атмосферы и океанов, дрейф континентов и т. д. подчиняются тем же правилам, что и поведение жидкости в эксперименте Бенара: нагрев нижней пластины при достижении критической точки приводит к сложному поведению.
Одно из существенных свойств сложного поведения - это способность осуществлять переходы между различными режимами, или сложные это те системы, в которых наблюдаемое поведение связано с их эволюцией.
Вдали от равновесия система приспосабливается к окружающему несколькими способами. Связанная с разупорядоченностью неустойчивость движения позволяет системе непрерывно прощупывать собственное пространство состояний, создавая тем самым информацию и сложность. Динамическая система, порождающая хаос, действует как селектор, отбрасывающий огромное большинство случайных последовательностей и сохраняющий последовательности только совместимые с динамическими законами.
Если физическая система находится в равновесии, знать один этот факт недостаточно, чтобы предсказать ее поведение. Необходимо выяснить устойчиво ли равновесие, то есть, нарушается оно или нет при случайных внешних воздействиях, которых в природе не избежать. В физике сталкиваются с неустойчивостями разного типа и различной природы. Поведение неустойчивых систем интересней и неожиданней поведения устойчивых систем: зачастую неустойчивость приводит не просто к потере равновесия, но к проявлению качественно новых физических эффектов - например, к переходу вещества из одного состояния в другое или к самопроизвольному зарождению порядка в хаотической среде.
Легко наблюдать развитие неустойчивости при нагревании током тонкой проволоки. Количество тепла, выделяющееся на данном участке проволоки, прямо пропорционально его сопротивлению, а сопротивление металла растет с повышением его температуры, что вызывает еще больший нагрев. Такая положительная обратная связь приводит к неравномерности накала: если в какой-то точке проволока случайно нагреется сильнее, то сопротивление там возрастет и тепла выделится больше, чем в соседних местах (общее сопротивление проволоки изменится слабо, ток через нее можно считать прежним). Дополнительное тепло еще сильней нагреет горячий участок проволоки, так что разница температур будет нарастать и нарастать.
Для того, чтобы флуктуация могла сыграть свою роль конструктора новой макросистемы, необходимо неустойчивое состояние системы. Состояние неустойчивости системы означает её чувствительность к малым возмущениям. Неустойчивость приводит к коренным перестройкам нелинейной открытой среды. Наличие неустойчивости вдали от точки равновесия гарантирует развитие.
5.4.2. Сложное поведение и фазовое пространство45
Так называемое "фазовое пространство" есть абстрактное математическое многомерное пространство, на осях координат которого откладываются независимые переменные движения системы. Последовательность мгновенных состояний системы образует кривую в фазовом пространстве траекторий. Фазовая траектория показывает как бы пространственную развёртку временной эволюции системы. Эти траектории называются фазовыми портретами эволюции системы. Точка соответствует достижению системой состояния равновесия, окружность или симметричный предельный цикл - выходу на незатухающий периодический режим типа колебаний математического маятника.
Поведение систем в фазовом пространстве характеризуется таким специальным понятием синергетики, как "аттрактор". Аттракторы - это геометрические структуры, характеризующие поведение в фазовом пространстве по прошествии длительного времени. Геометрически это множество точек, к которым приближается траектория после затухания переходных процессов, то есть область притяжения соседних точек (to attract англ. - притягивать). Аттрактор - близко понятию "цель". Это относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягивает к себе всё множество траекторий собственного движения, определяемых разными начальными условиями. Если система попадает в конус аттрактора, то она эволюционирует к этому состоянию.
Грубо говоря, аттрактор - это то, к чему система стремится прийти, к чему она притягивается. Это явление имеет общий характер: потери энергии из-за трения или, например, вязкости приводят к тому, что орбиты притягиваются к небольшому множеству фазового пространства, имеющему меньшую размерность. Всякое такое множество называется аттрактором. Грубо говоря, аттрактор отвечает установившемуся поведению системы - тому, к которому она стремится.
Самый простой тип аттрактора - неподвижная точка. Такой аттрактор соответствует поведению маятника при наличии трения; маятник всегда приходит в одно и то же положение покоя независимо от того, как он начал колебаться. Следующий, более сложный аттрактор - предельный цикл, который имеет форму замкнутой петли в фазовом пространстве. Предельный цикл описывает устойчивые колебания, такие, как движение маятника в часах или биение сердца.
Одна и та же система может иметь несколько аттракторов. Это означает, что разные начальные условия могут привести её к разным аттракторам. Множество точек, приводящих к некоторому аттрактору, называется его областью притяжения. Система с маятником имеет две такие области: при небольшом смешении маятника от точки покоя он возвращается в эту точку, однако при большом отклонении часы начинают тикать, и маятник совершает стабильные колебания.
Сложному колебанию, или квазипериодическому движению, соответствует аттрактор в форме тора. Такая форма отвечает движению, составленному из двух независимых колебаний, - так называемому квазипериодическому движению. Траектория навивается на тор в фазовом пространстве, одна частота определяется временем оборота по малому кругу тора, другая - по большому кругу. Для комбинации более чем двух вращений аттракторами могут быть многомерные торы.
Важное отличительное свойство квазипериодического движения состоит в том, что, несмотря на сложный характер, оно предсказуемо. Хотя траектория может никогда не повторяться точно (если частоты несоизмеримы), движение остается регулярным. Траектории, начинающиеся поблизости одна от другой на торе, так и остаются поблизости одна от другой, и долгосрочный прогноз гарантирован.
В теории диссипативных систем аттракторам и странным аттракторам, являющимся базисными фактами теории самоорганизации, уделяется особое внимание. Наличие странных аттракторов, приводящих к динамическому хаосу, становится причиной катастроф, где возможна внезапная смена движений, переход из хаотического состояния в упорядоченное и обратно.
До недавнего времени были известны лишь перечисленные виды аттракторов: неподвижные точки, предельные точки, предельные циклы и торы. В 1963 году Э. Лоренц из Массачусетского технологического института открыл конкретную систему со сложным поведением. Движимый желанием понять, в чем трудность с прогнозами погоды, он рассмотрел уравнения движения жидкости, (они одновременно описывают и атмосферные течения) и путем упрощений получил систему ровно с тремя степенями свободы.
Эта система вела себя случайным образом и не поддавалась адекватному описанию с помощью какого-нибудь из известных аттракторов. Обнаруженный Лоренцем аттрактор, называемый теперь его именем, стал первым примером хаотического, или странного, аттрактора.
Промоделировав свою простую систему на компьютере, Лоренц выявил основной механизм, который вызывал случайное поведение: микроскопические возмущения накапливаются и влияют на макроскопическое поведение. Две траектории с близкими начальными условиями экспоненциально расходятся в процессе эволюции, так что они проходят рядом лишь совсем недолго. В случае нехаотических аттракторов качественная картина совершенно другая. Для них близкие траектории так и остаются близкими, небольшие ошибки остаются ограниченными, а поведение предсказуемым.
С другой стороны, некоторые особенности поведения хаотических систем удается предсказать (с конечной точностью и в ограниченных по времени пределах). Язык аттракторов позволяет осмыслить явления предсказуемости и принципиальной непредсказуемости, дает понимание вероятностного, хаотического поведения систем, обусловленного не ограниченностью наших исследовательских возможностей, а самой природой нелинейных систем.
Хаотический аттрактор имеет гораздо более сложное строение, чем предсказуемые аттракторы - точка, предельный цикл или тор. В крупном масштабе хаотический аттрактор есть неровная поверхность со складками. Это видно на примере этапов образования так называемого хаотического аттрактора Рёсслера. Сначала близкие траектории на объекте расходятся экспоненциально; расстояние между соседними траекториями увеличивается примерно вдвое. Чтобы остаться в конечной области, объект складывается поверхность сгибается и её края соединяются. Аттрактор Рёсслера наблюдался во многих системах, от потоков жидкости до химических реакций; этот факт иллюстрирует максиму Эйнштейна о том, что природа предпочитает простые структуры.
Ключ к пониманию хаотического поведения дает простая процедура растягивания и образования складок в фазовом пространстве. Экспоненциальная расходимость - локальное явление: поскольку аттрактор имеет конечные размеры, две орбиты на хаотическом аттракторе не могут экспоненциально расходиться навсегда. Это означает, что такой аттрактор должен образовывать складки внутри самого себя. И хотя орбиты расходятся и следуют совершенно разными путями, в конце концов, они должны пройти снова вблизи друг от друга. В результате орбиты на хаотическом аттракторе перемешиваются подобно тому, как, например, перетасовываются карты в колоде.
Случайность хаотических орбит есть результат этого процесса перемешивания. Вытягивание и образование складок происходит снова и снова, создавая складки внутри складок, и так до бесконечности. Иначе говоря, хаотический аттрактор является фракталом - объектом, в котором по мере увеличения выявляется все больше деталей. Фракталы, фрактальные множества - это такие объекты, которые обладают свойством самоподобия или масштабной инвариантности. То есть малый фрагмент структуры такого объекта подобен другому более крупному фрагменту или структуре в целом. Типичные фрактальные объекты - это морские волны, облака, барханы в пустыне.
Хаос перемешивает орбиты в фазовом пространстве точно так же, как пекарь месит тесто для выпечки хлеба. Представить себе, что происходит с близлежащими траекториями на хаотическом аттракторе, поможет такой эксперимент.
Добавим в тесто каплю синей пищевой краски. Вымешивание теста - это комбинация двух действий: его то раскатывают (при этом цветное пятно расширяется), то складывают. Поначалу пятно просто становится длиннее, затем образуются складки, и все это повторяется снова и снова. При ближайшем рассмотрении оказывается, что тесто состоит из многих слоев попеременно белого и голубого цвета. Уже через 20 шагов исходное пятно вытягивается более чем в 20 млн. раз по сравнению с начальной длиной, а его толщина сокращается до молекулярных размеров. Синяя краска полностью перемешалась с тестом. Хаос действует точно так же, только вместо теста он перемешивает фазовое пространство.
Вытягивание и складывание хаотического аттрактора систематически устраняет начальную информацию и заменяет ее новой: при растяжении увеличиваются мелкомасштабные неопределенности, при складывании сближаются далеко отстоящие траектории и стирается крупномасштабная информация. Таким образом, хаотические аттракторы действуют как своего рода помпа, "подкачивающая" микроскопические флуктуации в макроскопическое проявление. Отсюда ясно, что никакого точного решения, никакого кратчайшего пути для прогноза будущего быть не может. Проходит совсем немного времени, и неопределенность, возникшая при начальном измерении, покрывает весь аттрактор, лишая нас возможности делать какие бы то ни было предсказания: между прошлым и будущим уже нет никакой причинной связи.
5.4.3. Сложность поведения живых и социальных
систем
Удаленность от равновесия, нелинейность может служить причиной возникновение упорядоченности в системе. Биологическая упорядоченность, генерация когерентного света лазером, возникновения пространственной и временной упорядоченности в химических реакциях и гидродинамике, автоволны в различных средах, наконец, функционирование экосистем в животном мире или жизнь человеческого общества - все эти примеры являются поразительной иллюстрацией явлений самоорганизации, образования диссипативных структур. Эти структуры наряду с замечательными регуляторными свойствами проявляют необычайную гибкость и разнообразие.
Приспособляемость и пластичность поведения - два основных свойства нелинейных динамических систем, способных на переходы вдали от равновесия - являются наиболее характерным свойством человеческих сообществ. Наиболее адекватными для социальных систем являются динамические модели, учитывающие эволюцию и изменчивость. При построении динамической модели социальной системы внутренняя структура должна учитывать жёстко заданное внешнее окружение. Уникальной спецификой социальных систем является то, что различие между желательным и действительным поведением выступает как внешнее условие нового типа, определяющее контуры динамики наряду с внешней средой. Если в систему вводится новый вид деятельности, то в дальнейшем он будет расширяться и стабилизироваться. Инновация может быть удачной или нет. Основным источником существования и обновления общества являются его адаптационные возможности.
Социальная система является нелинейной, так как взаимодействия между членами общества могут производить каталитический эффект. В каждый момент времени возникают флуктуации, которые могут подавляться или усиливаться обществом. Особенно хороший пример мощного усиления - это прирост знания. Сложная система развивается в эволюционном процессе творческих открытий, в котором играют роль как стохастические, так и детерминистические процессы. Социальные системы следует рассматривать как креативный мир с неполной информацией и изменяющимися ценностями, мир, в котором будущее может быть представлено во многих вариантах.
Социальная проблема ценностей в широких пределах может связываться с нелинейностью. Ценности - это коды, которые мы используем, чтобы удержать социальную систему на некоторой линии развития, которая выбрана историей. Системы ценностей всегда противостоят дестабилизирующим эффектам флуктуации, которые порождаются самой системой. Это и придаёт процессу черты необратимости и непредсказуемости.
5.4.4. Сложность адаптивных стратегий в живом мире
При неизменной предсказуемой среде поведение представляет собой постоянную структуру. Если же в среде происходят изменения, и она становится непредсказуемой, то поведение начинает характеризоваться интенсивностью исследований и быстрым созданием временных поведенческих структур. Любое сообщество насекомых проявляет замечательную пластичность. И первичным механизмом, лежащим в основе столь высокой эффективности поведения, является переход между различными типами поведения, вызываемый внешними условиями
Детерминистические представления о насекомых уходят в прошлое по мере изучения их поведения. Возникают представления о пластичности индивидуального поведения. В сообществе насекомых реализуются две поведенческие стратегии:
1. Случайность поведения особи.
2. Согласованность поведения в масштабе колонии.
Единый процесс развития охватывает явления живой и неживой природы и общества, поэтому естественно описывать весь процесс развития на одном языке, в рамках единой схемы, с использованием общей терминологии. В эволюционной теории для описания процессов развития используют триаду: изменчивость, наследственность, отбор. Задача состоит в том, чтобы выявить то общее содержание, которое присуще любым процессам развития.
Определяющую роль эволюционного периода развития систем играют такие понятия, как адаптация, устойчивость, стабилизирующий отбор. Необходимым условием существования живых организмов является постоянство внутренней среды. Гомеостазис (от греческого "гомео" - тот же, "стазис" - состояние) рассматривается биологами как способность биологических систем противостоять изменениям внешней среды и сохранять состояние равновесия. Например, только благодаря механизмам поддержания гомеостазиса некоторые растения могут жить на ядовитых отвалах рудников. Есть растения - концентраторы металлов - алюминия, молибдена, никеля, свинца, стронция. При этом для предотвращения отравления тканей в растениях синтезируются специфические белки (определяющие устойчивость к высоким концентрациям металлов), изменяются количество и качество корневых выделений, тяжелые металлы связываются в клетках дубильными веществами и органическими кислотами. Механизмы поддержания гомеостазиса исторически закреплены и направлены на повышение устойчивости организма в онтогенезе, что обеспечивает успех в воспроизведении потомства.
Развитие - это борьба двух противоположных тенденций - сохранение гомеостазиса и поиск новых организационных форм, уменьшающих локальную энтропию.
Согласно концепции прерывистого равновесия, разработанной американскими исследователями С. Гоулдом, Н. Элдриджем и С. Стэнли, эволюция, во всяком случае, на видовом уровне, по крайней мере, в 95% случаев идет не непрерывно, а своего рода скачками. Предполагается, что виды остаются практически неизменными на протяжении буквально миллионов лет, а затем в течение нескольких десятков или сотен лет происходит формирование новых видов. Переход от вида к виду совершается в ее свете не посредством скачка в одном поколении, а путем накопления мутации и отбора.
Всякое значительное изменение экологических условий влечет за собой перестройку всей организации сообщества животных. Например, у животных, ведущих одинокий образ жизни, в случае необходимости возникает строгая иерархическая структура. В период нехватки корма такая организация сообщества определяет очередность доступа к пище. Доминирование может не только разделять, но и объединять животных, оно способствует процессу локализации, образованию структуры в сообществе взамен агрессивных взаимодействий особей.
Биологические системы обладают способностью сохранять и передавать информацию в виде структур и функций, возникших в прошлом в результате длительной эволюции. Открыты подвижные генетические элементы, которые оказались замешаны в таких общебиологических явлениях, как азотфиксация, злокачественный рост клеток, работа иммунной системы и приспособление бактерий к антибиотикам, нестабильные мутации, материнская наследственность.
Нестойкое, нестабильное состояние гена, когда он начинает мутировать в десятки, сотни раз чаще обычного, связано не с изменениями внутри самого гена, а с введением в район его расположения определенного "контролирующего" элемента, способного блуждать по хромосомам. Эти элементы влияют на "включение" и "выключение" генов, то есть на темп наследственной изменчивости. В классической генетике мутации возникают случайно; им подвержены единичные особи; их частота очень мала. В "подвижной генетике" изменения не случайны, зависят от типа подвижного элемента; им подвержены много особей; их частота велика, может достигать десятка процентов.
Темп мутационного процесса непостоянный, так, время от времени популяции или виды вступают в "мутационный" период. Самое поразительное открытие в генетике за последнее время - это возможность с помощью мобильных элементов переносить гены или группы генов от одних видов к другим, то есть благодаря перемещающимся элементам генофонды всех организмов объединены в общий генофонд всего живого мира. Это особенно ярко продемонстрировали плазмиды с детерминантами устойчивости к антибиотикам в колоссальном эксперименте, невольно поставленном человеком на бактериях.
С помощью генсектицидов человек расширяет эксперимент на насекомых, и в ответ их популяции, вероятно, охватываются определенными, быстро распространяющимися генетическими элементами, повышающими устойчивость организма ("генетическая экспансия"). Предполагается, что когда-то в клетках насекомых поселились бактерии - симбионты, которые постепенно передали большинство своих генов в ядро и превратились в митохондрии и пластиды. Это замечательный пример переноса генов от прокариот к эукариотам. Способность клеток одного вида воспринимать ДНК от других, иногда эволюционно далеких видов, возможность горизонтального переноса генов считается "одним из главных чудес XX века".
Классическая генетика гласит: каждый ген располагается на своей хромосоме и занимает на ней строго фиксированное положение. Сейчас известно много вариантов перемещающихся элементов, которые могут менять свое место на хромосоме и даже перемещаться с хромосомы на хромосому. Таким образом, могут рождаться новые признаки организма.
Сегодня появилась принципиально новая программа изучения неравновесных сообществ, чьи принципы организации коренным образом отличаются от тех, к которым привыкли экологи, рассматривающие сообщество как жестко организованную совокупность видов.
В этом подходе представление о прямой конкуренции за пищу подменяется сложными и динамичными информационными связями. В зависимости от условий метаболиты (продукты жизнедеятельности) данного вида либо угнетают, либо, наоборот, стимулируют размножение других видов. При этом возможны как негативные, так и позитивные межвидовые отношения. Разные виды не только не стремятся окончательно вытеснить друг друга, но как бы "удерживают" в сообществе те виды, численность которых падает ниже определенного уровня.
В прежней теории конкуренции выражена концепция детерминизма: конкуренция определяет численность, облик и эволюцию существующих видов, потребляющих одну и ту же пищу.
Новый подход гласит: близкие виды, расположенные в экосистеме на одном трофическом уровне, всегда живут среди избытка пищи, поскольку их численность эффективно ограничивается сложным комплексом причин, в том числе и конкуренцией. Согласно этой парадигме биологическое сообщество можно рассматривать как диссипативную структуру, которая, находясь в неравновесном состоянии, постоянно ведет обмен с внешней средой. В исходной неупорядоченной системе за счет последовательно реализующихся неравновесных неустойчивостей, за счет когерентного поведения элементов может возникнуть функциональная организованность.
Адаптация человека и животных представляет собой процесс, в течение которого организм приобретает отсутствовавшую ранее устойчивость к определенным факторам среды и в результате решает задачи, ранее несовместимые с жизнью. При всем разнообразии приспособительных процессов в них есть сходство. На первом этапе адаптации к любому новому фактору организм подходит к максимуму своих возможностей, к критической (бифуркационной) точке. Если человек или животное не погибает, а фактор по-прежнему действует, то возможности живой системы возрастают, и на смену аварийной стадии в большинстве случаев приходит стадия эффективной и устойчивой привычки (возникает диссипативная структура).
5.5. Управление
Кибернетика и теория управления. Кибернетика и синергетика. ( Управление и информация. Классический и неклассический подход к управлению. Структура целей управления. ( Эффект обратной связи. Эвристический характер основ управления социальными системами. Специфика биологического и социального управления процессами. Естественные и искусственные регуляторы управления.

Современное понимание управления существенно отличается от первоначальных представлений о нём. Теперь оно, прежде всего, подразумевает универсальный характер управленческих процедур. Очень просто можно сказать так, что управление - это комплекс мер, которые осуществляет любая система в целях поддержания собственного существования, которое выражено в линейной или чаще в нелинейной форме равновесия. То есть управление не является прерогативой только социальной сферы, оно, в конечном счёте, есть функция существования биосферы. Разумеется, в зависимости от характера существующих систем (неживых, живых, социальных) различается и структура их управления: она может быть внешней (иерархический контроль), внутренней (гомеостаз), статичной или динамичной и т. д. В то же время управление во всех своих разновидностях всегда будет иметь некие общие черты, выраженные, например, принципами синергетики.
5.5.1. Кибернетика и теория управления
Задачу выяснить с общих позиций закономерности процессов самоорганизации и образования структур ставит перед собой не только синергетика. Важную роль в понимании многих существенных особенностей этих процессов сыграл, например, кибернетический подход, противопоставляемый иногда как абстрагирующийся "от конкретных материальных форм" и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающего физические основы спонтанного формирования структур.
В этой связи небезынтересно отметить, что создатели кибернетики и современной теории автоматов могут по праву считаться творцами или предтечами синергетики. Так, Винер и Розенблют рассмотрели задачу о радиально-несимметричном распределении концентрации в сфере. А. Тьюринг в известной работе предложил одну из основных базовых моделей структурообразования и морфогенеза.
В изучении реакционно-диффузионных систем - мыслил найти решение проблемы самоорганизации и Дж. фон Нейман. По свидетельству А. Беркса, восстановившего по сохранившимся в архиве фон Неймана отрывочным записям структуру самовоспроизводящегося автомата, фон Нейман "предполагал построить непрерывную модель самовоспроизведения, основанную на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих диффузионные процессы в жидкости".
Термином "кибернетика" 2500 лет назад древнегреческий философ Платон называл "искусство управления кораблём". В начале XIX века французский физик и математик А. - М. Ампер, создавая классификацию наук, называл кибернетику наукой об управлении государством. После смерти Ампера слово это было забыто. В 1948 году американский математик Норберт Винер издал книгу "Кибернетика ...", в которой определил это понятие как "науку об управлении и связи в животном и машине". До этого Н. Винер три года проработал в институте кардиологии города Мехико. Именно тогда он пришёл к мысли создать единую науку, изучающую процессы хранения информации и её переработки, управления и контроля46. Одна из важнейших задач кибернетики - исследование управляющих систем живой природы. Ключевым вопросом в её решении стало понятие обратной связи, влияния следствий на причины, их вызывающие и определяющие ход процесса.
Кибернетика возникла на стыке многих областей знания: математики, логики, семиотики, биологии и социологии. Обобщающий характер кибернетических идей и методов сближает науку об управлении, каковой является кибернетика, с философией. Задача обоснования исходных понятий кибернетики, особенно таких, как информация, управление, обратная связь и др. требуют выхода в более широкую, философскую область знаний, где рассматриваются атрибуты материи - общие свойства движения, закономерности познания.
Явления, которые отображаются в таких фундаментальных понятиях кибернетики, как информация и управление, имеют место в органической природе и общественной жизни. Таким образом, кибернетику можно определить как науку об управлении и связи с живой природой в обществе и технике. Информация в живой природе в отличие от природы неживой играет активную роль, так как участвует в управлении всеми жизненными процессами.
5.5.2. Информационная структура управления
Управление представляет процесс взаимодействия компонентов системы, который осуществляется избирательно и направлен на получение фокусированного результата.
Результат в силу его физического несуществования до момента достижения, задаётся функционально, а процесс его достижения обеспечивается получением переработкой и использованием информации. Предполагается, что результат задан действием какой-либо закономерности, относящейся к соответствующей предметной области. Если результат не изменяется во времени, имеет место частный случай управления - регулирование, а система управления называется гомеостатической.
Схема управления в классическом подходе проста - каналы управления не имеют кооперативных связей друг с другом - любое появление рассогласования в канале слежения вызывает адекватную ему "сильную" реакцию системы управления именно в этом канале, а эффективность управления оценивается характером устранения "главного" нарушения. При этом не важно, как в процессе ликвидации возмущения будет меняться состояние объекта и управляющей системы.
Накопленные представления о гомеостазе показали наличие более сложных отношений между комплексом целей управления (в частности наличия целей управления, обусловленных стремлением системы к сохранению себя как целостной структуры) и организованном взаимодействии каналов управления. Эти представления все более отдалялись от классического подхода теории управления и стали ему чужды в принципе.
Шагом на пути к введению в процесс управления более сложных отношений между целями управления явился подход, получивший название "координирующего управления". Понятие цели управления теперь изменено - вместо слежения (один "главный" выход за одним входом) теперь ставится следующая задача: при наличии внешних возмущений от системы требуется сохранение заданного соотношения между некоторым числом выходных переменных. Это требование, с одной стороны, порождает взаимозависимость целей управления, но, с другой стороны, предоставляет дополнительные степени свободы у управляющей системы, которые можно использовать и для сохранения постоянства внутренней среды.
В результате появилась очевидная аналогия с гомеостазом, так как возможна ликвидация отклонений, вызываемых в функционировании системы внешними возмущениями при ненарушенном внутреннем состоянии объекта (в некоторой "существенной" его части). В отличие от классического подхода, эффективность управления теперь оценивается способностью системы сохранять функционирование при относительном постоянстве состояния. Кардинально отличается и схема управления - при возмущении в любом из каналов системы включается весь резерв механизмов управления с тем, чтобы "нагрузка" на каждый из них была минимальна, а "сильных реакций" среди "главных" переменных состояния не возникало.
Для гомеостатической формы организации систем необходимо соблюдения комплекса целей, характеризующих компромиссный характер управления. Очевидно, что отсутствие какой-либо объективно необходимой цели приводит к отсутствию целостности. Появление излишних, объективно ненужных целей управления приводит к выполнению ненужных действий - дисфункций, способных нарушить целостность. Придание какой-либо цели управления несоответствующего статуса в общей структуре также способно нарушить целостность разрабатываемой системы либо из-за недоучета каких-либо функций, либо из-за их излишнего проявления.
Структура целей управления, характерная для гомеостаза как формы структурной организации, включает в себя системную, стадийные и инфраструктурные цели.
Системная цель является интегрирующим понятием, обуславливающим общую целенаправленность функционирования систем. Системная цель в общем случае достигается в результате последовательного выполнения стадийных целей и может рассматриваться как их суперпозиция.
Общий состав стадийных целей можно описать следующими формулировками:
1. непосредственно реализующие системную цель;
2. формирующие предпосылки для выполнения действий реализующих системную цель;
3. поддержание готовности к выполнению этих действий;
4. ожидания при невозможности в ближайшее время выполнить остальные группы действий;
5. восстановление состава ресурсов управления.
Каждая стадийная цель выполняется на фоне комплекса инфраструктурных целей, обеспечивающих самосохранительные свойства. Инфраструктурные цели определяются следующим образом: "Наиболее важной и достигаемой в первую очередь целью является поддержание стационарного неравновесного состояния. Эта цель может быть сформулирована как поддержание равенства темпов потоков вещества и энергии, поступающих в систему и покидающих ее. После этого возникает возможность поддержания постоянства внутренней среды - гомеостаза, что является целью второго порядка. Наконец, если обе эти цели достигнуты, возможно прогрессирующее улучшение качества процессов в системе. В этой ситуации можно говорить об энергетической эффективности, оптимальной конструкции, получении максимальной надежности функционирования и т.д. Однако достижение максимально высоких показателей в биосистемах является уже целью третьего порядка по сравнению с поддержанием стационарного неравновесия и гомеостаза".
Зависимость инфраструктурных целей от стадийной цели имеет как идентификационный, так и функциональный характер. Первое означает, что для конкретной стадии конкретная инфраструктурная цель может быть актуальна или неактуальна. Второе означает наличие правила конкретного выбора значений параметра, характеризующего конкретную инфраструктурную цель в зависимости от значений параметра, характеризующего стадийную цель.
5.5.3. Эффект обратной связи
Означает цикличность, замкнутость несущего информацию сигнала с выхода на вход системы управления. Посредством обратной связи осуществляется приведение объекта управления в соответствие с функционально-заданным результатом управления. Отрицательная обратная связь уменьшает действие возмущающих воздействий, положительная - усиливает, что может привести к разрушению системы управления.
В традиционной кибернетике гомеостаз рассматривается как некоторое устойчивое с точки зрения цели управления состояние объекта. Гомеостаз здесь обеспечивается тем, что всякие отклонения состояний объекта управления от цели управления компенсируются за счет отрицательной обратной связи. То есть, в этом представлении гомеостаз прочно связан с целью управления.
Если бросить взгляд на историю постановок задач в теории автоматического регулирования и затем в теории управления, то можно представить ее как постепенное их усложнение, идущее параллельно по двум направлениям.
1. Первое - использование все более сложных описаний объекта управления (в простейшем понимании это, например, поочередное описание объекта сначала линейными уравнениями "вход-выход" с одномерным управляемым сигналом, затем переход к описанию "вход-выход-состояние", использование многосвязных линейных описаний и, наконец, сложные нелинейные системы).
2. Второе - все более усложняющийся набор требований к системе управления: сначала простое обеспечение устойчивости системы, затем повышение ее качества (в том числе оптимальность), далее поддержание этого качества во все более широком диапазоне неопределенности (адаптация).
Однако при всем стремлении теории управления к строгим постановкам задач, формализации используемых методов и подходов, разработка реальных систем управления в огромной степени базировалась на эвристической основе. По сути эвристическим оставался главный выбор разработчика системы управления - между содержательной точностью постановки задачи (сложность описания объекта) и возможностями ее формализации и строгого решения. Дилемма "простое описание - точное решение" или "сложное описание - неформализуемая постановка задачи и приближенное решение" в теории управления всегда была принципиальной, хотя часто и оставалась за рамками дискуссий.
На одном полюсе - линейный n-мерный объект, описываемый обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Строгое решение задачи управления таким объектом в любой постановке (например, оптимальное управление по заданному критерию) в практике управления оказывается эвристическим из-за несоответствия простоты использованного описания сложностям реальных условий функционирования системы.
На другом полюсе - "ручное" управление сложными социальными процессами, предприятиями и т.п. Эвристическая основа современного менеджмента и практическая невозможность использовать методы управления динамическими системами, оправданы тем, что управляемый объект (предприятие) при решении текущих управленческих задач берется во всей полноте живых связей, без каких-либо упрощений.
Однако сам эвристический путь совершенствования систем управления постепенно формализуется в рамках теории систем (и теории управления), в основном путем выработки синтетических обобщающих концепций методологического плана. Среди них - общая теория систем Л. фон Берталанфи, кибернетика Н. Винера, функциональная теория систем М. И. Сетрова, многочисленные ветви системного анализа, системотехнические и системологические работы, наконец - "глобальные идеи" теории управления, такие как обратная связь, адаптация. Среди этих работ важное место занимает и идея формализации гомеостаза на стыке биологии и теории управления.

ГЛАВА 6. ЖИЗНЬ
6.1. Проблема возникновения жизни
Специфика жизни как особого уровня организации материи и как объекта биологического познания. ( Креационизм. ( Гипотеза спонтанного зарождения жизни. ( Гипотеза стационарного состояния. ( Гипотеза панспермии. ( Теория биохимической эволюции (А. И. Опарин, Д. Холдейн).

В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого - теория биогенеза. Эту теорию в середине XIX века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни.
Абиогенез - идея о происхождении живого из неживого - исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни.
Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.
6.1.1. Специфика жизни как особого уровня
организации материи
По данным геохимических исследований древнейших горных пород можно сделать вывод о том, что эволюционный уровень фотоавтотрофной* жизни был достигнут 4.5 - 4 млрд. лет назад. То есть фотоавтотрофная биосфера существовала не менее 4 млрд. лет назад. Однако, по данным цитологии* и молекулярной биологии* фотоавтотрофные организмы были вторичными в процессе эволюции живого вещества. Автотрофному* способу питания должен был предшествовать гетеротрофный* как более простой. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию из органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося ещё раньше. Видимо, жизнь на Земле существует столько же времени, сколько существует и сама планета.
Возможно, что химическая эволюция как существенная предпосылка биологической эволюции началась ещё в космических условиях до образования Земли. Вероятно, химическая эволюция, начавшаяся в космических условиях, продолжалась в условиях Земли и привела к возникновению примитивных живых организмов, или образование первых молекул ДНК произошло в космических условиях, а полная реализация возможностей ДНК наступила в первых водоёмах заполненных растворённым органическим веществом47.
Несомненно, что возникновение живого вещества планеты связано со свойствами слагающих его атомов и, прежде всего, углерода. Первопричиной зарождения жизни, очевидно, стали некоторые процессы в космической эволюции вещества Солнечной системы. Главные элементы живого вещества - это широко распространённые элементы космоса. При этом Н, С, N, О - типичные "биофильные" элементы - наиболее широко распространены в природе. Живые организмы в первую очередь используют наиболее доступные атомы, которые способны образовывать устойчивые и кратные химические связи. При охлаждении первичной газовой туманности, генетически связанной с ранним Солнцем, возникли органические соединения48.
Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.
6.1.2. Гипотеза творения (креационизм)
Наряду с гипотезами абиогенного происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Гипотеза творения утверждает, что жизнь была создана сверхъестественным существом в определённое время. Креационная модель, в отличие от эволюционной, предполагает, что все основные системы природы были созданы одновременно и в совершенном виде. Всё существующее, включая частицы атомов, вещества планеты, организмы людей и животных, изначально создано таким, каким мы его сейчас наблюдаем. Креационизм утверждает, что в природе действует правило, согласно которому совершенный порядок ухудшается, приходит в упадок по мере выполнения своего предназначения.
Так как среди ископаемых отсутствуют различные промежуточные формы, то делается вывод, что основные виды животных и растений не развились из предшествующих видов. Если бы было иначе, то не могло быть классификации флоры и фауны, поскольку между постоянно изменяющимися промежуточными формами нельзя провести границы. Сам Ч. Дарвин считал, что количество промежуточных разновидностей живых организмов, населявших Землю на протяжении её биологической истории, должно быть большим. К настоящему времени не удалось проследить ни одной непрерывной цепочки. Даже для объяснения эволюционного происхождения человека продолжаются поиски "недостающего звена". Само творение, поскольку оно в данный момент не происходит, не может стать объектом научных наблюдений. Эволюция, если она есть, происходит так медленно, что её нельзя подвергнуть научным исследованиям. Поскольку возможность повторить ход естественной истории отсутствует, научно доказать, какое учение истинно, также невозможно49.
6.1.3. Гипотеза спонтанного зарождения жизни
Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества. Представления о спонтанном зарождении жизни возникли как альтернатива креационизму ещё в древности в Китае, Вавилоне, Египте. Еще Аристотель, развивая своё учение о "лестнице природы", полагал, что определённые частицы любого вещества содержат активное начало, из которого может развиться живой организм. "Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательностью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними группами, благодаря их тесной близости, едва ли можно заметить различия".
Лишь в 1688 году Фр. Реди из Флоренции, пожалуй, впервые сформулировал принцип биогенеза - жизнь может происходить только из предсуществовавшей жизни. В 1860 г. Луи Пастер доказал верность этого принципа. Однако подтверждение теории биогенеза породило другую проблему, коль скоро для возникновения живого организма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм?
В отношении самозарождения организмов необходимо отметить, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.
Важно подчеркнуть, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем. Еще Дарвин в 1871 г. писал: "Но если бы сейчас ... в каком-либо теплом водоеме, содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т. п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество немедленно было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ".
6.1.4. Гипотеза стационарного состояния
Жизнь существовала всегда. Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно. Она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало. Виды тоже существовали всегда. Постоянно совершенствующиеся методы датирования возраста Земли дают всё более высокие оценки, и это позволяет сторонникам этой гипотезы полагать, что Земля существовала всегда. Виды не изменяются и у них только две возможности - изменение численности или вымирание. В качестве подтверждения используется, например, находка живого ископаемого - кистепёрой рыбы - латимерии, которая как считалось, вымерла около 70 млн. лет назад. Большая часть доводов в пользу этой гипотезы связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи.
6.1.5. Гипотеза панспермии
Панспермия - гипотеза о повсеместном распространении во Вселенной зародышей живых существ. Согласно панспермии, в мировом пространстве рассеяны зародыши жизни (например, споры микроорганизмов), которые движутся под давлением световых лучей, а, попадая в сферу притяжения планеты, оседают на её поверхности и закладывают на этой планете начало живого.
В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу "космозоев" (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу - гипотезу панспермии - в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни. С. Аррениус полагал, что частицы живого вещества - споры или бактерии, осевшие на микрочастицах космической пыли, силой светового давления переносятся с одной планеты на другую, сохраняя свою жизнеспособность. При попадании спор на планету с подходящими условиями они прорастают и дают начало биологической эволюции.
Жизнь занесена на планету извне. Эта гипотеза не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни. Первые опыты Л. Пастера, поставленные во второй половине XIX века показали невозможность в современных условиях Земли зарождения жизни - простейших живых организмов. Это, вероятно, в какой-то степени способствовало возникновению идей панспермии.
Современный вариант этой идеи можно рассмотреть на примере гипотезы Ф. Хойла о возможности существования микроорганизмов в межзвёздном пространстве. Согласно его представлениям облака межзвёздной пыли сложены в основном бактериями и спорами, которые и были внесены на Землю около 4.5 млрд. лет назад. Согласно расчетам, произведенным им и С. Викрамасингом, ежегодно в верхнюю атмосферу Земли поступает 1018 космических спор. Таким образом, кометы являются переносчиками жизни, которые образовались сначала в межзвёздном пространстве и только потом попали в облако Оорта*.
6.1.6. Теория биохимической эволюции
Гипотеза А. И. Опарина о возникновении жизни на Земле опирается на представление о постепенном усложнении химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина.
А. И. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями или коацерватами. Коацерваты - это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни - способность к воспроизведению подобных себе молекул.
Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам. Теория происхождения первых живых существ из неживой материи была выдвинута Пфлюгером, Дж. Холдейном и Р. Бейтнером, но особенно детально она разработана советским биохимиком академиком А. И. Опариным в его книге "Возникновение жизни" (1936). Ещё в 1923 г. он высказал мнение, что атмосфера первичной Земли была не такой как сейчас. Она состояла из простых соединений, содержащих воду, аммиак, двуокись углерода и метан. До тех пор пока температура Земли не упала ниже 100°C вся вода находилась в парообразном состоянии. Атмосфера, видимо, была восстановительной*. Отсутствие в атмосфере кислорода было необходимым условием возникновения жизни.
Исходя из теоретических предположений, он полагал, что органические вещества, возможно углеводороды, могли создаваться в океане из более простых соединений; энергию для этих реакций синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнечная радиация. Разнообразие находившихся в океане соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался тот "первичный бульон", в котором могла возникнуть жизнь. Главной проблемой для этой теории является необходимость объяснить появление способности живых систем к самовоспроизведению.
Чтобы определить вероятность возникновения белков, необходимых для функционирования простейшей клетки в результате случайного взаимодействия аминокислот английский астроном, Ф. Хойл и математик Ч. Викрамасингх произвели следующие вычисления. В жизнедеятельности простейшей бактерии участвует примерно 2000 различных белков, состоящих в среднем из 300 аминокислот. Функции и свойства белка зависят от последовательности, в которой аминокислоты расположены в его цепи. Поскольку в состав белков входит 20 типов аминокислот, вероятность образования белка с заданной последовательностью аминокислот равняется 1·20. Существует определённый диапазон, в пределах которого последовательность 300 аминокислот может варьировать без заметных изменений свойств белка. Поэтому Хойл и Викрамасингх увеличили вероятность возникновения белка с заданными свойствами до 10. Так как для функционирования клетки необходимо, по крайней мере, 2000 белков, они оценили вероятность случайного возникновения простейшей самовоспроизводящейся системы величиной 1·1040000. Вероятность такого события практически равна нулю.
Существующие гипотезы пока не в состоянии дать убедительный ответ на этот вопрос. Вот пример одной из таких гипотез, пытающихся объяснить возникновение живого, исходя из поведения такого тривиального явления как капля воды. Группа биофизиков из МГУ рассуждает следующим образом: с точки зрения биофизики основа основ жизни - устойчивое неравновесие, то есть живой организм или отдельная клетка должны обладать запасом энергии, который создается постоянным обменом веществ с окружающей средой. Самый простой способ создания такого неравновесия - асимметричное или, как говорят специалисты, инвертированное распределение ионов натрия и калия.
В результате концентрация нужного элемента в околоклеточной жидкости может достигать десятикратного превосходства по сравнению с окружающей средой. Ведает подобным распределением мембрана, пропускающая какие-то ионы внутрь и не выпускающая их наружу. Но как клетка научилась такой избирательности? В поисках ответа ученые обратили внимание на то, что поверхностный слой океана может накапливать ионы калия и других микроэлементов за счет неравновесных термодинамических процессов между водой и атмосферой. А лабораторные опыты позволили зарегистрировать разность потенциалов в несколько милливольт между поверхностной пленкой и находящейся под ней так называемой объемной фазой. Она образуется морской волной, захватывающей в толщу воды большое количество воздуха, который, поднимаясь, затем создает пену, брызги, пузырьки разного диаметра. Схлопываясь, пузырек воздуха выбрасывает на несколько сантиметров вверх струйку воды, распадающуюся на массу мелких капель. Последние скользят по поверхностной пленке океана, их так и называют - пленочные капли. В них-то и накапливаются ионы калия. Но чтобы стать подобием живой клетки, такой капельке нужна еще и водонепроницаемая оболочка - прообраз клеточной мембраны. Как она может возникнуть? Оказывается, в некоторых районах океана поверхностная пленка содержит жировые или липидные молекулы небиологического происхождения. Они всегда располагаются строго определенным образом, окутывая капельку. Не в таких ли колыбельках зародилась жизнь?
6.2. Структура живого вещества
Признаки живого вещества. Питание. Дыхание. Раздражимость. Подвижность. Выделение. Размножение. Рост. ( Виды регуляции организма. Саморегуляция. Роль мембран в процессах регуляции. ( Иерархический контроль живых систем. Роль биологического узнавания.( Постоянство внутренней среды. Развитие представлений о гомеостазе. Формы и уровни управления в живых системах.

Так как нам неизвестна тайна происхождения жизни, то мы не в состоянии выделить фундаментальный признак (или признаки), отделяющий живое от неживого. Сегодня, в качестве такого признака выступает молекула ДНК, несущая в себе наследственную информацию, но ситуация может измениться. Кроме того, раскрыть тайну происхождения жизни, значит ответить на вопрос: почему и как образовалась эта молекула. Ответ на этот вопрос особенно важен именно тогда, когда мы начинаем активно вторгаться в генетическую структуру живого вещества и, не зная, как возникла жизнь, по сути вслепую манипулируем конечными следствиями её существования. Поэтому важно хотя бы наиболее полное понимание структуры и признаков живого вещества.
6.2.1. Признаки живого вещества
Не существует строгого определения, что такое жизнь. Вместо формулирования заведомо неполного представления о ней лучше попытаться представить жизнь через совокупность её наиболее существенных признаков.
Первым из таких признаков является:
1. Питание. Оно служит для живых организмов источником энергии и веществ. Растения усваивают энергию непосредственно, через процесс фотосинтеза. Животные и грибы через расщепление чужой органики. Первые именуются автотрофами, а вторые - гетеротрофами.
2. Дыхание. Одной из основных его функций является освобождение энергии при расщеплении высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая при этом энергия запасается в молекулах АТФ*.
3. Раздражимость является способностью реагировать на изменение внешней и внутренней среды.
4. Подвижность следует понимать не только как действие, ведущее к изменению положения в пространстве, например, для растений это менее всего характерно, но в большей степени как общий приспособительный элемент адаптационного поведения, чаще всего выраженный в изменении пространственных координат.
5. Выделение является выведением из организма конечных продуктов обмена веществ.
6. Размножение. Его эволюционная роль заключается в сохранении главных признаков родителей у потомства.
7. Рост - это один из наименее специализированных признаков живого вещества. Он характерен и для неживой материи, например, кристалл, но и здесь существуют различия. Так кристалл растёт "снаружи", присоединяя новое вещество к поверхности, а живое растёт "изнутри".
6.2.2. Виды регуляции организма
Жизнь начинается тогда, когда в живой элементарной конструкции - клетке начинается саморегуляция, обеспечивающая смену поколений, приспособление к меняющимся условиям внешней среды и к взаимодействию клеток друг с другом. Тысячи ферментных процессов координируются клеткой, обеспечивая циклику ее развития. Это же относится к комплексу клеток и, наконец, к организму в целом.
В регуляции жизнедеятельности организма чрезвычайно велика роль мембран*. Это одно из основных звеньев регуляторного механизма. Меняющаяся проницаемость мембран определяет взаимоотношения клетки с внешней средой и другими клетками, ядерные мембраны определяют взаимоотношения ядра с протоплазмой. Мембранные системы митохондрий*, опять-таки не только осуществляют, но и регулируют приготовление универсальных энергетических ресурсов клетки, а протоплазменные мембраны участвуют в регулируемом синтезе веществ.
Не следует забывать, что решающую роль мембраны играют, одевая все нервные проводники. Нервные импульсы, распространяющиеся по сотням миллионов нервных волокон в организме, по существу говоря, обусловлены процессами быстро распространяющихся состояний - изменений ионной проницаемости в мембранах нервного волокна. Говоря несколько упрощенно, нервные связи и даже интегративная деятельность мозга, в какой-то мере, обусловлены мембранными процессами.
Все заболевания и, в частности, повреждающее действие радиации - это, прежде всего, расстройство регуляции. Проникающая в клетку вирусная частица, вмешиваясь в регуляцию клеточных процессов, меняет программу синтетической деятельности клетки, которая прекращает свой нормальный синтез и начинает приготовлять вирусные частицы. В настоящее время в эксперименте показано, что ядро взрослой нервной клетки, которое, как известно, не делится, пересаженное в дробящуюся клетку яйца, начинает служить новому хозяину и, под влиянием расшифрованных теперь химических регуляторов, меняет программу синтеза нуклеиновой кислоты и начинает быстро делиться.
Рассматривать гены в ядре как единственную управляющую систему - это сегодня уже упрощение. Нет по существу равновесия ни в клетке, ни в организме, ни в биосфере в целом. Имеется некая динамическая циклика процессов и, если нарушается регуляция этой циклики и выбросы превышают разрешенную амплитуду, наступает заболевание или гибель в клетке или в организме и катастрофические последствия в живой природе в целом. В клетке циклика развития проявляется, например, в периодическом клеточном делении. Определенная циклика характерна и для живого организма.
В качестве примеров регуляции живого организма можно назвать следующие параметры:
* Регуляция содержания дыхательных газов в крови.
* Регуляция уровня метаболитов в крови.
* Регуляция ритма сердца и кровяного давления.
* Защита от инфекции.
* Терморегуляция.
Совокупность живых организмов таксономируется. Таксоны реальны. Они обладают собственной пространственно-временной структурой. Живые системы подчинены иерархическому контролю, что означает возможность прямых или опосредованных контролирующих воздействий таксонов друг на друга.
Системное единство каждого уровня обеспечивается процессом биологического узнавания. Уровни организации живых систем выражаются следующим образом:
1. Живая молекула (протоплазма).
2. Клетка, несущая в себе ДНК, РНК, белки и ферменты.
3. Организм (особь), в которой реализуется наследственная информация.
4. Вид (популяция) - в его пределах осуществляются конкуренция и естественный отбор.
5. Биогеосфера, в которой реализуются геохимические функции живого вещества: газовая функция (участвуют все организмы); кислородная (хлорофиллы); окислительная (бактерии); кальциевая (водоросли, бактерии и др.); восстановительная (бактерии); разрушение органических соединений (бактерии, грибы); метаболизм (всё живое).
6.2.3. Постоянство внутренней среды (гомеостаз)
Понятие "гомеостаз" (греч. "homoios" - подобный, одинаковый, и "stasis" - состояние) было введено У. Кенноном. Гомеостаз рассматривается как некоторое динамическое постоянство параметров объекта управления в процессе его существования. Механизм поддержания гомеостаза выглядит как иерархическая структура управления, состоящая из трех контуров, причем цели в двух из них соотносятся как противоречащие друг другу и являются объектом управления в некотором третьем контуре.
Начальный этап исследований выявил относительное динамическое постоянство внутренних свойств (структуры) и внутренней среды организма и устойчивости выполнения им основных функций. Было выяснено, в частности, что для гомеостаза характерна нежесткость требований к параметрам состояния, когда важно, чтобы постоянство соблюдалось только в той степени, которая необходима для нормального функционирования организма в целом (а не для каждого процесса или канала управления в отдельности). Гомеостаз стал одним из кардинальных понятий современной физиологии. Однако структуры и механизмы его поддержания в ходе этих исследований не были раскрыты.
Следующий этап в развитии представлений о гомеостазе связан с появлением концепции кибернетики. Он формально описал механизм возникновения и поддержания гомеостаза как контур отрицательной обратной связи с задающим сигналом. Фактически этим понятие гомеостаза было признано свойством структурной организации систем, независимо от их природы (естественных и искусственных). С позиций теории управления гомеостаз означает сохранение постоянства внутренней среды системы в ходе реализации любых управленческих программ.
Классическая линия развития теории управления идейно была определена желанием сохранить схему Н. Винера для объектов любой сложности. Появившиеся в конце 1960-х гг. работы по теории многосвязных систем основывались на простой идее: среди всех выходов системы выделить главный, для которого и надо решать задачу управления. Что касается реакций остальных переменных системы, то их надо сгладить. Эта идея развивается затем в работах по чувствительности и ее минимизации, а затем - в теории инвариантности.
Применительно к организму (естественной системе) был предложен принципиально иной подход к понятию целей управления. В его основе - строгая семантическая* трактовка сущности иерархической структуры, наличие нелинейных отношений между различными целями управления и обусловленная этим степень внутренней свободы системы, характеризующаяся нежесткостью требований к параметрам состояния. Степень внутренней свободы, присущая предложенному подходу к целям управления такова, что постоянство соблюдается только для системы в целом (а не для каждого процесса или канала управления в отдельности).
С позиции классической теории управления это условно можно трактовать как нахождение общей части областей устойчивости для различных каналов управления системы "Гомеостаз - путь создания устойчивости в самой управляющей системе за счет подходящей структуры". Можно сказать, что предложенное теоретическое положение стало отправной точкой для формирования теории гомеостатического управления в ее современном понимании, так как положило основу для формирования идейного, понятийного и математического аппарата исследования. В первую очередь была показана сложная организация решения задачи самосохранения в естественных системах.
Сформированные теоретические представления о гомеостазе стали основой для решения прикладных задач. После появления винеровской модели сразу же были разработаны модели различных физиологических систем в виде одноконтурных систем с постоянной установкой, которая задавала "желаемый" уровень каких-либо веществ в организме (гормонов, водородных ионов и т. п.), температуры или "очевидных" параметров (напр., давления в системе кровообращения). Однако быстро выяснился основной недостаток такой модели - установка не отражает изменчивости состояния организма в разных условиях.
Появилось две возможности преодолеть это противоречие:
1. Первый подход - сделать многоуровневые модели с меняющимся значением установки, где второй уровень управления меняет значения установок для регуляторов низшего уровня, а третий следит за организмом в целом. Этот подход был развит в СССР С. Н. Брайнесом и В. Б. Свечинским, а затем применён для социально-организационных структур.
2. Другой подход - вообще отказаться от жесткой винеровской схемы (как одно,- так и многоконтурной).
Практика моделирования пошла по второму пути. Оказалось, во-первых, что в реальных физиологических системах, как правило, не удается обнаружить структуры, где бы производилось используемое в модели "сравнение двух сигналов".
Во-вторых, выяснилось, что описание физиологического объекта управления в модели Винера передаточной функцией не годится для описания сколько-нибудь сложных систем. В сложной системе, где имеется множество передаточных функций, их надо складывать, умножать, делить. Если одинаковые переменные окажутся в числителе и в знаменателе, то их можно сократить, понизив порядок системы. Но при сокращении теряется информация об исходном состоянии системы - о начальных значениях на всех элиминированных* "интегрирующих звеньях". Система становится "непредсказуемой" - процессы в модели не отражают процессы в реальной системе.
Выход в этой ситуации был найден Р. Калманом, с работ которого начался новый этап в развитии теории управления. Его сущность состояла в отказе от модели "черного ящика" и переходе к методу пространства состояний, когда само математическое описание системы в виде дифференциальных уравнений содержит полную информацию о ее структуре. В моделировании биологических систем (а к этому времени понятие гомеостаза распространилось и на смежные с физиологией сферы) стали применяться компартментальные* модели, позволяющие смоделировать баланс веществ в системе и сложные формы управления им. Именно здесь и возникла принципиальная возможность построения общего подхода для анализа гомеостаза систем любой природы, как биологической, так и технической.
6.3. Теории эволюции
Зарождение эволюционного учения (Ж. Ламарк, Ж. Кювье, Ч. Лайелл). Принципы ламаркизма. Теория катастрофизма Ж. Кювье. Теория актуализма Ч. Лайелла. ( Эволюционная теория естественного отбора (Ч. Дарвин, А. Уоллес). Формы изменчивости. Концепция естественного отбора. Отбор, наследственность, изменчивость. ( Номогенез как альтернатива дарвинизму и как его дополнение. Эволюция биосферы как разворачивание многовариантной программы (Л. С. Берг). Направления в теории номогенеза. ( Вид и видообразование. Вид как качественный этап эволюции. Роль изолирующего механизма. Виды изоляции. ( Проблемы видообразования. Популяции как элементарные эволюционные единицы. Дем. Генетическая популяция.

Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Она стала той объединяющей теорией, которая служит фундаментом для всей биологии. Теория эволюции в биологии подразумевает развитие сложных организмов из предсуществующих более простых организмов с течением времени. Представление об эволюции ведёт начало не от Дарвина. Ещё задолго до него попытки человека объяснить очевидное разнообразие окружающих его живых организмов парадоксальным образом привлекли внимание к чертам структурного и функционального сходства между ними. Выдвигались различные эволюционные гипотезы, чтобы объяснить это сходство.
6.3.1. Зарождение эволюционного учения
(Ж. Ламарк, Ж. Кювье, Ч. Лайель)
В 1809 году вышла в свет "Философия зоологии" французского учёного Жана Батиста Пьера Антуана де Моне Ламарка (1744-1829). В этой работе была предпринята первая попытка создания теории эволюции видов. Она оказалась неудачной. Ламарк построил свою теорию на следующих двух положениях:
* Во всех живых существах заложено внутреннее стремление к совершенствованию. Оно является движущей силой эволюции. Действием этого фактора определяется развитие живой природы, постепенное, но неуклонное повышение организации живых существ от простейших до самых совершенных. Его результатом является одновременное существование в природе организмов разной степени сложности, как бы образующих иерархическую лестницу существ.
* Внешняя среда непосредственным образом влияет на изменение формы тех или органов живых существ. "У каждого животного, не завершившего ещё своего развития, более частое и продолжительное употребление какого-нибудь органа укрепляет этот орган, развивает его, увеличивает и придаёт ему силу, пропорциональную продолжительности употребления, тогда как постоянное отсутствие употребления какого-либо органа постепенно его ослабляет, приводит к упадку и заставляет его исчезнуть".
Он ошибался так как, естественно, не знал различий между генотипом и фенотипом. Упражнением или неупражнением можно изменить фенотип, но не генотип. Чтобы доказать, что фенотипические изменения не передаются по наследству, А. Вейсман провёл многолетний эксперимент, в котором на протяжении многих последовательных поколений укорачивал мышам хвосты. По теории Ламарка вынужденное неупотребление хвостов должно было привести к их укорочению у потомства, но этого не произошло. Вейсман на этом основании постулировал, что признаки, приобретаемые телом и приводящие к изменению фенотипа, не оказывают прямого воздействия на половые клетки (гаметы), с помощью которых признаки передаются следующему поколению.
В противоположность Ж. Ламарку Ж Кювье, исходя из особенностей строения нервной системы, сформулировал в 1812 г. учение о 4 "ветвях" (типах) организации животных: позвоночные, членистые, мягкотелые и лучистые. Между этими типами он не признавал никаких связей и переходов. В пределах типа позвоночных он различал 4 класса: млекопитающие, птицы, земноводные, рыбы. Описал большое число ископаемых форм и выявил принадлежность многих из них к определённым слоям земной коры. Ж. Кювье впервые предложил по ископаемым останкам определять возраст геологических слоёв, и наоборот. Основываясь на принципах "корреляции органов" и "функциональной корреляции", он разработал метод реконструкции ископаемых форм по немногим сохранившимся фрагментам скелета.
Отстаивая религиозные представления о сотворении и неизменности видов и отсутствии переходных форм между видами, он, для объяснения смены фаун и флор, наблюдаемых в последовательных геологических пластах, выдвинул теорию катастроф. В катастрофизме геологическая история Земли рассматривается как чередование длительных эпох относительного покоя и сравнительно коротких катастрофических событий, резко преображавших лик планеты. Согласно этой теории, в результате стихийных периодических бедствий на значительной части земного шара погибало всё живое, после чего его поверхность заселялась новыми формами, пришедшими из других мест. Концепция катастрофизма и неоднократных творческих актов согласовывалась с библейской концепцией творения мира. Благодаря идеям Ж. Кювье, широко распространились идеи о прогрессе в органическом мире и об эпизодических событиях, нарушающих однообразие в истории Земли. Это способствовало формированию представлений о сочетании эволюционного и скачкообразного развития50.
В 1830-33 г. был издан труд английского естествоиспытателя Ч. Лайелла "Основы геологии". В этой работе в противовес популярной в то время теории катастрофизма он разработал учение о медленном и непрерывном изменении земной поверхности под влиянием постоянных геологических факторов, действующих и в современную эпоху (атмосферные осадки, текучие воды, извержения вулканов и т. д.). Эволюционная теория Ч. Лайелла (актуализм) явилась крупным шагом на пути к материалистическому пониманию природы. Ч. Лайелл считал действующие на Земле силы постоянными по качеству и интенсивности, не видел их изменения во времени и связанного с этим развития Земли51.
6.3.2. Эволюционная теория естественного отбора
(Ч. Дарвин, А. Уоллес)52
Чарльз Дарвин в своем основном труде "Происхождение видов путем естественного отбора" (1859) обобщил эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики, на основе результатов собственных наблюдений во время путешествий, кругосветного плавания на корабле "Бигль", раскрыл основные факторы эволюции органического мира. В книге "Изменение домашних животных и культурных растений" (т .1-2, 1868) он изложил дополнительный фактический материал к основному труду, а в книге "Происхождение человека и половой отбор" (1871) выдвинул гипотезу происхождения человека от обезьяноподобного предка. В основе теории Дарвина - свойство организмов повторять в череде поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом - свойство наследственности.
Наследственность вместе с изменчивостью обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе эволюции живой природы. Одно из основных понятий своей теории эволюции - понятие "борьба за существование" - Дарвин употреблял для обозначения отношений между организмами, а также отношений между организмами и абиотическими условиями, приводящих к гибели менее приспособленных и выживанию более приспособленных особей.
Понятие "борьба за существование" отражает те факты, что каждый вид производит больше особей, чем их доживает до взрослого состояния, и что каждая особь в течение своей жизнедеятельности вступает во множество отношений с биотическими и абиотическими факторами среды.
Дарвин выделил две основные формы изменчивости:
1. Определенную изменчивость - способность всех особей одного и того же вида в определенных условиях внешней среды одинаковым образом реагировать на эти условия (климат, почву).
2. Неопределенную изменчивость, характер которой не соответствует изменениям внешних условий. В современной терминологии неопределенная изменчивость называется мутацией.
Мутация - неопределенная изменчивость в отличие от изменчивости определенной носит наследственный характер. По Дарвину, незначительные изменения в первом поколении усиливаются в последующих поколениях. Дарвин подчеркивал, что решающую роль в эволюции играет именно неопределенная изменчивость. Она связана обычно с вредными и нейтральными мутациями, но возможны и такие мутации, которые оказываются перспективными.
Неизбежным результатом борьбы за существование и наследственной изменчивости организмов, по Дарвину, является процесс выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции неприспособленных - естественный отбор.
Механизм естественного отбора в природе действует аналогично селекционерам, то есть складывает незначительные и неопределенные индивидуальные различия и формирует из них у организмов необходимые приспособления, а также межвидовые различия. Этот механизм выбраковывает ненужные формы и образовывает новые виды.
Тезис о естественном отборе наряду с принципами борьбы за существование, наследственности и изменчивости - основа дарвиновской теории эволюции.
Во времена Дарвина наследственность представляли как некое общее свойство организма, присущее ему как целому. В связи с этим шотландский исследователь Флеминг Дженкинс вошел в историю биологии, выдвинув возражения против теории Дарвина. Он считал, что новые полезные признаки некоторых особей данного вида должны быстро исчезнуть при скрещивании с другими, более многочисленными особями. Возражения Дженкинса сам Дарвин считал очень серьезными, окрестив их "кошмаром Дженкинса". Эти возражения были опровергнуты, только когда стало ясно, что аппарат наследственности сформирован отдельными структурными и функциональными единицами - генами.
Согласно Ч. Дарвину и А. Уоллесу, механизмом, с помощью которого из предсуществовавших видов возникают новые виды, служит естественный отбор. Эта гипотеза основана на трёх наблюдениях и двух выводах:
* Наблюдение 1. Особи, входящие в состав популяции, обладают большим репродуктивным потенциалом. Дарвин и Уоллес зафиксировали этот факт во многом благодаря работе Т. Мальтуса "Трактат о народонаселении". В ней Т. Мальтус привлёк внимание к репродуктивному потенциалу человека и отметил, что численность народонаселения возрастает по экспоненте.
* Наблюдение 2. Число особей в каждой данной популяции примерно постоянно. Численность всех популяций ограничивается или контролируется различными факторами среды, такими как пищевые ресурсы, пространство и свет. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда ещё может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается некое равновесие. Численность колеблется около этого равновесного уровня.
* Вывод 1. Многим особям не удаётся выжить и оставить потомство. В популяции происходит "борьба за существование". Непрерывная конкуренция между индивидуумами за факторы среды в пределах одного вида или между представителями разных видов приводит к тому, что некоторые организмы не смогут выжить или оставить потомство.
* Наблюдение 3. Во всех популяциях существует изменчивость. Огромный фактический материал, собранный во время путешествий Дарвином и Уоллесом убедили их в значимости внутривидовой изменчивости. Но они не смогли выявить источники всех этих форм изменчивости. Это позже сделает Г. Мендель.
* Вывод 2. В "борьбе за существование" те особи, признаки которых наилучшим образом приспособлены к условиям жизни, обладают "репродуктивным преимуществом" и производят больше потомства, чем менее приспособленные особи. Решающий фактор, определяющий выживание, - это приспособленность к среде. Любое, самое незначительное физическое, физиологическое или поведенческое изменение, дающее одному организму преимущество перед другим, будет действовать как "селективное преимущество". Благоприятные изменения будут передаваться следующим поколениям, а неблагоприятные отметаются отбором, так как они невыгодны организму. Вывод 2 содержит гипотезу о естественном отборе, который может служить механизмом эволюции.
Теория эволюции, предложенная Дарвином и Уоллесом, была расширена и разработана в свете современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии и этологии и получила название неодарвинизма. Его можно определить как теорию органической эволюции путём естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Чтобы признать эту теорию достоверной необходимо:
* Установить факт изменения форм жизни во времени (эволюция в прошлом).
* Выявить механизм, производящий эволюционные изменения (естественный отбор генов)
* Продемонстрировать эволюцию, происходящую в настоящее время (эволюция в действии).
Свидетельствами эволюции, происходившей в прошлом, служат ископаемые остатки организмов и стратиграфия. Данные о механизме эволюции получают путём экспериментальных исследований и наблюдений, касающихся естественного отбора наследуемых признаков и механизма наследования, демонстрируемого классической генетикой. Сведения о действии этих процессов в наше время даёт изучение популяций современных организмов, результаты искусственного отбора и генной инженерии.
Пока не существует твёрдо установленных законов эволюции. Мы обладаем лишь хорошо подкреплёнными фактическими данными из области палеонтологии, географии распространения видов, системы классификации К. Линнея, селекции растений и животных, сравнительной анатомии, сравнительной эмбриологии, сравнительной биохимии гипотезами, которые в совокупности составляют достаточно обоснованную теорию53.
6.3.3. Номогенез как альтернатива дарвинизму и как его дополнение
Само понятие номогенез, и аргументы в пользу того, что, вопреки Дарвину, эволюция отнюдь не случайный, но закономерный процесс подробно обосновал Л. С. Берг в своих классических работах 20-х годов, из которых главная и наиболее известная - "Номогенез, или эволюция на основе закономерностей". Берг формулирует проблему так:
* Является ли эволюция случайным процессом, который обусловлен лишь двумя факторами: хаотическими мутациями и естественным отбором, или же эволюция - это процесс в своей основе закономерный, выявление некоторой тенденции, имманентного* закона, который и направляет ее ход?
В такой постановке вопрос может показаться не вполне корректным и даже беспредметным, ведь и случайные в своей основе процессы могут подчиняться весьма строгим статистическим законам. Более точно его суть можно уяснить из простой аналогии:
хотя на развитие отдельного оргaнизмa влияет множество случайных факторов, но нет сомнения и в том, что главным, определяющим является фактор внутренней информации, заложенной в генах. Вся его история, curriculum vitae*, есть рaзворaчивaние, реaлизaция программы, от которой только и зависит, что же вырастет, например, из данного семени береза или сосна.
Вся эволюция биосферы есть, согласно Бергу разворачивание, какого-то закона, или может быть правильнее сказать, многовариантной программы, в которой содержатся и многочисленные способы ее реализации. Поэтому Берг и назвал свою концепцию номогенезом, противопоставив ее дарвиновской концепции "тихогенеза", то есть развитию, основанному на случайности. Можем ли мы сегодня, хотя бы в самых общих контурах представить себе, как же выглядит этот закон? Нет, но наше незнание вовсе не означает, что такого закона нет.
Представим себе, что некий математик, исследующий таблицы случайных чисел, с удивлением обнаруживает в них устойчивые повторения, "мотивы", "ритмы и рифмы", "гомологии", присутствие которых никак нельзя объяснить игрой случая. Пусть далее нечто подобное он сможет найти и в других последовательностях, полученных с помощью независимых и различных по устройству генераторов. Какую гипотезу вправе выдвинуть такой математик? Он может, прежде всего, предположить, что исследуемые им ряды вовсе не случайны, но есть достаточно замысловатое проявление неизвестной ранее природной закономерности.
В своих работах Берг суммирует огромный фактический материал, накопленный уже к началу 20 века, который и свидетельствует в пользу номогенетической природы эволюции. Этот материал говорит о присутствующих в системе форм живого многочисленных "ритмах и рифмах", которые невозможно назвать случайными. В качестве примера приведём факт так называемого предварения признаков (филогенетическое ускорение). Известно, что в эмбриональной фазе наблюдаются признаки тех стадий, через которые предположительно прошла эволюция данной группы. В свое время Э. Геккель, горячий сторонник и пропагандист дарвинизма, сформулировал правило, получившее название биогенетического закона: онтогения повторяет филогению. Почему-то считается, что он служит прямым аргументом в пользу дарвиновской концепции, хотя его можно понимать лишь как свидетельство того, что эволюция вообще имеет место, в чем, конечно же, мало кто сомневается.
Гораздо реже обсуждается факт, что имеет место и обратное, симметричное по времени явление: "индивидуальное развитие может не только повторять филогению, но и предварять ее". Это правило применимо не только к отдельным организмам, но и к целым их группам: филогения какой-либо группы может опережать свой век, осуществляя формы, которые в норме свойственны более высоко стоящим в системе организмам. Это значит, что признаки, которые появляются в результате предварения, не могли получиться как результат действия дарвиновского механизма. Как индивидуальное развитие, эволюция есть процесс разворачивания, реализации уже существующей программы.
Номогенетическое направление в теории эволюции аналогично номотетическому* в систематике. Для лучшего понимания полезно сказать несколько слов о классификации вариантов эволюционных теорий:
* номогенетический - наличие специфических законов развития или ограниченности формообразования;
* эктогенетический - роль внешних факторов в эволюции;
* телогенетический - роль активной адаптации.
Теорию номогенеза можно разделить на два направления:
Учение об ограниченности формообразования.
Изменчивость во времена Дарвина считалась неограниченной, подобно "восковой пластичности". Это доказывалось тем, что любой признак показывал большую или меньшую изменчивость. Задолго до Менделя заметили, что при плодовитом скрещивании наблюдается какая-то особенно расшатанная изменчивость, как будто не подчиняющаяся никаким законам. Мендель этот мнимый хаос подчинил строгим математическим законам: при этом вместо восковой пластичности, допускающей бесконечно большое число возможных модальностей, мы получаем не только конечное, но даже не очень большое число их. Несколько поднявшись по таксономическому уровню, мы встречаем закон гомологических рядов Н. И. Вавилова (1920).
Третьей формой номогенеза в этом понимании можно считать то, что называется биохимическим номогенезом, например, биохимические отличия первично- и вторичноротых. Важное вещество, используемое первичноротыми для построения наружного скелета - хитин - полностью отсутствует в двух главных типах вторичноротых - у иглокожих и позвоночных. У иглокожих и позвоночных развивается внутренний известковый скелет на соединительно-тканной основе и сгибаемость корпуса или антимер получается от сочленения внутренних известковых элементов или позвонков (позвоночный столб позвоночных и руки).
Наконец, четвертую форму номогенеза в смысле ограниченности формообразования можно назвать телогенетическим номогенезом, то есть сходным разрешением определенных задач, независимо от природы факторов, осуществляющих это разрешение. Это явление давно известно (сходство ихтиозавров, дельфинов и рыб, глаз позвоночных и головоногих), но вся широта осознается недостаточно и некоторые интересные направления мало известны.
Учение об ограниченности формообразования намечает возможности прогноза форм живых существ на других планетах. Здесь наблюдается огромный разнобой мнений от допущения вероятности возникновения и существования организмов, настолько близких человеку, что возможно продуктивное скрещивание, до отрицания какого-либо предвидения особенностей строения инопланетных существ. Первая крайность вряд ли может защищаться серьезным биологом, но такие образования, как, скажем, ДНК, хромосомы, клетка, кишечник, метамерия, конечности, хитин, возникают или могут возникать в очень сходном виде не только параллельно, но и конвергентно*. Принципиальная возможность существования растений и животных на других планетах не отрицается, следовательно, для высших таксонов мыслимо самостоятельное возникновение.
Можно предположить, что типы, а может быть и некоторые классы, могут возникнуть самостоятельно, и на далеких планетах мы вправе ожидать встречи с организмами, которые мы отнесем к простейшим, кишечнополостным, аннелидам, членистоногим и даже насекомым. Встретив на другой планете разумное существо, мы, конечно, отличим его от человека. Но, скорее всего, кое-какие признаки сходства будут: у него впереди будет голова, в которой будет развитой мозг, будут парные глаза, построенные согласно требованиям геометрической оптики, будут парные конечности, передние конечности будут орудиями труда, а не передвижения, значит, будут иметь подобие пальцев, хотя число и строение этих пальцев могут быть совершенно отличными от наших. Одно из названий геометрии Лобачевского было "воображаемая геометрия". Сейчас назрела надобность в "воображаемой биологии"
Учение о направленных путях развития.
Ограниченность формообразования не накладывает никаких ограничений на форму путей развития. Но наряду с ненаправленной, зигзагообразной эволюцией, которая, несомненно, существует на низшем уровне эволюции, существуют и направленные формы, которые давно обозначались разными терминами, особенно популярен термин "ортогенез", или прямолинейное развитие. Ортодоксальные дарвинисты резко критиковали теорию ортогенеза: отрицалось, что ортогенез есть главный и даже единственный модус эволюции, и это возражение вполне резонно; критиковалось причинное объяснение ортогенеза как результата воздействия внешних условий и предлагался другой термин - "ортоэволюция"; указывались случаи развития по спирали, где говорить о прямолинейном развитии не приходится; наконец, так как главное свидетельство ортогенеза - параллельное развитие - получает все более мощную фактическую поддержку, дарвинисты пытаются спасти положение, объясняя этот параллелизм селекцией в том же направлении, предложив термин "ортоселекция".
Конечно, термины "ортоселекция", "ортогенез" и прочие не вполне точны. Но есть и другая форма номогенетического направленного развития, которую можно назвать номогенезом только в начальной стадии, подобно тому, как ядро летит из пушки первое время почти по прямой линии. Эта форма развития заключает три отрезка:
1. Очень быстрая прогрессивная эволюция, частный случай - ароморфозы по терминологии А.Н. Северцева;
2. Переход вертикальной линии в горизонтальную - консервативная эволюция;
3. Идиодаптация Северцева - это частный случай, а не общий закон, так как эволюция может и не быть адаптивной;
регрессивный этап: потеря изменчивости, регрессивное развитие и вымирание. Видимо, в ряде случаев возможен выход из тупика эволюции путем педогенеза* или иначе.
6.3.4. Вид и видообразование
Единицей классификации, как для растений, так и для животных, служит вид. Можно в самом общем смысле определить вид как популяцию особей, обладающих сходными морфологическими и функциональными признаками, имеющих общее происхождение и в естественных условиях скрещивающихся только между собой.
Можно также определить вид как совокупность популяций, внутри которых возможно скрещивание или как группу популяций с общим генофондом. Любое из этих определений подразумевает как главное: один вид отделён от другого репродуктивной преградой, между ними невозможно скрещивание.
Решить проблему видообразования - значит, объяснить каким образом элементарные эволюционные изменения в популяции могут привести к образованию новых видов, родов, семейств и отрядов и как возникают преграды, препятствующие скрещиванию между зарождающимися видами. Всякий фактор, затрудняющий скрещивание между группами или организмами, называется изолирующим механизмом.
Один из самых обычных видов изоляции - это географическая изоляция, при которой группы родственных организмов бывают разделены какой-то физической преградой. Например, в горах на данную площадь обычно приходится больше разных видов, чем на такую же площадь на равнине. Как правило, географическая изоляция не бывает постоянной: разобщённые близкородственные группы иногда вновь встречаются и могут продолжить скрещивание, если только за это время между ними не возникло генетической изоляции, то есть стерильности при скрещивании. Генетическая изоляция бывает обусловлена мутациями, возникающими случайно, независимо от других мутаций, влияющих на морфологические или физиологические признаки. Поэтому в одних случаях она может наступить очень нескоро, когда длительная географическая изоляция создаст заметные различия между двумя группами организмов, а в других случаях может возникнуть в пределах одной, во всём остальном гомогенной группы.
Обычно потомки от скрещивания между разными видами бывают стерильны, однако, иногда в результате гибридизации представителей двух разных, но очень близких видов, возникает новый вид. Гибридная форма может объединить в себе лучшие признаки обоих родительских видов, в результате чего получится новая форма, лучше приспособленная к среде, чем каждая из исходных форм или, наоборот, - худшие признаки с соответствующим исходом.
Изоляция, необходимая на начальных стадиях видообразования, может обеспечиваться не только географическими преградами между популяциями: иногда обособленные группировки особей возникают в пределах одной популяции, и это может привести к формированию новых видов. Такой способ видообразования называется "симпатрическим" (от латинских слов sim - вместе и patria - родина). Этот способ отличается от предыдущего только факторами изоляции, причины же, приводящие к морфологической дивергенции и становлению системы изолирующих механизмов, те же, что и в случае географического видообразования.
При экологическом видообразовании изолирующим фактором являются естественный отбор (особая его форма - дизруптивный или раздробляющий отбор) в сочетании с неоднородностью среды обитания. Для успешного завершения процесса видообразования изоляция должна быть как можно более полной и существовать длительное время. Эти условия в природной обстановке трудновыполнимы, поэтому примеры экологического видообразования довольно редки.
Теоретически экологическое видообразование может происходить и при отсутствии первичной изоляции между зарождающимися видами. Для этого необходимо, чтобы в популяции действовал дизруптивный отбор, непосредственно направленный на формирование системы изолирующих механизмов. Такой вывод сделан на основе анализа компьютерных моделей и подтверждается в экспериментах с плодовой мушкой дрозофилой. Вероятно, что именно таким образом - в результате экологического видообразования без первичной изоляции - произошли комплексы близкородственных видов рыб в изолированных озерах.
6.3.5. Проблемы видообразования
Эволюция каждой данной формы живых организмов происходит на протяжении многих поколений. За это время многие особи рождаются и умирают, но популяция сохраняет непрерывность. Таким образом, эволюционирующей единицей оказывается не особь, а популяция. Популяция сходных особей, живущих на ограниченной территории и скрещивающихся между собой, называется демом или генетической популяцией. Следующей более крупной категорией служит вид, состоящий из ряда слабо разграниченных демов.
В природе демы и виды имеют тенденцию оставаться неизменными на протяжении многих поколений. Такая неизменность означает, что за это время не произошло никаких изменений ни в генетической конституции дема, ни в условиях окружающей среды влияющих на выживание данных организмов. Каждая популяция характеризуется определённым генофондом. Каждая особь в популяции в генетическом отношении уникальна.
Процесс видообразования должен состоять из двух неразрывных составляющих:
1. Отклонения формы (центробежная составляющая).
2. Удержания формы - (центростремительная составляющая).
Образование новой формы - как таксономической реальности представляет собой результат взаимодействия этих двух процессов.
Отсюда два вопроса:
1. Первый вопрос - какова природа изменчивости, то есть что является ее внутренним источником, каковы ее свойства, и что провоцирует изменчивость (в данном контексте, какие внешние обстоятельства).
2. Второй вопрос - (особенно важный при принятии идеи трансформизма) - как удерживается фактическое разнообразие, то есть, что определяет постоянство формы в поколениях - на исторической и, более того, геологической шкале.
Можно говорить о "внутренних" причинах и "внешних" условиях видообразования. Два факта - факт разнообразия форм (видов, пород, сортов, особей) и факт постоянства формы в одной генеалогической линии - привели к пониманию изменчивости и наследственности как двух независимых основополагающих факторов, в принципе определяющих возможность такого изменения форм, которое приводит к дискретному и устойчивому во времени разнообразию таксонов. В процессуальном плане изменчивость и наследуемость выступают как факторы центробежный (меняющий) и центростремительный (удерживающий). Их сложное взаимодействие определяет процесс и конечный результат (устойчивое изменение). Эти факторы называют "внутренними" причинами видообразования.
Есть "внешние условия", благоприятствующие (провоцирующие) или неблагоприятствующие (подавляющие - избирательно или тотально) фенотипическую изменчивость. Это:
а) демографический фактор, часто сопряженный с географическим или биотопическим фактором (в сумме - пространственное обособление малой группы или - появление малого изолята);
б) экологический фактор (физическая и репродуктивная выживаемость формы в конкретном экологическом контексте). Последний фактор выступает как мера достаточного соответствия формы среде обитания и как элиминирующий отбор при отсутствии такого соответствия.
Отношение к "внутренним" и "внешним" факторам видообразования в разных концепциях меняется. Это отношение и определяет суть концепций, то есть, их концептуальный арсенал, смысловое значение центральных понятий (часто одних и тех же терминологически) и лексические приемы.
6.4. Теория наследственности
Соотношение доминантных и рецессивных признаков. Закон доминирования Г. Менделя. ( Хромосомная теория наследственности. Хромосомы. ДНК. Типы клеток. Геном. Введение понятий "ген", "генотип", "фенотип" (В. Иогансен)( Структура гена. Расшифровка генетического кода (Г. Гамов, Ф. Крик, М. Ниренберг). ( ДНК, её роль в передаче наследственной информации (Ф. Крик, Д. Уотсон). ( Клеточная теория (Т. Шван, М. Шлейден). Клетка - самовоспроизводящаяся химическая система. Органеллы. ( Биогенетический закон (Э. Геккель, Ф. Мюллер). Эмбриогенез. Роль формообразования в развитии организма.

Теория наследственности, начатая пионерскими работами Г. Менделя в XIX веке и продолженная в наши дни на уровне практического вмешательства человека в наследственную структуру организмов, продолжает стремительно развиваться. Спецификой развития теории наследственности в наши дни является её естественнонаучный характер, основанный на экспериментальном исследовании и конструировании живых организмов. Биотехнологии превращаются в весомую часть структур мирового промышленного производства. Биоинженерия стоит на пороге, вероятно, непредсказуемых по своим последствиям открытий. Философское, этическое, экологическое осмысление уже открытого и реализуемого и тем более ещё не открытого существенно отстают и сегодня не способны нормативно определять те или иные аспекты развития биоинженерии.
6.4.1. Закон доминирования Г. Менделя
После повсеместного распространения учения Ч. Дарвина одним из первых критиков, указавших на слабое место в теории, был шотландский исследователь Ф. Дженкинс. В 1867 г. он заметил, что в дарвиновской теории нет ясности в вопросе о том, как осуществляется накопление в потомстве тех или иных изменений. Ведь сначала изменения признака происходят только у некоторых особей. После скрещивания с нормальными особями должно наблюдаться не накопление, а разбавление данного признака в потомстве. То есть в первом поколении остаётся 1/2 изменения, во втором - 1/4 изменения и т. д. вплоть до полного исчезновения этого признака. Ч. Дарвин так и не нашёл ответа на этот вопрос.
Между тем решение этого вопроса существовало. Его получил преподаватель монастырской школы в Брно (Чехия) Г. Мендель. В 1865 году были опубликованы результаты его работ по гибридизации сортов гороха, где были открыты важнейшие законы наследственности. Автор показал, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами.
Он ещё до выхода в свет книги Ч. Дарвина хотел проследить судьбу изменений генотипов в разных поколениях гибридов. Объектом исследования стал горох. Мендель взял два сорта гороха - с жёлтыми и с зелёными семенами. Скрестив эти два сорта, он обнаружил в первом поколении гибридов горох только с жёлтыми семенами. Путём самоопыления полученных гибридов он получил второе поколение. В нём появились особи с зелёными семенами, но их было заметно меньше, чем с жёлтыми. Подсчитав число тех и других, Мендель пришёл к выводу, что число особей с желтыми семенами относится к числу особей с зелёными как приблизительно 3:1.
Параллельно он проводил серию других опытов с растениями, прослеживая какой-либо признак в нескольких поколениях. В каждом опыте в первом поколении проявлялся только один из родительских признаков. Мендель назвал его доминантным. Временно исчезающий признак он назвал рецессивным. Во всех опытах отношение числа особей с доминантным признаком к числу особей с рецессивным признаком среди гибридов второго поколения было в среднем равно 3:1.
Итак, можно было утверждать, что при скрещивании растений с противоположными признаками происходит не разбавление признаков, а подавление одного признака другим, в связи с этим необходимо различать доминантные и рецессивные признаки.
Мендель пошёл в своих экспериментах дальше. Он произвёл самоопыление гибридов второго поколения и получил гибриды третьего, а затем и четвёртого поколения. Он обнаружил, что гибриды второго поколения с рецессивным признаком при дальнейшем размножении не расщепляются ни в третьем, ни в четвёртом поколениях. Так же ведёт себя примерно треть гибридов второго поколения с доминантным признаком. Две трети гибридов с доминантным признаком расщепляются при переходе к гибридам третьего поколения, причём опять-таки в отношении 3:1. Получившиеся при этом расщеплении гибриды третьего поколения с рецессивным признаком и треть гибридов с доминантным признаком при переходе к четвёртому поколению не расщепляются, а остальные гибриды третьего поколения расщепляются, причём снова в отношении 3:1.
Этот факт демонстрирует важное обстоятельство: особи с одинаковыми внешними признаками могут обладать разными наследственными свойствами, то есть по фенотипу нельзя судить с достаточной полнотой о генотипе. Если особь не обнаруживает в потомстве расщепления, то её называют гомозиготной, если обнаруживает - гетерозиготной54.
В итоге Г. Менделем был сформулирован закон единообразия гибридов первого поколения: первое поколение гибридов в силу проявления у них лишь доминантных признаков всегда единообразно. Этот закон носит также название первого закона Менделя или закона доминирования. Однако результаты его исследований оставались практически неизвестными почти 35 лет - с 1865 по 1900.
6.4.2. Хромосомная теория наследственности
В 1900 году законы Менделя были переоткрыты независимо сразу тремя учеными - Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. В 1909 датский ученый В. Иогансен ввёл понятие "ген" (от греч. слова "происхождение"). К настоящему времени установлено, что ген - единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака, то есть единица наследственной информации - представляющая собой участок молекулы ДНК.
Хромосомы - это структурные элементы ядра клетки, которые состоят из молекулы ДНК и белков, содержат набор генов с заключенной в них наследственной информацией.
Хромосомная теория наследственности, разработанная в 1910-1915 годах в трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г. Дж. Меллера и других утверждает, что передача признаков и свойств организма от поколения к поколению (наследственность) осуществляется в основном через хромосомы, в которых расположены гены.
В 1944 году американскими биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось быстрое развитие науки, исследующей основные проявления жизни на молекулярном уровне. Тогда же впервые появился новый термин для обозначения этой науки - молекулярная биология. Молекулярная биология исследует, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных молекул (главным образом белков и нуклеиновых кислот).
В 1953 году была расшифрована структура ДНК (Ф. Крик, Д. Уотсон). Расшифровка структуры ДНК показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных* полинуклеотидных* цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Свойство удвоения ДНК обеспечивает явление наследственности.
Расшифровка структуры ДНК была революцией в молекулярной биологии, которая открыла период важнейших открытий, общее направление которых - выработка представлений о сущности жизни, о природе наследственности, изменчивости, обмена веществ. В соответствии с молекулярной биологией, белки - это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются аминокислоты. Структура белка задается последовательностью образующих его аминокислот. При этом из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех организмов используется только двадцать. До сих пор не ясно, почему именно эти 20 аминокислот синтезируют белки органического мира. Вообще, в любом существе, живущем на Земле, присутствуют 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и 1 фосфат.
К концу XIX века в результате повышения оптических качеств микроскопов и совершенствования цитологических методов стало возможно наблюдать поведение хромосом в гаметах* и зиготах*.
Различают два типа клеток - половые клетки (гаметы) и соматические. В ядре каждой клетки находятся нитевидные хромосомы, представляющие собой гигантские молекулы ДНК в соединении с молекулами белков. В молекулах ДНК содержится вся информация, определяющая генотип данного организма. Отдельные участки хромосомы, ответственные за те или иные наследственные признаки, называются генами. Каждая хромосома содержит несколько сотен генов.
Каждому виду соответствует определённый набор хромосом, определяемый количеством хромосом и их генными характеристиками. Например, у овса 42 хромосомы, у плодовой мушки дрозофилы 8, у шимпанзе 48, у человека 46 хромосом. Ядро каждой соматической клетки содержит полный набор хромосом, соответствующий данному виду. То есть в каждой клетке организма содержится вся наследственная информация.
В то же время каждая гамета (половая клетка) имеет в два раза меньше хромосом, чем соматическая клетка. В хромосомный набор соматической клетки входят две половые хромосомы. У женских особей обе половые хромосомы одинаковые (две Х-хромосомы). У мужских особей половые хромосомы разные (X-хромосома и Y-хромосома). Неполовые хромосомы, имеющиеся в соматической клетке, разбиваются на пары. Попавшие в одну пару хромосомы (гомологичные) очень похожи друг на друга. Каждая содержит одно и то же число генов, одинаковым образом расположенных на хромосомных нитях и отвечающих за одни и те же виды признаков.
Например, у гороха есть пара гомологичных хромосом, каждая из которых содержит ген окраски семян. У этого гена есть две разновидности (аллели) - доминантная и рецессивная, соответственно существуют доминантный и рецессивный аллели. Далее, если в обеих гомологичных хромосомах рассматриваемый ген представлен одинаковыми аллелями, то данная особь гомозиготна по рассматриваемому признаку. Если же в одной хромосоме содержится один аллель, а в другой гомологичной хромосоме другой, то данная особь гетерозиготна. В её фенотипе проявляется признак, отвечающий доминантному аллелю.
Гамета имеет только одну половую хромосому. У женской особи это всегда X-хромосома. У мужской особи это может быть Х или Y-хромосома. Кроме единичной половой хромосомы гамета содержит по одной хромосоме из каждой пары гомологичных хромосом. При оплодотворении мужская гамета сливается с женской. Оплодотворённая женская гамета (зигота) имеет полный хромосомный набор. В каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома получена от отца, а другая от матери. Организм развивается из зиготы посредством клеточных делений. В каждом случае делению клетки предшествует дублирование (удвоение) всех хромосом, содержащихся в ядре клетки. В результате ядро каждой соматической клетки организма содержит тот же самый набор хромосом и генов, какой имела зигота55.
Генетический материал всех живых существ состоит из ДНК - молекулярного волокна длиной до нескольких сантиметров, состоящего из нуклеотид, отличающихся друг от друга наличием одного из четырёх оснований: аденина А, цитозина С, гуанина G, и тимина Т. Эти нуклеотиды обладают фундаментальным свойством комплементарности. Так основанию А соответствует основание Т, а основанию С - основание G. Стабильная форма ДНК представляет собой спираль из двух комплементарных цепей. Свойство комплементарности играет главную роль в репликации генетического материала, а также в экспрессии генов.
У человека геном образуют примерно 3·109 (три млрд.) нуклеотид, составляющих 23 различные нити ДНК, сжатые в компактные образования окружающими их белками и образующие 23 хромосомы. В зависимости от размеров каждая хромосома содержит текст, состоящий из 100-300 млн. "букв" А, С, G, Т. В каждой клетке нашего тела содержатся два почти идентичных экземпляра каждой хромосомы (диплоидное состояние): одна хромосома представляет собой копию отцовской хромосомы, другая - материнской. И только в половых клетках (гаметах) находится по одной копии каждой хромосомы (гаплоидное состояние).
6.4.3. Структура гена. Расшифровка
генетического кода
Как особенности живых организмов передаются их потомкам? Материальные основы наследственности стали проясняться около 50 лет назад, когда Ф. Крик и Дж. Уотсон расшифровали строение ДНК. Задолго до этого биологи, изучая передачу наследственных признаков при скрещивании, поняли, что каждый признак определяется отдельной частицей, которую назвали геном. Оказалось, что гены лежат в ядре клетки, в хромосомах. После открытия роли ДНК и механизма синтеза белков стало ясно, что ген - это участок цепочки ДНК, на котором записано строение молекулы определённого белка. В некоторых генах всего 800 пар нуклеотид, в других - около миллиона. У человека всего около 90 тыс. генов.
Каждая прядь молекулы ДНК представляет собой цепочку из четырёх типов звеньев - нуклеотид, повторяющихся в разном порядке. Нуклеотиды обычно считают парами, так как в молекуле ДНК две цепочки и их нуклеотиды соединены поперечными связями попарно. Четыре сорта нуклеотид, четыре "буквы" позволяют записать генетический текст, который прочитывается механизмами синтеза белка в живой клетке. Группа из трёх стоящих подряд нуклеотид, действуя через довольно сложный механизм передачи, заставляет рибосому - внутриклеточную частичку, занимающуюся синтезом белков - подхватывать из цитоплазмы определённую аминокислоту. Затем следующие три нуклеотида через посредников диктуют рибосоме, какую аминокислоту ставить в цепочку белка на следующее место и так постепенно получается молекула белка. Информации, записанной в ДНК тройками пар нуклеотид, достаточно для построения нового организма со всеми его особенностями.
Генетическая информация хранится в виде последовательности нуклеотид. Она передаётся в клетке от ДНК к РНК. В процессе этой реакции воспроизводится часть последовательности ДНК, ген и синтезируется матричная РНК. Последовательность матричной РНК, состоящей только из одной цепи, является комплементарной последовательности нуклеотид кодирующей её цепи ДНК.
Зародилась новая отрасль генетики - геномика, изучающая целые геномы. До недавнего времени на основе достижений молекулярной биологии и генной инженерии удалось прочитать генетические тексты вирусов грибков, дрожжевых бактерий и, наконец, в 1998 году после 8 лет напряженной работы удалось прочитать геном многоклеточного животного - нематоды (маленького червячка, обитающего в почве). Расшифрован геном человека. Геном нематоды состоит из примерно 100 миллионов пар нуклеотид. Геном человека состоит из 3 миллиардов пар. Создана международная программа "Геном человека". Лаборатории в разных странах сообщают данные о расшифровке нуклеотид (секвенировании) в Международный банк данных, доступных каждому исследователю56.
Ее результаты существенны для понимания происхождения человека и других видов, эволюции молекул и клеток, взаимодействия информации с потоками веществ и энергии в живых системах. Сегодня ученые полностью расшифровали структуру и расположение всех генов, присутствующих в человеческом организме. Но потребуется значительное время и средства, чтобы понять законы функционирования генов - партитуру, которая превращает солистов (гены) в слаженный оркестр.
6.4.4. ДНК, её роль в реализации наследственной
информации
Эпоха биоинформатики началась после открытия Уотсоном и Криком (1953 г.) двойной спирали ДНК и генетического кода Ниренбергом (1961 г). Комплементарность (взаимодополняемость) двух цепей ДНК дала ключ к пониманию связи структуры и функции (физическая устойчивость спирали с матричным копированием). В биологии появился мир ДНК, РНК и белков, объединенный единым линейным словарем. Если ДНК хранит нереализованную информацию в линейных генах, то мир РНК и белков является мастерской, реализующей пространственный проект клетки.
Главное свойство структуры ДНК, установленное Уотсоном и Криком, заключается в том, что цепи двойной спирали располагаются одна относительно другой совершенно определённым образом: напротив основания G одной цепи обязательно находится основание С другой цепи, а напротив А - Т (химической причиной этого является наличие водородной связи между размещающимися друг против друга парами оснований). Это означает, что, определив последовательность оснований в одной цепи, можно автоматически узнать последовательность оснований в другой. Перед делением клетки двойная спираль молекулы ДНК разделяется на две цепи, каждая из которых достраивается по принципу комплементарности и образует две копии, идентичные исходной молекуле. В процессе репликации иногда возникают "сбои": запись не той "буквы" или её утрата. Это мутации - основа изменчивости
Вышеупомянутая программа "Геном человека" была создана в первую очередь для расшифровки всех "текстов" ДНК, которую окрестили "Библией Жизни". Каждая клетка человека содержит двойную нить ДНК из 3 млрд. нуклеотид длиной почти 2 метра. Согласно последним уточненным данным ДНК человека содержит около 4 млрд. "кирпичей". Известный генетик Валерий Сойфер подсчитал, что если всю ДНК клеток одного человека выстроить в линию, то эта нить достигнет Солнца! Между тем вся биологическая информация разбросана крошечными "островками" смысла, вкрапленными в "океаны" бессмыслицы и информационной "пустоты" материнских и отцовских хромосом. Всего 3% территории ДНК работают в режиме программного обеспечения; 97% ДНК не являются источником информации, но этот уникальный каркас выполняет функции копировальной машины.
В эволюции многих видов ДНК непропорционально растет "черными дырами" и "пустотами" на один "джентльменский набор" из 50.000-70.000 генов. На первый взгляд природа нарушила в случае с ДНК важнейший закон молекулярной экономии: ведь каждой клетке нужно тратить много энергии и средств для упаковки двух метров ДНК в крошечный объем клеточного ядра, который человеческий глаз уже не видит. Почему даже в ДНК крохи "смысла" уравновешены избытком "бессмыслицы"? Зачем так настойчиво хранится и материализуется огромный резерв ДНК, который не работает в клетке? Пока это непонятно.
Еще недавно полагали, что специализированная клетка выживает с помощью 10.000-15.000 генов. Эти оценки оказались завышенными. Например, в скелетной мышце экспрессировано (прочитано) 1078 генов. Все "мышечные" гены сконцентрированы на пяти хромосомах, однако наиболее важные гены находятся на 17-й, 19-й и 10-й хромосоме. Всего 4% генов обеспечивают уникальный фенотип мышечных клеток, тогда как остальные гены обеспечивают стандартное программирование, почти универсальное для всех специализированных клеток. Как такое малое число генов обеспечивает почти бесконечное функциональное разнообразие клеток?
Оказалось, что лишь с ДНК и РНК клетка работает как редактор линейных текстов. Однако практически в каждой специализированной клетке были найдены серьезные несоответствия между репертуаром белков и мРНК (копий генов) в цитоплазме. Оказалось, что специальные биохимические машины позволяют прочитывать и комбинировать разными способами текст одной и той же матрицы-заготовки. Поэтому одна и та же молекула мРНК дает от 5 до 20 разных белков за счет комбинаторики составляющих единиц. В мире белков клетка трудится, как архитектор, строя по двухмерным чертежам трехмерные архитектурные ансамбли.
Для этого природа создала большое количество "розеток" и "вилок" на поверхности белков. Стыковочные модули увеличивают во много раз варианты сборки белков в комплексы. С максимальной изощренностью заполняется микропространство клетки "конвейерами" и "машинами". Вот почему в каждой клетке "репертуар" белковых машин на порядок больше, чем "репертуар" исходных белков. Каждая клетка - выдающийся образец микрозодчества, сочетающего законы искусства с передовыми технологиями. Современная микроэлектроника делает первые шаги в направлении того качества и эффективности, которые обеспечивают каждодневную рутину жизни клеток.
6.4.5. Клеточная теория (Т. Шван, М Шлейден)
Клетки - это структурные и функциональные единицы живых организмов. Подобное представление, известное как клеточная теория, сложилась постепенно в XIX веке в результате микроскопических исследований. Можно вполне убедительно обосновать клеточную основу жизни. Клетка представляет собой самовоспроизводящуюся химическую систему. Для того, чтобы поддерживать в себе необходимую концентрацию химических веществ, эта система должна быть физически отделена от своего окружения, и вместе с тем она должна обладать способностью к обмену с этим окружением, то есть способностью поглощать те вещества, которые требуются ей в качестве "сырья", и выводить наружу отходы.
Все клетки живых организмов содержат цитоплазму и генетический материал в форме ДНК. ДНК регулирует жизнедеятельность клетки и воспроизводит самое себя, благодаря чему образуются новые клетки. Во времена Дарвина клетку считали пузырьком, заполненным химическими веществами, который мог образоваться самопроизвольно из органических компонентов. В 1839 г. чешский физиолог Пуркинье предложил термин протоплазма для обозначения живого содержимого клеток. В ту пору в протоплазме трудно было что-либо разглядеть. Однако в настоящее время ясно, что клетка представляет собой очень сложный биохимический механизм, состоящий из более мелких обособленных структур, выполняющих каждый свою "работу". Они были названы органеллами. Как возникла эта структура, неизвестно, и представить её постепенное возникновение в процессе эволюции довольно сложно. Кратко охарактеризуем некоторые наиболее значимые органеллы протоплазмы клетки:
Рибосомы синтезируют белковые молекулы, пользуясь молекулами информационной РНК как матрицами. Они являются самыми мелкими органеллами. Они присутствуют как в прокариотических, так и в эукариотических клетках.
Эндоплазматический ретикулум состоит из сети мембран, которые образуют отсеки, где проходит синтез и транспортировка синтезируемых в клетке веществ.
Ядро содержит наследственный материал клетки в виде ДНК, в которой записана информация, необходимая для функционирования клеточного механизма. Репликация ДНК представляет собой сложный и многостадийный молекулярный процесс. Ядро имеется во всех эукариотических клетках.
В ядрышках происходит частичный синтез рибосом.
Микротрубочки образуют сложную сеть, определяющую форму клетки, как бы клеточный скелет. Они же позволяют клетке передвигаться и менять очертания.
Лизосомы содержат ферменты, разрушающие вещества, которые мешают жизнедеятельности клетки.
Хлоропласты, находящиеся в клетках растений, осуществляют фотосинтез, то есть преобразовывают солнечную энергию в энергию химических связей в молекулах сахара.
В клеточную мембрану встроено множество сложных белковых молекул, регулирующих её проницаемость и осуществляющих процессы обмена клетки с окружающей средой.
Митохондрии - это химические фабрики, генерирующие энергию клетки в процессах управляемого разложения молекул питательных веществ.
1.4.6. Биогенетический закон
Этот закон сформулировал Э. Геккель в 1866 г. на основе идей Ч. Дарвина и исследований Ф. Мюллера. Поэтому он носит название биогенетического закона Э. Геккеля - Ф. Мюллера. Биогенетический закон в 1910 г. существенно уточнил А. Н. Северцев (1866 - 1936), создавший теорию филэмбриогенеза.
Согласно этому закону, зародыши в процессе развития повторяют в несколько сокращённом виде эволюционный путь, пройденный их предками, то есть существует сходство между эмбриональным развитием и эволюционным процессом. В настоящее время установлено, что зародыши высших форм животных сходны с зародышами низших форм. Ранние стадии развития зародыша удивительно сходны у всех позвоночных, и нелегко отличить зародыш человека от зародыша свиньи, цыплёнка, лягушки или рыбы. Повторение (рекапитуляция) в онтогенезе филогенетических черт может быть неполным, с определенными искажениями, связанными с дальнейшими эволюционными преобразованиями, в частности могут повторяться особенности соответствующих фаз развития предковых форм.
Эмбриогенез - удивительная вещь. Из генетической линейной структуры ДНК получается трехмерный организм. Как - до сих пор никто не знает. Существует линейная запись генетического кода в молекулах ДНК, она представляет собой запись последовательности аминокислот для молекул различных белков. Аминокислоты собираются в белки. Но ген - это линейная структура, в них нет записи формы уха, нет записи формы глаза, носа или длины ног. Там записаны только белки, из которых все строится, и как максимум время появления белков, или, как говорят генетики, время экспрессии генов. Часть генов репрессирована, то есть, неактивна, часть генов - активна.
В эмбриональном развитии в разное время появляются разные белки. Существуют гены-регуляторы, которые регулируют время и скорость синтеза или количество синтезируемого белка. К форме организма это не имеет никакого отношения. Например, мы можем взять клетку с внутренней стороны щеки, размножить ее и получить килограмм таких клеток. Но из этого килограмма клеток не удастся сделать хотя бы кончик носа потому, что мы не знаем законов, по которым из линейной структуры белков возникает трехмерная форма.
Размножать клетки в пробирке сейчас может любой лаборант, а вот сделать из них хоть что-нибудь вне организма нельзя. Проблема сложна в том смысле, что механизмы формообразования, то есть превращения линейной структуры в форму, на сегодняшний день неизвестны. Более того, чем дальше, тем яснее становится, что генетической детерминации развития нет, судьба клеток не закодирована геном, она вероятностна. Звучит ошеломляюще, но это так. Законы формообразования играют в эмбриогенезе не меньшую роль, чем генетическое наследование.
Важнейшее достижение биогенеза заключается в формировании генетических программирующих устройств, позволяющих закреплять достигнутое. Соревнование различных программ в борьбе за существование ведёт к двум важным следствиям:
Во-первых, естественный отбор совершенствует программы индивидуального развития особей.
Во-вторых, возникает программирование направления эволюции видов. При этом программирующим устройством становится сама биосфера. Ведь она определяет особенности, скорость и направление эволюционных преобразований видов, входящих в её состав.
6.5. Философское и естественнонаучное
постижение смерти
Биологический и социальный смысл смерти. ( Как следует понимать тезис о бессмертии. ( Возникновение генной инженерии. Социальные следствия её развития. Евгеника.( Клонирование. Социальные и этические проблемы.

Вопрос о конечности, смертности для существа, обладающего сознанием, не может не быть фундаментальным. Конечно, это не означает, что человек каждый свой день должен начинать с размышлений о собственной кончине и предаваться по этому поводу бесконечной скорби. Но не видеть финала жизненного пути и не испытывать его влияния нормальный человек также не в состоянии. Поэтому важно понимать, о чём мы говорим, когда говорим о смерти. Например, биосферный подход к ней, по сути, отрицает её, так как с этой точки зрения важна не жизнь особи и даже популяции, а существование всего живого, что обеспечивается эволюцией, сменой поколений, обновлением генофонда, расширением возможностей. Человек в этом смысле не является исключением и для него в этом смысле смерть - благо, обеспечивающее сохранение вида и его развитие. То есть смерть - лишь продолжение жизни. Но смерть становится смертью - так называемым "злом", когда начинает осознаваться в этической плоскости, применительно к личности. Смерть - это, прежде всего, этическая катастрофа.
6.5.1. Биологический и социальный смысл смерти
По определению Всемирной организации здравоохранения, жизнь окончена, когда мозг как главный орган, определяющий существование человека, прекращает свою деятельность. Смерть мозга можно считать биологической смертью - это, пожалуй, единственное, в чем сегодня сошлись ученые и богословы. Но критерии смерти мозга едва ли смогут быть приняты единогласно в ближайшем будущем. Тем более не ясны они были в те времена, из которых пришли к нам самые известные предания об оживлении умерших.
Социальное отношение к смерти определяется тем, что современное массовое общество стыдится смерти, больше стыдится, чем страшится. Оно ведёт себя так, как будто смерти не существует. Возможно стыд смерти является прямым следствием окончательного ухода "зла". Подтачивание власти дьявола началось ещё в XVIII веке, когда и само его существование было поставлено под сомнение. Вместе с идеей ада стало исчезать понятие греха. Все разновидности духовного и морального зла стали отныне рассматриваться не как свойства человека, а как ошибки общества, которые хорошая система надзора и наказания могла бы устранить. Целью науки, нравственности, социальной организации становится счастье.
Препятствием к нему ещё остаётся смерть. Устранить её невозможно. Романтики пытались и пытаются ассимилировать смерть, представить её прекрасной. Но идущее с давних времён сосуществование смерти с болезнью, страданием и агонией вызывает отвращение.
Прошло время и оказалось, что медицина в состоянии не только уменьшить страдание, но и свести его к нулю. Зло перестало цепко держать человека в своих руках. Оно существовало, но вне человека. И общество рано или поздно должно было покончить и с ним. Итак, перспектива зла очевидна. Но как быть со смертью, которую нельзя отменить?
По сути современное общество признаётся в бессилии, когда пытается не замечать того, чего нельзя предотвратить, вести себя так, как будто смерти не существует. Свинцовое молчание простирается над смертью. Когда же оно нарушается, то делается это только для того, чтобы свести смерть к уровню какого-то незначительного события, о котором стараются говорить с полным безразличием, оттеняя его то "чёрным" юмором, то цинизмом, то бравадой. Ни индивид, ни общество не находят в себе достаточной прочности, чтобы признать смерть.
Подобное отношение к смерти не может устранить ни её саму, ни страх перед ней. Напротив, под маской медицины возвращаются пугающая дикость и неистовство неприрученной смерти. Смерть в больнице, ощетинившейся трубками медицинских приборов, становится сегодня леденящим душу образом. Обнаруживается зависимость между "удалением" смерти - последнего прибежища зла - и возвращением той же самой смерти в её пугающе диком виде. Это и неудивительно: для приручения смерти необходима была вера в зло. Устранение одного вернуло другое в состояние первоначальной дикости57.
6.5.2. Что такое бессмертие?
Есть ли жизнь за... жизнью? Наверное, пока существует человечество, оно будет задавать себе этот вопрос вновь и вновь. Верующие разных конфессий, атеисты, просто обыватели по-разному отвечают на него. История религии и культуры дает нам множество доказательств того, что в древних обществах вера в загробную жизнь появлялась лишь при достаточно высоком уровне развития интеллекта, особенно абстрактного мышления. Многочисленные исследования религиозных текстов, фольклора, археологические изыскания (вплоть до неандертальской культуры) позволяют проследить развитие идеи о бессмертии души.
Но давайте рассмотрим некоторые явления, которые часто используют для доказательства существования жизни после смерти. Например, существуют исследования, указывающие якобы на то, что поначалу в трупе поднимается температура, вернее, из тела умершего уходит больше тепла, чем оно могло содержать в момент смерти. Установившие этот факт авторы делают вывод, что это результат отделения духа от тела и таким образом, по их мнению, душа приобретает объективно ощутимую данность.
Однако такие опыты могут иметь вполне материалистическое объяснение, душа тут ни при чем. В качестве одного из объяснений можно привести такое: в живом организме происходит множество ферментативных реакций. После смерти активность разных ферментов падает неравномерно. Например, ферменты, обусловливающие синтез, выключаются раньше, чем гидролитические. Неодновременно инактивируются и окислительно-восстановительные ферменты. Исходя из этого, нетрудно представить такую картину: живому организму присущ, скажем, гидролиз гликогена. В окислении образовавшейся глюкозы принимало участие множество ферментов. С помощью одних получаемая энергия шла на непосредственные нужды организма, с помощью других - запасалась в АТФ или АДФ. Но вот после смерти часть ферментов вышла из строя, а часть еще функционирует. Позже других выключаются те ферменты, которые активируют экзотермические* реакции. Вот и происходит "сгорание" без использования выделяемой энергии, а, следовательно, выделение тепла.
Можно привести примеры из работ, где опубликованы рассказы лиц, побывавших в состоянии клинической смерти. Пожалуй, самые известные из них - книги доктора Р. Моуди "Жизнь после жизни" и "Свет по ту сторону". В них собраны более ста пятидесяти интервью у людей, возвращенных к жизни после клинической смерти. Тут следует напомнить, что для выяснения истины существует не только научно-экспериментальный метод. Допустим, необходимо доказать, что вы вчера были на работе. В эксперименте вчерашний день вы повторить не можете. Что же делать? Для подобных случаев хорош историко-юридический метод: вы можете предъявить выполненную вчера работу, видевших вас на работе свидетелей, вспомнить отдельные, происшедшие вчера эпизоды... Истина будет доказана, если свидетельские показания совпадут.
Вот этот метод и применили автор книги "Жизнь после жизни". Хотя большинство рассказчиков говорило, что передать словами их ощущения очень трудно ("Я была в каком-то четвертом измерении"), все же удалось воссоздать схему, по которой строилось большинство рассказов. Вот эта схема. Человек на грани смерти. Он слышит голос врача, который объявляет, что он мертв. Он начинает слышать неприятный шум, какое-то шипение, и в то же время чувствует, что мчится по длинному черному туннелю. Внезапно он оказывается вне своего материального тела, как бы над ним, и наблюдает реанимационные мероприятия.
После нескольких мгновений смятения человек замечает, что его новая форма - это "нематериальное" тело, которое слышит и видит, но само невидимо и неслышимо. Вскоре возникает теплый и лучистый свет и перед умершим прокручивается фильм его жизни. Позднее, очнувшись, с трудом подбирая слова, он пробует рассказать о пережитом. Но наталкивается на шутки и неверие окружающих. В то же время его жизнь меняется: как правило, смерть его более не страшит. Недавно вышла еще одна книга: "Воспоминания о смерти. Медицинские исследования" доктора Мишеля Сабома. В ней не только воспоминания "умерших", но и описание некоторых экспериментов. Автор как бы соединил оба метода доказательства истины.
Например, опрашиваемому человеку часто трудно описать словами свое состояние. Сабом предлагал ему рисунки, сделанные или по рассказам ранее опрошенных пациентов, или выполненные художниками-мистиками. Разумеется, каждый раз показывалось несколько картинок, где специфические детали, увиденные ранее "умершим", изображались только на одной. И опрашиваемые указывали именно на эту картинку. Например, "пролетавшие через туннель" дружно уверяли, что ощущали его таким, как он изображен еще в XVII веке художником Иеронимом Босхом. Ощущение выхода "я" из телесной оболочки после клинической смерти наблюдалось и у верующих, и у атеистов, но верующие, когда им показывали рисунок туннеля Босха, принимали его целиком.
Если бессмертие человечеству пока не "грозит", то как обстоит дело с продолжительностью жизни. Ни в статистических выкладках, ни в результатах биологических исследований не находит подтверждения общепринятое мнение, согласно которому достижения биомедицины увеличивают продолжительность жизни человека. Не существует никаких доказательств, что она изменилась за последние сотни тысяч лет. Отсутствуют и абсолютно достоверные документальные свидетельства того, что кто-либо прожил более 115 лет.
Успехи медицины в текущем столетии просто дали возможность большему числу людей доживать до того возраста, который, по-видимому, является верхним пределом продолжительности жизни. То есть средняя ожидаемая продолжительность жизни увеличилась, но фактическая нет.
Если обратиться к эволюционной шкале, оказывается, что продолжительность жизни человека быстро увеличилась до периода, наступившего приблизительно 100 тыс. лет назад, когда данный процесс резко замедлился. Доказательством этого является удивительное соответствие, наблюдающееся при сопоставлении веса мозга и тела взрослых млекопитающих, выраженном в виде функции продолжительности жизни. Чем тяжелее мозг по сравнению с весом тела, тем больше продолжительность жизни. Увеличение пропорции "вес мозга/вес тела" у гуманоидов сильно замедлилось около 100 тыс. лет назад; именно тогда продолжительность жизни у наших предков стала такой, как и сейчас.
Несколько упрощая, можно сказать, что проблема бессмертия для многоклеточных организмов заключена в ответе на вопрос: способны нормальные клетки к бесконечному делению или нет? По-видимому, нормальные клетки смертны и бессмертие по данному фактору является принципиально недостижимым. Ещё в 1881 г. Август Вейсман предположил, что соматические клетки высших животных, по всей видимости, должны иметь ограниченную способность к делению и смерть наступает вследствие того, что "изношенная" ткань не в состоянии постоянно самообновляться и что способность к росту за счёт клеток не беспредельна, но ограниченна. Современные исследования показали, что при культивировании нормальных эмбриональных клеток человека в лаборатории даже при оптимальных условиях они неизбежно стареют и умирают приблизительно через 50 удвоений клеточной популяции. Видимо, в нормальных клетках имеется механизм, контролирующий количество их делений. Число удвоений клеточной популяции для культивируемых клеток человека обратно пропорционально возрасту донора.
Человеку как виду не даёт никакого преимущества существование после приблизительно 30 летнего возраста. Средняя ожидаемая продолжительность жизни для новорожденных от австралопитеков до Homo sapiens бронзового века никогда не превышала 18 лет, то есть человек как вид прожил на миллионы лет дольше с 18-летней средней ожидаемой продолжительностью жизни, чем он живёт с нынешней равной 75 годам58.
6.5.3. Социальные следствия развития генной
инженерии
Генная инженерия есть полное или частичное изменение наследственных способностей живой клетки (или целого организма) путём введения в неё новой генетической информации. В результате такой манипуляции клетка начинает вырабатывать вещества, которые ранее она вообще не была способна производить. Генная инженерия покушается как минимум на 3 фундаментальных принципа, установленных природой:
1. Эволюционный принцип возникновения и развития жизни на Земле во всей её целостности. В лабораториях осуществляется генная манипуляция с бесчисленным множеством особей только одного штамма*.
2. Принцип целостности жизни. Не учитывается взаимодействие ДНК-молекул со всем тем, что образует живой организм.
3. Человек в рамках естествознания до сих пор не рассматривается как часть природы.
В целом деятельность учёных не противоречит этическому кодексу. Они стремятся к приумножению знаний, но не любой ценой и их действия прямо или косвенно направлены на улучшение жизни человечества. Однако судьба открытий зависит не только от воли учёных. Они быстро выходят за рамки чистой науки и приобретают социальное звучание. Поэтому необходимо тщательно обдумать и осмыслить возможные последствия открытий в генетике. Важнейшей задачей в этой сфере является ознакомление общественности с результатами исследований, чтобы люди могли выработать своё отношение к последствиям осуществляемой деятельности.
Например, нет ничего невозможного в том, что в случае злоупотребления генетическая диагностика, целью которой является раннее выявление заболевания, вполне может быть поставлена на службу некой разновидности евгеники и использоваться для исключения из общества индивидов, считающихся слабыми или не соответствующими норме. Такие возможности могут оказаться привлекательными для тоталитарных государств, и тогда генетика станет страшным оружием, превратив в практику пренатальную селекцию людей на основе генетической информации.
Следует признать, что такого рода селекция фактически уже осуществляется, когда, например, обследуется женщина с 12 недельной беременностью, чтобы выяснить, нет ли у плода серьёзного генетического нарушения. По сути, это евгенический отбор, но он направлен на то, чтобы оказать помощь новорожденному или прервать беременность, если болезнь угрожает жизни ребенка или обрекает его на страдания.
Евгеника явилась продуктом эпохи империализма. Идеологическое обоснование евгеники сводится к следующим рассуждениям: если нациям и расам предстоит участвовать в борьбе за существование, то каждая из них должна обеспечить свою приспособленность к выживанию. В этих условиях свободное предпринимательство не может рассматриваться как эффективный способ планирования социального и экономического развития. Биологическое качество белой расы подвергается эрозии вследствие размножения индивидов. наделённых неблагоприятными признаками. Вместо того чтобы оказаться исключёнными в результате конкуренции, эти неполноценные индивиды размножаются в трущобах больших индустриальных городов.
Термин "евгеника" был предложен Фрэнсисом Гальтоном применительно к программе государственного контроля над воспроизводством населения, которая предусматривала принятие мер для предотвращения передачи неблагоприятных признаков от неприспособленных индивидов последующим поколениям.
Проигнорированная при своём появлении программа Ф. Гальтона была серьёзно воспринята в начале ХХ века. Евгеника развивалась в Великобритании и США. Достигла своего расцвета в нацистской Германии, где стремление к господству над "низшими" расами в обязательном порядке подкреплялась борьбой за "чистоту" арийской расы. Но фашисты отнюдь не были новаторами в развитии этих идей, они просто использовали и развили программу, которая уже осуществлялась полным ходом в самой Германии и других европейских странах. И в Германии, и в США уголовные и умственно неполноценные элементы подвергались хирургической стерилизации, в то время как в Великобритании они помещались в специальные учреждения и изолировались от общества, чтобы прекратить их воспроизводство.
Наука оказалась втянутой в евгенику несколькими путями. Психологи разрабатывали тесты для выявления так называемых "умственно неполноценных" индивидов. Биологи занимались обоснованием мнения, согласно которому отрицательные качества закрепляются в наследственности и не могут быть улучшены ни с помощью образования, ни посредством формирования благоприятного окружения.
Так называемая евгеника и расовая гигиена были основаны на ложной вере в возможность улучшения генофонда, что привело к отрицанию безусловного права личности иметь детей и выбирать супруга, а во времена нацистского геноцида - и права на саму жизнь. Как элемент принудительной социальной политики евгеника не исчезла: она жива в тех странах, где существуют законы о стерилизации. В качестве идеологии она принимается в расчёт в ряде государств и находит сторонников среди некоторых групп населения. Нередки случаи злоупотребления результатами исследований в области генетики поведения, что нередко проявляется в спорах по поводу тестов для определения коэффициента интеллектуального развития, эмоциональных отклонений и других психических расстройств.
Проблемы и дилеммы, связанные с использованием информации о наследственности, не обязательно потребуют принятия драконовских мер. В то же время возможен и такой вариант развития событий, так как её использование может привести к дискриминации на всех уровнях, начиная с работодателей, сотрудников отделов кадров, страховых компаний по отношению к людям, чьи генетические характеристики обусловливают особую восприимчивость к определённым заболеваниям, раннюю инвалидность или преждевременную смерть.
6.5.4. Социальные и этические проблемы
клонирования
Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает - веточка, побег, черенок, и имеет отношение, прежде всего, к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс. лет. Начиная с 70-х годов нашего столетия, для клонирования растений стали широко использовать небольшие группы и даже отдельные соматические (неполовые) клетки.
Дело в том, что у растений (в отличие от животных) по мере их роста в ходе клеточной специализации - дифференцировки - клетки не теряют так называемых тотипотентных свойств, то есть не теряют своей способности реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившая в процессе дифференцировки свое ядро, может дать начало новому организму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе многих методов генетики и селекции.
При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Все организмы, входящие в состав определенного клона, имеют одинаковый набор генов и фенотипически не различаются между собой.
Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности, и в этом - одно из существенных их отличий от клеток растений. Именно здесь - главное препятствие для клонирования взрослых позвоночных животных.
Итак, работы по клонированию позвоночных были начаты на амфибиях в начале 50-х годов и интенсивно продолжаются вот уже более четырех десятилетий. Что касается амфибий, то, несмотря на значительные достижения, проблема клонирования взрослых особей остается до сих пор не решенной. Установлено, что в ходе клеточной дифференцировки у позвоночных происходит или потеря определенных генных локусов, или их необратимая инактивация. Судя по всему, утрачивается та часть генома, которая контролирует не ранние, а более поздние этапы онтогенеза, в частности, метаморфоз амфибий. Механизм этого явления пока не поддается научному объяснению. Но очевидно, что для клонирования позвоночных необходимо использовать малодифференцированные делящиеся клетки. Это методически важное положение было учтено в более поздних работах.
В 1979 году американский биолог Мак-Киннел, внесший большой вклад в работу с амфибиями, утверждал, что полученные результаты не позволяют серьезно говорить о возможности клонирования человека - тогда это казалось недоступным для экспериментальных эмбриологов. Однако еще в то время многие ученые, писатели и даже политики стали активно обсуждать возможность клонирования человека, а некоторые исследователи даже приступили к таким экспериментам. Например, Шеттлз сообщил, что пересадил ядро сперматогониальной клетки (диплоидного предшественника зрелого гаплоидного спермия) в лишенную ядра яйцеклетку человека. В результате три реконструированные яйцеклетки начали дробление, и возникли похожие на морулы скопления клеток, которые позднее деградировали. Шеттлз полагал, что если трансплантировать такие группы клеток в матку женщины, то они могли бы нормально развиваться. Мак-Киннел тогда справедливо возразил, что такое предположение маловероятно и совершенно необоснованно.
Еще 5-6 лет назад никто из ученых, а их работало довольно много в этой области, не ставил вопрос об использовании в качестве доноров ядер клеток взрослых млекопитающих. Работы сводились, в основном, к клонированию эмбрионов домашних животных, и многие из этих исследований были не очень успешны. Поэтому так поразило появившееся в начале 1997 года неожиданное для всех сообщение авторского коллектива под руководством Уилмута, что им удалось, используя соматические клетки взрослых животных, получить клональное животное - овцу по кличке Долли. На самом деле, однако, исследователи прошли долгий путь, и Уилмуту с сотрудниками пришлось собрать воедино все существовавшие к тому времени достижения, прежде чем они смогли сообщить о сенсационном результате своей работы.
Каково же положение вещей сегодня? Есть ли серьезные основания считать, что реально наступила эра клонирования млекопитающих? Анализ данных показывает, что за последние 10 лет в результате кропотливой работы исследовательских коллективов сделан прорыв в области клонирования эмбрионов млекопитающих. Что же касается взрослых животных, то пока в наличии лишь один-единственный пример, хотя Долли, без сомнения, уже вошла в историю науки.
В ряду юридически спорных высоких технологий современной медицины клонирование заняло особое место, поскольку оно позволяет, пока теоретически, получить абсолютный физический "двойник", "биоксерокс" человека. На вопросы, которые ставит такая процедура воспроизводства, иногда трудно дать ответ. "Будет ли копия обладать правами человека и гражданина при живом оригинале? Если да, то какими?" Или: "Кто должен считаться отцом ребенка, если клонируется женская клетка, а в процедуре участвуют три особи: донор клетки, донор яйцеклетки и суррогатная мать?"
Идея клонирования человека ставит перед сообществом людей такую проблему, с какой оно прежде не сталкивалось. Эта проблема - возможная опасность потери уникальности человеческой личности. Так развивается наука, такова особенность познания, что каждый его новый шаг несет с собой новые, неведомые ранее возможности, но и новые грозные опасности.
Что касается этической стороны дела, клонирование человека вызывает еще больше возражений:
* Во-первых, становление человека как личности, базируется не только на биологической наследственности, оно определяется также семейной, социальной и культурной средой. При клонировании индивида невозможно воссоздать все те условия воспитания и обучения, которые сформировали личность его прототипа (донора ядра).
* Во-вторых, при бесполом размножении изначально жесткая программируемость генотипа предопределяет меньшее разнообразие взаимодействий развивающегося организма с изменяющимися условиями среды (по сравнению с половым размножением, когда в формировании индивида участвуют два генома, сложным и непредсказуемым образом взаимодействующие между собой и с окружающей средой).
* В третьих, практически все религиозные учения настаивают, что появление человека на свет - в "руках" высших сил, что зачатие и рождение должно происходить естественным путем.

ГЛАВА 7. БИОСФЕРА
7.1. Генезис биосферы
Геологические условия возникновения биосферы. ( Эволюция биосферы. Живое вещество. Функции живого вещества в биосфере. Биосферно-космические связи. ( Роль абиотических и биотических круговоротов. Экологические факторы среды. ( Порядок распространения жизни. Движущая сила эволюции.

Особенностью планеты Земля является поверхностная оболочка - биосфера. Эта оболочка является местом сочетания резко отличающихся в физико-химическом отношении компонентов (литосфера, гидросфера, атмосфера), которые входят в новую организованность. Целостный характер биосферы определяется живым веществом, а область, которую оно заполняет, получает собственное название - биосфера. Она в течение примерно 4 млрд. лет преобразовывала лик Земли, существенным образом определяла динамику литосферных, гидросферных и атмосферных процессов и событий. За этот период времени, питаясь энергией космических излучений, биосфера сформировала сложные саморегулирующиеся механизмы, которые обеспечили ей внутреннее саморазвитие, и дали гарантии защиты от губительных факторов космической среды59.
7.1.1. Геологические условия возникновения
биосферы
Земля оказалась своего рода исключением в ряду планет Солнечной системы. Только она одна приобрела себе массивный спутник за счет остатков ударяющихся об нее тел. Можно предположить, что разгадка понимания ранней истории формирования Земли заключена в тайне образования Луны. Если бы Луна образовалась не из остатков метеоритов и астероидов, то значит, их было не так много, а, следовательно, их бы не хватило на быстрый разогрев Земли. Но, видимо, как раз этого "добра" падало на Землю достаточно, и для самой планеты и для образования ее спутника. Ученые рассчитали, что в то время, когда масса Земли постепенно приближалась к семидесяти процентам от современной, скорости тел, ударяющихся о поверхность планеты протоЗемли, достигли такого уровня, что вызвали не только появление отдельных участков расплава, но и перемешивали своими ударами слой до тысячи километров глубиной! (Современный радиус Земли приблизительно равен шести с половиной тысячам километров).
Но уже при росте массы Земли от 0,70 до 0,95 процентов ее современной величины, средняя толщина слоя ударного перемешивания уменьшается от тысячи до первых сотен километров. Таким образом, на основной стадии формирования протоЗемли лишь низы примитивной мантии не были подвержены влиянию ударов разнообразных тел. Очевидно следующее: вопреки широко распространенным моделям формирования Земли - "холодная начальная Земля" или "магматический океан" - должна рассматриваться компромиссная, но более сложная модель "умеренно горячей первичной Земли".
Стараниями постоянно падающих тел, постепенно, набирая обороты, начался прогрев Земли, достигая тысячи градусов на глубинах около тысячи километров, происходила дифференциация вещества, словом, все то, что можно назвать началом развития планеты.
Вполне естественно, что с течением времени под первичной поверхностью Земли - пока примитивной корой, которая подвергалась ударам многочисленных тел - происходила термогравитационная конвекция: тяжелое двигалось вниз, легкое наверх. Это движение так бы и происходило до сегодняшнего дня, как это случилось на ранних стадиях с Марсом или Венерой. Но на их поверхности нет рифтов и движущихся континентов, несмотря на то, что первичный материал, из которого сформировались все планеты солнечной системы, был почти один и тот же.
Однако на Земле, в отличие от Марса и от Венеры, были водные бассейны и образовались осадочные породы и затем, в процессе метаморфизации, они превращались в граниты. Иными словами, кроме базальтовой коры на Земле получились граниты. А гранитная кора отличается тем, что она легче и может образовывать достаточно "легкие" континенты, плавающие на более плотных базальтах.
С другой стороны, для того, чтобы происходило движение пусть даже и базальтовых плит по поверхности планеты, необходимо перемещение вещества под ней. На остывшем Марсе этот механизм не работает, в отличие от Венеры. Тем не менее, континентов подобно земным на ней нет. Потому что на Венере отсутствуют все те же океаны. Нет даже льда, который лежал бы на базальтах, и движение одного типа коры относительно другого все равно бы состоялось, пусть бы это и называлось тектоникой ледяных плит. Вода, главный "виновник" появления гранитов на Земле появилась на нашей планете тоже благодаря уникальному стечению обстоятельств, которых не было на других планетах. Дело в том, что Земля располагается "всего" на 0,28 астрономической единицы дальше от Солнца, чем Венера. К тому же современный солнечный поток больше первоначального на двадцать процентов градусов или плюс десять. Но это не все равно для нас. На Венере средняя температура двадцать пять - тридцать градусов, к тому же парниковый эффект приводит к дополнительному разогреву атмосферы. А на Земле постоянная температура плюс пятнадцать и все время существовали теплые области.
Текучая вода на поверхности оказалась только на одной планете, только на ней появились граниты, которые были включены в сложный процесс дифференциации вещества, начавшийся после массивной бомбардировки протоЗемли астероидами и метеоритами. Но стоило только появиться первой гранитной выплавке, как тут же из нее были "построены" первые континенты. Именно они, подобно ледоколам перемещаясь по Земле, вспарывают ее недра до самого ядра. Только они управляют процессами возникновения или затухания потоков из самых глубин мантии. Не будь на Земле континентов, не было бы того целостного и упорядоченного механизма, который все перемешал внутри нашей планеты.
С другой стороны, движение твердых плит строго закономерно, и однажды возникнув, они неминуемо должны были вновь и вновь образовывать суперконтиненты, чтобы затем расходиться в разные стороны. Количество континентов, их форма могла быть произвольной, но, однажды появившись, они уже запустили современный геодинамический "котел" внутри Земли.
7.1.2. Эволюция биосферы. Живое вещество
Живое вещество резко обособлено от окружающей косной среды в форме миллиардов организмов, размеры которых колеблются от сотен метров до 10-6 см. Они представляют собой автаркические* центры энергетических и физико-химических процессов и непрерывно связаны с окружающей средой биогенной миграцией атомов этой среды в них и из них. Законы физики и химии в живом веществе те же самые, которые мы наблюдаем во всей остальной природе, но они не охватывают целиком всех явлений жизни.
Для живого вещества на планете Земля речь идёт не о новой геометрии, а об особом природном явлении, свойственном пока только живому веществу, о явлении пространства - времени, геометрически не совпадающем с пространством, в котором время проявляется не в виде четвёртой координаты, а в виде смены поколений. Таким образом, организм сам создаёт своё вещество и резко отграничен от евклидово-ньютоновского или эйнштейновского понимания его окружения60.
Живое вещество в биосфере играет активную роль и ни с чем, ни с какой геологической силой не может даже быть сравниваемо по своей мощности и непрерывности во времени. В сущности, оно определяет все основные химические закономерности в биосфере. Структура биосферы, функционирующая в течение не менее двух миллиардов лет, очень закономерна и резко отличается от механических структур наших приборов и аппаратов. В биосфере в жизненном процессе проявляется то же самое явление, которое в косной среде наблюдается только в условиях высокой температуры и давления61.
Биосфера представляет собой многокомпонентную иерархическую систему. Различные компоненты системы связаны между собой разными категориями связи. Наиболее стабильные связи сохраняются. Имеется постоянный источник энергии - это излучение Солнца. Прогрессирующая буферность биосферы, обусловленная её многокомпонентностью, обеспечивает стабильность вновь возникающих систем. Ведь в итоге отбора сохраняются лишь достаточно стабильные системы. Наследственная изменчивость, изменение условий жизни в итоге жизнедеятельности, а также в результате абиогенных причин открывают неограниченные возможности прогрессивной эволюции. Лишь в ветви, ведущей к человеку, тенденция развиваться вне конкуренции и без контролирующей роли естественного отбора нашла своё достаточно полное выражение.
Закономерности эволюции биосферы обусловлены тремя факторами: своеобразием отношения биосферы к среде, взаимодействием живого и неживого в пределах биосферы, особенностями взаимных отношений между организмами. Живое вещество перерабатывает на нашей планете три различных формы энергии:
* Лучистую энергию Солнца, тепловую, световую.
* Космическую атомную энергию радиоактивного распада, причина которого неизвестна, но который охватывает, по-видимому, все элементы (?, ?, и ?, - излучения).
* Космическую, исходящую из нашей галактики (Млечного пути) энергию рассеянных элементов62.
Жизнь возникла на основе круговорота органического вещества, обусловленного взаимодействием процессов его синтеза и деструкции. В ходе очередной дифференциации из круговорота органического вещества выделился биотический круговорот, в котором основную роль стали играть организмы. Так возникла биосфера.
Сначала биосфера функционировала путём взаимодействия одноклеточных синтетиков* и деструкторов* между собой и с абиотическими* факторами. Затем в итоге новой дифференциации появились многоклеточные организмы.
Все эволюционные теории, включая дарвиновскую, базируются на представлении о развитии от простого к сложному. Это представление сталкивается с противоречиями, которых накапливается все больше. В частности, оно противоречит известному в кибернетике правилу Эшби: управляемая система никогда не может быть более сложной, чем управляющая, она всегда более простая. Это правило иногда высказывают так: горшок никогда не может быть сложнее гончара.
Открытие и изучение генетического кода свидетельствует, что индивидуальное развитие любого живого существа (онтогенез) и развитие систематической группы существ (филогенез) более похожи на редактирование и распечатку готового текста или введение в ЭВМ программы, зашифрованной в дискете. При этом наблюдается такой парадокс: организмы воссоздают себя, то есть воссоздают новые организмы без уменьшения сложности своего строения. Более того, палеонтологам известны такие продолжительные периоды эволюции, на протяжении которых сложность организмов увеличивалась.
В то же время попытки кибернетиков создать автоматы, способные самовозобновлять себя (то есть "размножаться"), натолкнулись на непреодолимое препятствие: в процессе самовоспроизведения механических систем неминуемо наблюдается уменьшение их сложности ("вырождение"). Причину такого несоответствия живых и механических систем, например, М. М. Камшилов усматривает в том, что "живые организмы также не являются самовоспроизводимыми. Они воссоздают себя в условиях чрезвычайно сложной среды - биосферы". Другими словами, организмы получают некоторые "руководящие указания", информацию из внешней среды, из биосферы, причем система, которая руководит развитием индивида, развертыванием информации, записанной в его генетическом коде, намного сложнее самого организма. Что же это за система? В последнее время все более убедительными кажутся выводы В. Вернадского о том, что биосфера в своем развитии руководствуется информацией, которая поступает из Космоса. Он утверждал, что "космические излучения, которые идут от всех небесных тел, охватывают биосферу, пронизывают всю ее и все в ней... Биосферу нельзя понять в явлениях, которые в ней происходят, если будет упущена эта ее резко выступающая связь со строением всего космического механизма".
Впервые теснейшую связь процессов в биосфере с космическими, солнечными процессами открыл выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский. Он доказал, что биосфера находится под влиянием излучения, поступающего от Солнца и отдаленных галактик. Урожайность сельскохозяйственных растений, периоды массового размножения многих животных, таких, как саранча, лемминги и т. п., эпидемии, пики сердечно-сосудистых заболеваний людей и много других процессов в биосфере, связаны с процессами на Солнце (солнечными вспышками, пятнами и т. п.). "Мы - дети Солнца",-так образно высказался А. Л. Чижевский.
Электромагнитные поля играют универсальную роль носителей информации в биосфере. Это обусловлено следующими их преимуществами:
* распространение в любой среде жизни - воде, воздухе, грунте и тканях организмов;
* максимальная скорость распространения;
* распространение независимо от погоды и от сезона;
* возможность передачи на любое расстояние;
* поступление на Землю из Космоса;
* на них реагируют все биосистемы.
Раньше биологи учитывали лишь электромагнитные излучения Солнца в высокоэнергетическом участке его спектра - инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые части диапазона - как источник энергии для всего живого. Лишь в последние десятилетия стала проявляться важная роль, которая отведена природой электромагнитным полям земного и космического происхождения в диапазонах радиочастот, низких и инфранизких частот. Оказалось, что именно эти слабые энергетическое сигналы несут информацию, которая воспринимается, накапливается и используется организмами. Это вопросы еще очень мало изучены. Тем не менее, на основании тех сведений, которые имеют сегодня гелио - и космобиологи, можно утверждать, что функционирование биосферы в целом связано с информационными сигналами космического происхождения. Как считает американский биолог К. Гробстайн, "невозможно рассматривать жизнь как сугубо земное явление - оно стало неотъемлемой от Вселенной и ее эволюции".
Установлено, что чувствительность организмов к электромагнитным сигналам увеличивается с усложнением строения организмов. Так, позвоночные животные намного чувствительнее к электромагнитным полям, чем беспозвоночные и тем более - простейшие. С усложнением биосистем возрастает их способность накапливать слабые сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.
Со времен Ч. Дарвина традиционно считается, что генетическую информацию контролирует окружающая среда путем естественного отбора наиболее приспособленных индивидов. Нам следует помнить, что лучше всего приспособлены к разнообразным земным условиям простейшие существа - бактерии, вирусы, сине-зеленые водоросли. Они существуют на Земле без заметных перемен своей организации на протяжении миллиардов лет. Простейшие властвовали на нашей планете в архейскую эру и с того времени так изменили окружающую среду и биосферу, что с появлением новых, сложно организованных организмов вынуждены были отойти на задний план.
Сегодня прокариоты (простейшие организмы без клеточного ядра) процветают там, где никто существовать не может - в концентрированных рассолах некоторых озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, даже в ядерных реакторах. Эти организмы действительно хорошо приспособлены к условиям среды. Они придерживаются стратегии максимальной стойкости, консерватизма, сохранения достигнутого уровня совершенства.
7.1.3. Роль абиотических и биотических
круговоротов
Классической и наиболее традиционной классификацией экологических факторов считается их деление на две основные группы: абиотические и биотические факторы.
Первая включает факторы климатические (температура, свет, влажность, давление и др.), физические свойства почвы и воды. Ко второй относятся факторы питания и различные формы взаимодействия особей и видов между собой (хищничество, конкуренция, паразитизм и др.). Однако это деление не является исчерпывающим.
Действительно, иногда бывает трудно отнести данный фактор к той или иной группе. Так, температура, если ее рассматривать как абиотический фактор, часто изменяется благодаря присутствию живых организмов. Температура влияет не только на скорость развития, но и на многие другие стороны жизнедеятельности организмов. Она сказывается на количестве потребляемой пищи, на плодовитости, уровне половой активности и т. д.
Особенности влияния экологических факторов на уровне экосистемы представляют собой емкую проблему, решение которой возможно лишь на основе досконального знания свойств и функций экосистемы. Однако уже сейчас можно отметить, что любой абиотический фактор, оказывающий влияние на отдельный вид, входящий в состав изучаемой экосистемы, будет влиять и на саму экосистему, на ее фундаментальные свойства.
Это воздействие можно объяснить следующими причинами:
1. Во-первых, абиотические факторы в совокупности создают климатический режим экосистемы, на фоне которого протекают все процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодействие между ними.
2. Во-вторых, все особи, входящие в состав экосистемы, являются объектами воздействия абиотических факторов. Действие абиотических факторов может привести к гибели особей, что вызовет уменьшение плотности популяций, входящих в состав экосистемы. Если же физиологическая реакция организма адекватна силе и характеру действия абиотического фактора, то возникший адаптивный ответ отразится в итоге на видовом разнообразии, пространственном распределении видов в экосистеме, на характере их взаимодействия друг с другом, что, в конечном счете, скажется на специфических свойствах последней. Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы, будут определять не только свойства этой системы, но и стратегию ее развития.
Основа биосферы - это круговорот органического вещества, осуществляющийся при участии всех населяющих её организмов, - то, что получило название биотического круговорота. В закономерностях биотического круговорота решена проблема длительного существования и развития жизни. 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. Растения ежегодно продуцируют органическое вещество, равное 10% от их биомассы, а деструкторы, составляющие 1% от суммарной биомассы организмов планеты, вынуждены перерабатывать массу органического вещества, в 10 раз превосходящую по весу их собственную биомассу. Уже при таких сравнительно грубых расчётах обнаруживается исключительно точная подгонка главных компонентов биотического круговорота.
Биотический круговорот, основанный на взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества - одна из самых существенных форм организации жизни на Земле. Только он обеспечивает непрерывность жизни и её прогрессивное развитие. В качестве звеньев биотического круговорота выступают особи и виды организмов разных систематических групп от микроорганизмов до высших представителей растительного и животного мира, взаимодействующие между собой и непосредственно и косвенно с помощью многочисленных и многосторонних прямых и обратных связей.
Использование принципа круговорота позволило живой системе успешно решить проблемы устранения вредных отходов и экономии материальных ресурсов. Все живые существа в процессе жизни портят среду. Однако эта порча быстро ликвидируется организмами других видов, как правило, ближайшими соседями, она всегда локальна и временна. Точная подгонка звеньев круговорота обеспечивает сохранение в биосфере определённого запаса химических веществ в течение сотен миллионов лет биогенеза.
Таким образом, понятие "жизнь" относится не к отдельным организмам, а ко всей совокупности живых организмов, связанных определёнными взаимоотношениями. Наличие разнообразных связей между организмами приводит к тому, что биогеоценозы приобретают элементы целостности, устойчивости, относительной независимости в развитии. Это проявляется, в частности, в способности противостоять различным внешним воздействиям, что получило название гомеостаз63.
Кроме упомянутых выше существует классификация экологических факторов, основанная на оценке степени адаптивности реакций организмов на воздействие факторов среды. Эта классификация предложена советским ученым А. С. Мончадским.
Суть её в том, что рациональная классификация экологических факторов должна, прежде всего, учитывать особенности реакций живых организмов, подвергшихся воздействию этих факторов, в том числе степень совершенства адаптаций организмов, которая тем выше, чем древнее данная адаптация. Эта классификация подразделяет все экологические факторы на три группы:
1. Первичные периодические;
2. Вторичные периодические;
3. Непериодические факторы.
Адаптация в первую очередь возникает к тем факторам среды, которым свойственна периодичность - дневная, лунная, сезонная или годовая как прямое следствие вращения земного шара вокруг своей оси и его движения вокруг солнца или смены лунных фаз. Регулярные циклы этих факторов существовали задолго до появления жизни на Земле, и это обстоятельство объясняет, почему адаптации организмов к первичным периодическим факторам столь древние и так прочно укрепились в их наследственной основе. Температура, освещенность, приливы и отливы относятся к первичным периодическим факторам. Действие непериодических факторов сказывается преимущественно на численности особей в пределах конкретной территории.
Климатические первичные периодические
факторы:
Свет.
Температура.
Вторичные периодические факторы:
Влажность.
Непериодические факторы:
Шквальный ветер.
Значительная ионизация атмосферы.
Пожары.
Факторы физические неклиматические:
Факторы водной среды.
Содержание кислорода.
Соленость.
Давление.
Плотность.
Течения.
Вода.
Механический состав.
Соленость и пр.
Факторы питания:
Количество пищи.
Качество пищи.
Факторы биотические:
Внутривидовые взаимодействия.
Межвидовые взаимодействия.
7.1.4. Порядок распространения жизни
При размножении и захвате поверхности планеты живое вещество как бы растекается по ней, заселяя тем большую территорию, чем меньше оно встречает препятствий. Каждый организм имеет свою определённую скорость размножения и роста и разница в этой работе организма для разных их видов может достигать многих сотен тысяч видов64.
Движет эволюцию противоречие между безграничной способностью к размножению - наиболее характерным свойством жизни - и ограниченностью материальных ресурсов, могущих быть использованными. Противоречие разрешается путём овладения новыми источниками вещества и энергии, а, следовательно, и новой информацией. Изменчивость живого - предпосылка, а отбор - способ закрепления и совершенствования организации.
Благодаря способности к самовоспроизведению, живое, приспосабливаясь к различным условиям, всё время выходит за пределы замкнутого цикла. Однако в результате активности одноклеточных это приводит не к разрушению циклической структуры, а к расширению круговорота.
Кроме светового питания растениям необходимо минеральное питание. Они нуждаются во многих элементах, которые либо поступают из минералов, либо становятся доступными в результате минерализации органического вещества. Все химические элементы поглощаются в форме ионов и включаются в растительную массу, накапливаясь в клеточном соке. Жизненно необходимыми и незаменимыми являются основные элементы минерального питания, которые нужны в больших количествах:
натрий, фосфор, сера, калий, кальций, магний, а также микроэлементы - железо, марганец, цинк, медь, молибден, бор и хлор. Кроме того, существуют элементы, которые требуются только для некоторых групп растений: например, кремний - для диатомовых водорослей.
Для упорядоченного обмена веществ, хорошей продуктивности и беспрепятственного развития нужно, чтобы растение получало питательные вещества, включая микроэлементы, не только в достаточных количествах, но и в надлежащих соотношениях. Со времен Либиха известно, что урожай зависит от того вещества, которое имеется в недостаточном количестве. Разные виды растений значительно различаются по своим потребностям в питательных веществах.
Первые организмы на Земле были гетеротрофами. Они быстро исчерпали бы себя, если бы не появились автотрофы. При наличии этих групп организмов уже возможен примитивный круговорот.
Автотрофы синтезируют органические вещества, а гетеротрофы их потребляют. При этом происходит расщепление органических веществ. Если продукты расщепления вновь используются автотрофами, возникает круговорот между организмами, населяющими экосистему. Биотическую и абиотическую части экосистемы связывает непрерывный обмен материалом - круговороты питательных веществ, энергию для которых поставляет Солнце.
При рассмотрении вопроса об истории взаимодействия организма и среды можно выделить две противоположные позиции:
1. Первая - это экзогенетизм, абсолютизирующий внешние факторы при формировании организма. То есть среда формирует организм. В числе представителей этого направления можно назвать Лысенко, Мичурина.
2. Вторая позиция - это эндогенетизм, абсолютизирующий внутренние факторы организма в его взаимоотношениях со средой. Представители этой группы Е. Л. Тэтум, Е. де Робертис, В. Новинский.
Но истина, вероятно, заключается в том, что организм и среда едины и неразрывны. Необходимость представления о таком единстве вытекает хотя бы из закономерностей метаболизма, связывающих организм и среду. Можно выделить следующие факторы, относящиеся к среде как к компоненту системы "организм - среда":
* Абиотические факторы: (физические воздействия - температура, ионизирующая радиация, свет, давление и плотность атмосферы, химические - соли, газы и т.д.).
* Биотические факторы (воздействие через гетеротрофное питание, через продукты выделения, инфекцию и т. д.)
* Антропогенные факторы (влияние человека на природу через потребление).
Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнечного света и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат растениям строительным материалом, из которого они образуют свои ткани, и источником энергии, необходимой им для поддержания своих функций. Для высвобождения запасенной ими химической энергии гетеротрофы разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты - диоксид углерода, воду, нитраты, фосфаты и т. п., завершая тем самым круговорот питательных веществ.
Поэтому можно определить экосистему так:
* Экологическая система представляет собой любое непрерывно меняющееся единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает определенную трофическую* структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ внутри системы.
Земная форма жизни чрезвычайно тесно связана с гидросферой. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что вода составляет основную часть массы любого земного организма (человек, например, более чем на 70 % состоит из воды, а такие организмы, как медуза - на 97-98 %). Очевидно, что жизнь на Земле сформировалось лишь тогда, когда на ней появилась гидросфера, а это, по геологическим сведениям, произошло почти в момент возникновения нашей планеты. Многие из свойств живых организмов обусловлены именно свойствами воды, сама же вода поистине феноменальное соединение. Так, например, вода - это кооперативная система, в которой всякое действие распространяется "эстафетным" путем на тысячи междуатомных расстояний, то есть, имеет место "дальнодействие".
Некоторые ученые считают, что вся гидросфера Земли, в сущности, есть одна гигантская "молекула" воды. Установлено, что вода может активироваться естественными электромагнитными полями земного и космического происхождения (в частности искусственного).
Чрезвычайно интересным было недавнее открытие французскими учеными "памяти воды". Возможно, что биосфера Земли есть единый суперорганизм, обусловленный в своей жизнедеятельности этими свойствами воды? Ведь в этом случае все организмы - это составные части, "капли" этой супермолекулы земной воды.
7.2. Биогеохимические процессы в биосфере
Состав вещества биосферы. Состав экосистемы. Продуценты - консументы - редуценты. ( Особенности основных биосферных циклов. Биосферный цикл углерода. Биосферный цикл азота. Биосферный цикл фосфора. ( Биохимические функции живого вещества. Виды функций. ( Биогенная миграция атомов и биогеохимические принципы. Виды биогенной миграции атомов.

Если говорить о биосфере в целом, то биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа: круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.
Разделение биогеохимических циклов на круговороты газообразных веществ и осадочные циклы основано на том, что некоторые круговороты, например те, в которых участвуют углерод, азот и кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или же и тех и других) фондов довольно быстро компенсируют различные нарушения. Например, избыток СО2, накопившийся в каком-нибудь месте в связи с усиленным окислением или горением, обычно быстро рассеивается атмосферными потоками. Кроме того, усиленное образование углекислоты компенсируется ее потреблением растениями и превращением в карбонаты - в морях. Поэтому, циклы газообразных веществ с их громадными атмосферными фондами можно считать в глобальном масштабе хорошо "забуференными", так как их способность возвращаться к исходному состоянию велика.
Самоконтроль циклов с резервным фондом в литосфере затруднен - они легко нарушаются в результате местных флуктуаций, что связано с малой подвижностью резервного фонда. Явление "забуференности" в этом случае не выражено.
7.2.1. Состав вещества биосферы
Биосфера не только сфера жизни. Это видно из состава вещества биосферы, состоящего из глубоко разнородных геологически не случайных частей. Оно представлено совокупностью живых организмов, живого вещества, рассеянного в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией и являющихся могучей геологической силой, нигде на планете больше не существующей, связанной с другим веществом биосферы только биогенной миграцией атомов. Концентрация живым веществом определённых химических элементов в биосфере есть, по-видимому, её господствующий биогенный геологический процесс.
Также мы имеем вещества, образуемые процессами, в которых живое вещество не участвует: косное вещество, твёрдое, жидкое и газообразное. Из них только газообразное и жидкое (и дисперсное твёрдое) являются на поверхности биосферы носителями свободной энергии.
* Биокосное вещество, - которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамические равновесные системы тех и других (вода, нефть, почва и т. д.). Организмы в их образовании играют ведущую роль. Эти биокосные организованные массы являются сложными динамическими равновесными системами, в которых резко проявляется геохимическая энергия живого вещества - биогеохимическая энергия.
* Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. Это вещество в такой форме (дисперсно-рассеянное) является одной из самых мощных сил, меняющей всю энергию биосферы.
* Вещество космического происхождения, атомы, молекулы из электромагнитного потока Солнца, исток отдельных атомов и молекул, приходящих из космического пространства65.
Во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты:
* Неорганические вещества: углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.
* Органические соединения: белки, углеводы, липиды, гуминовые вещества и т. д.
* Факторы, связывающие биотическую и абиотическую части экосистемы; климатический режим, температура и другие физические факторы;
* Продуценты: автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ;
* Консументы: гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;
* Редуценты (деструкторы, декомпозиторы): гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые расщепляют сложные соединения до простых, пригодных для использования продуцентами.
Первые три группы - неживые компоненты, а остальные составляют живой вес (биомассу). Расположение трех последних компонентов относительно потока поступающей энергии представляет собой структуру экосистемы.
1. Продуценты улавливают солнечную энергию и переводят ее в энергию химических связей.
2. Консументы, поедая продуцентов, разрывают эти связи. Высвобожденная энергия используется консументами для построения собственного тела.
3. Наконец, редуценты рвут химические связи разлагающегося органического вещества и строят свое тело.
В результате вся энергия, запасенная продуцентами, оказывается использованной.
Органические вещества разлагаются на неорганические и возвращаются к продуцентам. Таким образом, структуру экосистемы образуют три уровня (продуценты, консументы, редуценты) трансформации энергии и два круговорота - твердых и газообразных веществ.
В структуре и функции экосистемы воплощены все виды активности организмов, входящих в данное биотическое сообщество: взаимодействия с физической средой и друг с другом. Однако организмы живут для самих себя, а не для того, чтобы играть какую-либо роль в экосистеме. Свойства экосистемы слагаются благодаря деятельности входящих в нее растений и животных.
Способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию реализуется через гомеостаз. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи, который можно продемонстрировать на примере зависимости плотности популяции от пищевых ресурсов. Обратная связь возникает, если "продукт" оказывает влияние на "датчик"
В результате отклонения плотности популяции от оптимума в ту или иную сторону увеличивается рождаемость или смертность, результатом чего будет приведение плотности к оптимуму. Такая обратная связь, т. е. связь, уменьшающая отклонение от нормы, называется отрицательной обратной связью. Положительная же обратная связь увеличивает это отклонение.
Облик биотического сообщества определяется не только разнообразием видов и другими показателями, которые отражают связи между видами, входящими в состав биотического сообщества. Функционирование сообщества и его стабильность зависят также от популяционных связей, от распределения организмов в пространстве и характера их взаимодействия с внешней средой. Все это составляет понятие внутренней организации сообщества. О ней можно судить на основании следующих параметров:
1. Стратификация (зональность): растения и животные распределены не равномерно по всей экосистеме, а пятнами, в которых плотность может быть максимальной или, наоборот, минимальной.
2. Активность (периодичность): периодичность сообщества является результатом синхронной активности в течение дня и ночи целых групп организмов. Для всех сообществ характерна также сезонная периодичность, что нередко приводит почти к полному изменению структуры сообщества в течение года.
Изменение экосистем может происходить под воздействием разных причин. В зависимости от вектора действующих сил различают:
1. Аллогенные изменения, которые обусловлены влиянием геохимических сил, действующих на экосистему извне. В качестве таковых могут выступать климатические и геологические факторы.
2. Автогенные изменения, которые обусловлены воздействием процессов, протекающих внутри экосистемы.
В большинстве случаев, однако, трудно разграничить процессы, находящиеся под влиянием внешних и внутренних факторов. Например, эвтрофикация озер происходит под действием населяющих их сообществ, толчком к изменению которых служит поступление в озеро питательных веществ извне, с водосбора.
Тем не менее, степень участия сообщества в преобразовании экосистемы, как правило, устанавливается без особого труда и, кроме того, автогенные изменения характеризуются рядом различимых специфических признаков.
7.2.2. Особенности основных биосферных циклов
Циклы функционируют под действием биологических и геологических факторов. Существование биогеохимических циклов создает возможность для саморегуляции системы, что придает ей устойчивость - постоянный количественный состав по различным химическим элементам в ней.
В связи с хозяйственной деятельностью человечества и вовлечением в окружающую среду техногенных продуктов этой деятельности, возникают проблемы, обусловленные нарушением природных биогеохимических циклов. Эти нарушения связаны как с изменением баланса в циклах, так и с появлением новых химических соединений, ранее отсутствующих в естественных процессах. Циклы некоторых элементов (например, азота, серы, фосфора, калия, тяжелых металлов) превратились в настоящее время в природно-антропогенные, характеризующиеся значительной незамкнутостью, что приводит к их накоплению и, соответственно, к воздействию на экосистемы.
Биосферный цикл углерода
Круговорот углерода связан с использованием СО при фотосинтезе; в процессе дыхания растение возвращает СО в атмосферу. Животные , поедая растения, возвращают в воздух добавочные количества СО. После своей смерти они, так же как и растения , служат субстратом для роста бактерий и грибов, которые в конечном счёте расщепляют органическое вещество до СО. Эрозия и растворение известняка приводят к освобождению карбонатов, а затем и СО. Некоторые организмы, погребённые в осадках, выводят из круговорота большие количества углерода, накопленные в виде нефти, газа, каменного угля и торфа. Но при сжигании этих горючих материалов углерод снова освобождается в виде СО. Организмы, обладающие известковыми раковинами, при своей гибели также временно связывают углерод, участвуя в образовании известняков или коралловых рифов.
Биосферный цикл азота
Цикл азота - пример сложного круговорота газообразных веществ, способных к быстрой саморегуляции. Схема цикла может быть представлена следующим образом:
Атмосферный азот связывается при разрядах молний и в результате жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий и водорослей, которые превращают его в растворимые нитраты. Нитраты попадают в почву или в воду, где они могут быть использованы растениями. Некоторое количество азотистых соединений выделяют в почву растения и животные, остальной азот, в конце концов, высвобождается при расщеплении растительного и животного материала бактериями, которые превращают его азотистые вещества в аммиак. Аммиак образуется также при вулканических процессах. Нитрифицирующие бактерии 1 фазы превращают аммиак в нитриты, из которых нитрифицирующие бактерии 2 фазы образуют нитраты. Денитрифицирующие бактерии возвращают азот в атмосферу, такой же кругооборот совершается и в морских местообитаниях.
Азот наиболее распространен на Земле в форме газообразного N2. И хотя азот важнейший компонент белков и нуклеиновых кислот, растения не могут непосредственно брать его из атмосферы. Они способны усваивать лишь связанный с кислородом или водородом азот, т.е. переведенный в другие химические формы - аммиак, ионы аммония, нитрат - и нитрит-ионы. Важнейшая часть цикла - связывание азота совершается азотфиксирующими бактериями, связыванием в атмосферных процессах и промышленной фиксацией.
Другой важный процесс цикла азота - восстановление нитрат-ионов до атмосферного азота. Осуществляется почвенными анаэробными бактериями - денитрификаторами.
Денитрификация - главная причина потерь азота в земледелии (до половины связанного в удобрениях азота уходит в атмосферу). Велика роль антропогенного фактора в цикле азота. Прежде всего - промышленная фиксация азота (объемы сравнимы с природными). Основной метод фиксации - производство аммиака. Это токсичный газ с резким запахом. Взаимодействует с кислотными осадками, образуя плотные туманы.
Биосферный цикл фосфора
В то время как резервуаром азота является воздух, резервуар фосфора - это горные породы, из которых он высвобождается при эрозии. Большая часть фосфора при этом снова теряется, так как вода смывает его в море, где он связан в морских осадках и может стать доступным только тогда, когда здесь произойдёт поднятие земной коры. В мелководных морских осадках фосфор доступен для рыб, которых в свою очередь поедают птицы. Они возвращают фосфор в круговорот со своими экскрементами (гуано), снова смываемыми в море, где их используют планктонные организмы и рыбы. Есть основания полагать, что фосфор возвращается в круговорот не полностью и что доступные ресурсы его, в конце концов, иссякнут. Истощению этих ресурсов способствует человек, который добывает и, в конечном счете, безвозвратно теряет больше фосфора, чем возвращает в оборот.
Фосфор является одним из важнейших биогенов. Он входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток. Цикл фосфора - пример простого осадочного цикла с весьма несовершенной регуляцией. Особенностью цикла фосфора является отсутствие естественных токсичных его соединений. Главным резервуаром фосфора служат горные породы. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфат-иона. Фосфаты растворимы в кислых растворах и в бескислородных средах, нелетучи. Растения поглощают фосфат-ионы из водного раствора и включают в состав различных органических соединений. В них фосфор выступает в форме органического фосфата. Особенностью этих соединений является наличие связи Р-О-Р. При их гидролизе освобождается большое количество энергии.
Например, при гидролизе подобной молекулы - пирофосфата выделяется 29 кДж/моль, что значительно больше, чем, если бы гидролизу подверглась любая другая молекула, не содержащая Р-О-Р - связей. По пищевым цепям фосфор поступает от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе возможно окисление или гидролиз соединений фосфора для получения организмом энергии. Продукты окисления и гидролиза (фосфаты) поступают в окружающую среду, после чего могут снова поглощаться растениями.
Особенность круговорота фосфора можно рассмотреть при сравнении с круговоротом углерода. Значительная часть фонда углерода находится в газообразной фазе, и он способен свободно распространяться в атмосфере. В случае фосфора газовой фазы и свободного перераспределения в экосистеме нет. Попадая в закрытые водоемы, фосфор насыщает и пересыщает систему. Фосфор и другие минеральные биогены циркулируют в системе в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах подобное равновесие соблюдается. Это касается и чисто минеральной формы фосфора.
Деятельность человека приводит к нарушению естественного цикла фосфора. Она характеризуется разделением мест потребления и утилизации биогена, в частности, фосфора. Урожай, вместе с извлеченными из почвы биогенами, различные продукты питания, перевозятся на большие расстояния к потребителям. Продукты жизнедеятельности человека, содержащие фосфор, сбрасываются в водоемы и, пересыщая их этим биогеном, вызывают эвтрофикацию. Важнейшим источником накопления фосфора в окружающей среде являются фосфатсодержащие детергенты. Подсчитано, что человеческие экскременты дают только 30% фосфата сточных вод, а 60% поступают в них с детергентами.
7.2.3. Биохимические функции живого вещества
Биохимические функции в пределах живого вещества распадаются на две части:
1. Биохимическая функция, связанная с питанием, дыханием, размножением организмов.
2. Биохимическая функция, связанная с разрушением тела отмерших организмов, то есть с разрушением тела живого вещества и переходом его в косное состояние.
Для живого вещества с планетной точки зрения основным явлением должна считаться функция размножения и роста организмов. Обе функции выявляются внутри тел живого вещества. Но источники этих проявлений лежат в окружающей данное живое вещество среде, и эти явления могут быть представлены в атомной форме как закономерная биогенная миграция определённых химических элементов (атомов) из внешней среды в живое вещество и из живого вещества в окружающую среду.
Рост и размножение химически выражаются в сложных процессах увеличения количества живого вещества, которое, в конце концов, приводит к закономерному максимальному увеличению его массы на нашей планете и территории, им на ней занятой. Оба эти процесса, сложно зависимые друг от друга, совершаются в биосфере с ярко выраженным давлением на окружающую среду. Это давление является наиболее ярким выражением биохимической энергии роста и размножения, может быть точно количественно выражено и является различным и характерным видовым признаком для каждого вида, расы, рода.
Биогеохимические функции живого вещества распространяются на всю планету, могут выражаться в виде геосфер и явно не зависят от территориальных условий геосферы. Они определяют в планетном масштабе основные химические проявления жизни и являются основными химическими реакциями живого вещества, поскольку они химически отражаются на окружающей организм внешней среде. Такие функции могут быть разделены на пять групп:
1. Газовые функции
2. Концентрационные функции
3. Окислительно-восстановительные функции
4. Биохимические функции
5. Биогеохимические функции
Вместе взятые они определяют основные химические проявления живого вещества в биосфере66.
7.2.4. Биогенная миграция атомов
и биогеохимические принципы
Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского гласит - "миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории"67.
3акон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных - с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
1. Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.
2. Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов68.
Низшие организмы - не какой-то случайный пережиток прошлого, они - необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.
Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы "кладовыми органического синтеза", в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные69.
Если выразить отдельно биогеохимическую энергию размножения и роста одноклеточных и биогеохимическую энергию размножения и роста многоклеточных, получаются величины несравнимые. Одноклеточные доминировали на нашей планете до последнего времени. На наших глазах это явление начинает меняться в нашу психозойскую эру, когда человек овладел новой биогенной миграцией атомов третьего рода, идущей под влиянием его жизни, воли, разума в окружающей среде. В жизни каждого живого организма есть проявление этой формы биохимической энергии70.
Эта биогенная энергия находится в состоянии, способном производить работу. Она выражается в биогенной миграции атомов. Пассивная энергия концентрируется в биогенных минералах, среди которых твёрдые и жидкие каустобиолиты играют основную роль.
Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:
1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.
2. Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.
В биогеохимических функциях первого и второго рода мы впервые встречаемся в яркой форме с резким отличием косного и живого вещества в ходе геологического времени. В то самое время как живое вещество, охваченное эволюционным процессом, меняется до неузнаваемости в своих формах и даёт миллионы новых видов организмов и множество новых химических соединений, косная материя планеты остаётся инертной, неподвижной и по характеру происходящих изменений только в эоны веков закономерно меняет свой атомный состав закономерным радиоактивным процессом. В геологическое время она практически остаётся неизменной в своём морфологическом характере. В связи с этим биохимические функции могут быть сведены ко второму биогеохимическому принципу. Он указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы71.
7.3. Экологическая структура биосферы
Биосфера: многокомпонентная иерархическая система. Устойчивость видов. Биосфера - гигантский "суперорганизм". ( Прокариоты и эукариоты. Бактерии, вирусы и сине-зелёные водоросли. ( Растения. Грибы. животные

Оставляя для размножения те или иные особи и, следовательно, их генотипы, естественный отбор сохраняет способы интеграции внешней информации, то есть конкретные фенотипы. Особь - основной субстрат жизни, в котором накапливается наследственная информация, исторический опыт. Особь - это в первую очередь лаборатория новообразований. Популяция - первичная ячейка действия естественного отбора. Биогеоценоз - первичная ячейка эволюции. В нём содержатся все основные компоненты биотического круговорота. Биосфера - многокомпонентная саморегулирующаяся система, сохраняющая относительную устойчивость и способность прогрессивно развиваться. Новое появляется в особи, а его конечная судьба и значение определяются положением вида в биосфере.
7.3.1. Биосфера - многокомпонентная иерархическая
система
Понимание структуры биологического разнообразия и его динамики непосредственно связано с сосуществованием видов - как друг с другом, так и с человеком. Говоря о биологическом разнообразии можно поставить два основных научных вопроса:
1. Почему на Земле существует так много разных видов, или, иначе, как это разнообразие возникло?
2. Каким образом разные виды сосуществуют друг с другом, и почему в одних местах обитает много видов, а в других - мало?
Первый вопрос связан с происхождением видов и изучается в генетике, молекулярной и эволюционной биологии. Но в данном контексте наиболее важен второй вопрос, поскольку виды всё быстрее теряют способность сосуществовать друг с другом и, прежде всего с человеком. Потеря способности к сосуществованию ведёт к вымиранию видов, как в локальном, так и в глобальном масштабе. Если вымирание носит глобальный характер, то восстановить его нельзя никакой ценой.
Сохранение биологического разнообразия зависит от выживаемости видов, которая в свою очередь обеспечивается двумя факторами:
1. Достаточно большой численностью особей, что позволяет хотя бы некоторым представителям вида пережить возможные катастрофы.
2. Поддержание высокой плодовитости, что даёт популяции возможность быстро восстанавливаться между катастрофами.
За последние сто лет биологическое разнообразие флоры и фауны нашей планеты значительно сократилось. Это объясняется целым рядом причин, и в первую очередь активным воздействием человека на природную среду. Такие воздействия выражаются в урбанизации, которая угрожает естественным местам обитания диких животных и растений, в беспощадном сведении лесов, в постоянном освоении всё новых и новых пахотных и пастбищных земель. Так называемая "зелёная" революция лишь ускорила процесс генетической эрозии, поскольку земледельцы перестали возделывать многие традиционные культуры, ограничившись небольшим числом новых "чудодейственных" сортов.
Система связей в биосфере чрезвычайно сложна и пока что расшифрована лишь в общих чертах. В целом биосфера очень похожа на единый гигантский суперорганизм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз - динамическое постоянство физико-химических и биологических свойств внутренней среды и стойкость основных функций. С точки зрения кибернетики (теории управления), в каждом биоценозе, то есть совокупности организмов, которые населяют определенный участок суши или водоема, есть управляющая и управляемая подсистемы. Роль управляющей подсистемы выполняют консументы. Они не разрешают растениям слишком разрастаться, поедая "лишнюю" биомассу. За травоядными пристально "следят" хищники, предотвращая их чрезмерное размножение и уничтожение растительности. Управляющей подсистемой для этих хищников являются хищники второго рода и паразиты, которыми "руководят" сверхпаразиты, и т. д.
Поэтому на Земле существует много видов животных. Среди них нет "лишних" или "вредных" - такие эпитеты дает им человек. Особенностью биосферных связей есть и то, что управляющая и управляемая подсистемы в ней часто меняются местами. Так, уменьшение количества растительного корма вызывает снижение численности хищников и паразитов через механизм обратной связи.
Кроме энергетических, пищевых и химических связей, огромную роль в биосфере играют информационные связи. Живые существа Земли освоили все виды информации - зрительную, звуковую, химическую, электромагнитную. Информационные сигналы содержат важные сведения в закодированной форме. Они расшифровываются (большей частью автоматически) и учитываются живыми организмами. Способность воспринимать, сохранять и передавать информацию есть и у безжизненных объектов. Эти процессы в них осуществляются путем общего энергоинформационного обмена. Живые системы могут также обрабатывать, накапливать и использовать информацию в отдельности от энергии. Российский биолог О. Пресман определяет биосферу как систему, в которой вещественно-энергетические взаимодействия подчинены взаимодействиям информационным.
Примером информационных связей в биосфере может быть явление снижения интенсивности размножения животных в случае чрезмерной плотности популяции. Не всегда это обусловлено недостатком корма или загрязнением среды вредными отходами жизнедеятельности. Результаты опытов свидетельствуют, что уменьшение потомства у млекопитающих или снижения яйценоскости у птиц происходит вследствие "перенаселения" территории.
Здесь действуют именно информационные связи, то есть включаются какие-то внутренние механизмы, которые приводят к уменьшению количества "лишних" особей. Эффективность информационных связей в биосфере поражает. Например, самец мотылька тутового шелкопряда ощущает присутствие самки на расстоянии 2 км.
Расчеты свидетельствуют, что такой феномен не может базироваться на химических сигналах, скажем, на действии каких-то ароматных веществ-антрактантов, которые выделяет самка. Вероятно, имеет место передача электромагнитных сигналов. Возможно, именно загрязнением информационной среды, которое вызвано деятельность человека, следует объяснять загадочные случаи массового "самоубийства" китов, которые выбрасываются на сушу. Ведь пространство вокруг Земли ныне перенасыщено искусственными антропогенными источниками электромагнитного излучения.
7.3.2. Прокариоты и эукариоты. Бактерии.
Вирусы и сине-зелёные водоросли
Все известные одноклеточные и многоклеточные организмы делятся на две большие группы - прокариоты и эукариоты. К первым относятся бактерии и сине-зелёные водоросли, к эукариотам - зелёные растения (в том числе все остальные водоросли), грибы, слизевики и животные. Первые эукариоты появились около 3 млрд. лет назад. Они, по-видимому, произошли от прокариот. Клетки прокариот не имеют оформленного ядра. То есть генетический материал (ДНК) прокариот находится прямо в цитоплазме и не окружён ядерной мембраной. У эукариот имеется настоящее ядро. У них генетический материал окружён двойной мембраной (ядерной оболочкой) и образует клеточную структуру, которую очень легко узнать.
Бактерии - это мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением. Диаметр бактериальной клетки в среднем составляет 1 мкм. Размеры клеток варьируют в пределах от 1 до 10 мкм. Бактерии - одноклеточные организмы, их можно разглядеть только под микроскопом. Поэтому их называют микробами или микроорганизмами. Изучением бактерий занимается бактериология - одна из дисциплин микробиологии. К микробиологии относится также вирусология и микология (изучение грибов). Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания: они живут в почве, пыли, воде, воздухе, на внешних покровах животных и растений и внутри организма. Численность бактерий трудно оценить, например, в 1г плодородной почвы может находиться до 100 млн. бактерий. Бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе72.
Вирусы - это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют примерно от 20 до 300 нм. В среднем они раз в 50 меньше бактерий. По химической природе - это нуклеопротеины (нуклеиновые кислоты, связанные с белками). Если живой считать структуру, которая обладает генетическим материалом (ДНК или РНК) и которая способна воспроизводить себя, то вирусы относятся к живым существам. Если же живой считать структуру, обладающую клеточным строением, то вирусы следует отнести к неживому веществу. Вирусы не способны воспроизводить себя вне клетки-хозяина. Они на границе живого и неживого. Обычно вирусы вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки хозяина, они "выключают" хозяйскую ДНК и, используя собственную ДНК или РНК, дают команду клетке синтезировать новые копии вируса. Наиболее правдоподобной и приемлемой является гипотеза о том, что вирусы произошли из "беглой" нуклеиновой кислоты, которая приобрела способность реплицироваться независимо от той клетки, из которой она возникла. Таким образом, вирусы, вероятно, произошли от клеточных организмов, и их не следует рассматривать как предшественников этих организмов73.
Сине-зелёные водоросли, включающие около 2500 видов, относятся, по-видимому, к наиболее примитивным из всех существующих хлорофиллсодержащих растений. Древнейшие из найденных до настоящего времени ископаемых растений были, очевидно, сине-зелёными водорослями. Хлорофилл сине-зелёных водорослей не сосредоточен в хлоропластах, а разбросан в виде мелких зёрен по цитоплазме. Они встречаются в пресной воде прудов и луж. Если их много они окрашивают воду и придают ей неприятный вкус и запах. Другие виды обитают в горячих ключах или в океане. Определённый вид этих водорослей, накапливаясь в Красном море, окрашивает воду в красный цвет.
7.3.3. Растения. Грибы. Животные
Жизнь зародилась в океане, отсюда следует, что наземные растения и животные произошли от морских предков. Водные растения могут обходиться без многих специализированных образований, имеющихся у наземных растений. Окружающая вода снабжает их пищей, предохраняет клетки от высыхания, поддерживает тело растения на поверхности, служит подходящей средой для распространения гамет при половом размножении и для распространения спор при бесполом. Завоевание суши было длительным и трудным процессом. Истинно наземными формами стали растения, которые смогли выжить в новых условиях благодаря развитию ряда специализированных органов:
* Находящихся на воздухе листьев, которые поглощают свет и осуществляют фотосинтез.
* Расположенных в почве корней, служащих для закрепления растений и поглощения воды и солей; стеблей, которые поддерживают листья в положении, наиболее благоприятном для поглощения солнечных лучей, и осуществляют связь между листьями и корнями, создавая возможность для передвижения питательных веществ вверх и вниз.
* Репродуктивных органов - цветков, в которых мужские и женские гаметы могут сливаться в отсутствие водной среды, и зигота может начать развиваться, будучи защищена от высыхания.
Грибы - это одна из самых больших и процветающих групп организмов; к ней относятся около 80000 описанных видов. Размеры грибов колеблются от одноклеточных дрожжей до больших "поганок", дождевиков и зловонных рожков. Грибы занимают самые разные местообитания, как в воде, так и на суше. Кроме того, грибы имеют большое значение в связи с той ролью, которую они играют в биосфере и используются людьми для медицинских и хозяйственных целей. К грибам относятся бесчисленные плесени, растущие на сыром органическом материале, одноклеточные дрожжи, появляющиеся на сахаристой поверхности спелых фруктов и многие паразиты растений и животных. Изучением грибов занимается микология.
Животные - это существа, которые дышат кислородом. Чтобы выжить, они должны поедать растения или других животных. Животные существуют на Земле уже 700 миллионов лет. Первыми животными были крошечные одноклеточные организмы. Сегодня же на Земле существует более миллиона видов животных. Ученые подразделили их на родственные группы. Вот основные группы животных:
1. Млекопитающие. Например, летучие мыши, киты, кошки, кенгуру и люди. Многие крупные животные принадлежат к этой группе.
2. Рептилии (пресмыкающиеся): змеи, ящерицы, черепахи и крокодилы. Около 250 миллионов лет назад на Земле господствовали динозавры, которые тоже относятся к рептилиям.
3. Амфибии (земноводные) приспособлены для жизни, как на земле, так и в воде. В эту группу входят: лягушки, жабы, тритоны и саламандры.
4. Рыбы - это огромная группа животных, обитающих в воде. В нее входят такие непохожие на рыб существа, как акулы, морские коньки и угри.
5. К группе птиц относятся как летающие, так и нелетающие птицы. Они распространены по всему земному шару.
6. Насекомые - самая крупная и многочисленная группа животных на Земле. К ней относятся муравьи, жуки, пчелы, бабочки, блохи и мухи. В отличие от шестиногих насекомых, у всех паукообразных - восемь ног. К паукообразным относятся скорпионы, сенокосцы, клещи и пауки.
Животные питаются различной пищей - это зависит от их размера, строения желудка, а также доступности той или иной пищи. Животные, которые питаются растениями, называются травоядными. Животные, питающиеся и растениями и мясом, называются всеядными. Животные, употребляющие в пищу только мясо, называются плотоядными или хищниками.
Хищники способствуют оздоровлению животной популяции. Они убивают и поедают самых слабых или больных животных, а сильнейшие и здоровые остаются в живых. Они и дают начало здоровому потомству.
Животные связаны между собой пищевыми цепями. Некоторые животные, например, тли питаются растениями. Тлей поедают другие животные, которые, в свою очередь, служат пищей для более крупных животных. А вот группы наиболее просто организованных животных:
1. Кишечнополостные: медузы, кораллы, актинии.
2. Моллюски - слизни, улитки, устрицы, осьминоги.
3. Пористые - морские губки.
4. Аннелиды (кольчатые черви) - дождевые черви, пиявки.
5. Иглокожие - морские звезды, морские ежи.
7.4. Глобальное биологическое разнообразие
и подходы к его изучению
Современные представления о видовом разнообразии биосферы. Оценка количества видов. Причины видового разнообразия. ( Современные подходы к исследованию биоразнообразия. Особенности популяционного подхода. Структура экосистемного подхода.

Биологическое разнообразие характерно для всей совокупности форм земной жизни на всех её уровнях - молекулярном, клеточном, видовом, экологическом, ландшафтном. Постичь эту обширнейшую и сложнейшую проблему практически невозможно, не разделив её на более удобные для понимания элементы, с каждым из которых можно работать по отдельности. Одним из общепринятых и вполне успешных подходов является, например, видовая классификация организмов, установление на этой основе количества видов и их относительной численности.
Изучение биологического разнообразия - это изучение того, каким образом сохраняется сама жизнь на Земле, и потому оно имеет отнюдь не абстрактное, а практическое значение, так как выживание самого человека тесно связано с выживанием других организмов. Для существования всех живых организмов требуются одни и те же ресурсы: вода, необходимые элементы в почве и атмосфере, а также энергия в той или иной форме. Заботясь о себе, человек мало думает о выживании или вымирании других организмов и тем самым постепенно готовит собственную деградацию и исчезновение.
7.4.1. Современные представления о видовом
разнообразии биосферы74
Хотя точные данные постоянно меняются, в самом первом приближении можно считать, что учёные описали около 2 млн. видов живых существ. Более половины их приходится на представителей только одного класса животных - насекомых, около 1/5 - на высшие (сосудистые) растения, а во всех остальных вместе взятых группах растений, животных, грибов, бактерий и вирусов набирается не более 1/4 от общего числа известных науке видов. Такие пропорции в соотношении числа видов порождают целый ряд вопросов. Прежде всего, почему на планете, 2/3 которой покрыты водой, наибольшего разнообразия достигли группы организмов, обитающие почти исключительно на суше?
Впрочем, колоссальное видовое разнообразие наземных организмов определяется, по сути дела, только двумя относительно молодыми группами - насекомыми и покрытосеменными. Эволюция обеих групп происходила согласованно: насекомые были и остаются главными опылителями покрытосеменных, а покрытосеменные не только основной источник пищи для многих насекомых, но и тот физический субстрат, на котором протекает вся их жизнь.
Недавно проведённые в тропических лесах исследования показали: с большой степенью уверенности можно говорить о том, что всего наземных насекомых (членистоногих) насчитывается от 10 до 50 млн. видов.
Помимо насекомых есть и другие группы организмов, среди которых, вероятно, много новых видов. Так, всего грибов в настоящее время описано около 70 тыс. видов, но на самом деле их видимо гораздо больше и приблизительно может быть оценено в 1.5 млн. видов. Новые виды продолжают обнаруживаться даже среди млекопитающих (1988 г. Мадагаскар - новый вид лемуров; Центральная Африка - новый вид мартышек и т. д.).
Трудами многих исследователей разных стран за последние десятилетия достигнут значительный прогресс в понимании того, какие механизмы определяют возможность совместного обитания разных видов, а, следовательно, и уровень разнообразия конкретных сообществ. К примеру, оказалось, что сосуществование разных видов растений зависит не только от конкуренции за одни и те же ресурсы, но и от того, насколько гетерогенна среда их обитания. Приобретение одними организмами в процессе эволюции каких-либо преимуществ по сравнению с другими всегда требует затрат и ведёт к тому, что какие-то возможности организма утрачиваются или ослабляются.
Так, растения, побеждающие в конкурентной борьбе благодаря способности поддерживать свой рост при очень малом содержании лимитирующего элемента питания (например, азота), в условиях его обилия растут гораздо медленнее, чем другие виды, требующие для своего роста более высокого содержания этого элемента. Среди растений разных видов могут устанавливаться и взаимовыгодные отношения. Например, быстро растущие виды могут образовывать большое количество сравнительно легко разлагаемого опада и таким образом через обогащение почвы элементами минерального питания способствовать поддержанию медленно растущих конкурентов.
Очевидно, что в свете подобных явлений, открытых совсем недавно, представление о сообществе как о совокупности разных видов с чётко разделяющимися экологическими нишами уже не может удовлетворить исследователей. Виды, экологически очень близкие (занимающие практически одну и ту же нишу), нередко успешно сосуществуют, демонстрируя сходное распределение в пространстве и сходную динамику во времени.
Немалый прогресс достигнут в последнее время и благодаря изучению того, как увеличивается видовое разнообразие отдельных групп организмов в процессе их эволюции. Выяснилось, что множество новых видов может возникнуть в течение очень короткого времени. В этом процессе экологическая специализация оказывается нередко более важной, чем пространственная изоляция. Ярким и удивительным примером такого "взрывного" видообразования является существование рыб цихлид, обитающих в африканском озере Виктория. Более 300! видов цихлид возникло за примерно 10 000 лет - срок ничтожно малый даже в масштабах экологического времени. Какие механизмы обеспечили столь быстрое видообразование? Скорее всего, на первых порах ведущее значение имел половой отбор, определяемый предпочтением самок определённого окраса самцов. Но основным фактором была экологическая специализация, связанная с добыванием определённого вида корма, приведшая, прежде всего к изменению челюстного аппарата.
7.4.2. Современные подходы к исследованию
биоразнообразия75
Два наиболее важных аспекта современной экологии в исследовании глобального разнообразия могут быть обозначены как популяционный и экосистемный подходы.
Популяционный подход
Популяционный подход акцентирует внимание на следующих проблемах:
* Выявление закономерностей динамики отдельных популяций, выяснение того, какие факторы ограничивают их рост и распространение.
* Изучение разных типов межвидового взаимодействия, например, конкуренции, хищничества, мутуализма (взаимовыгодного сотрудничества). При этом широко используются математические модели и лабораторные эксперименты в строго контролируемых условиях.
* Изучение сообществ, распутывание сложных сетей взаимосвязей различных видов. Один из центральных вопросов - выяснение общих принципов организации сообществ. Сегодня ясно, что наряду с очень жёстко организованными сообществами (каждый вид прямо или косвенно связан со всеми остальными), есть сообщества довольно рыхлые, из которых те или иные виды могут изыматься (или наоборот - добавляться) без серьёзных последствий для других видов
Исследователи, следующие популяционному подходу должны ответить на следующие вопросы:
1. Почему организмы какого-то конкретного вида, встречающиеся в одном месте, не встречаются в другом.
2. Почему численность организмов в один период растёт, а в другой снижается.
3. Почему в разных местах численность одного вида может быть разной.
При попытке установить границы популяции* исследователи нередко сталкиваются с трудностями, вызванными самой природой объекта, сложной (и меняющейся во времени) картиной пространственного распределения особей. Мелкие локальные популяции, в пределах которых контакты особей особенно часты, объединяются в более крупные "метапопуляции", а те, в свою очередь, в ещё более крупные популяционные системы.
Наша способность проводить границы между областями, занимаемыми разными популяциями, и само выделение популяций в значительной мере определяются промежутком времени, в течение которого проводятся наблюдения. Здесь возникает одна из основных проблем современной экологии - проблема соответствия масштабов пространства и времени, в которых протекает реальная жизнь организмов, тому масштабу, в котором они изучаются.
Экосистемный подход
Под экосистемой понимают совокупность организмов и неживых компонентов, связанных в единое целое потоками вещества и энергии. Среди организмов, входящих в одну экосистему, есть как продуценты, создающие сложное органическое вещество из простых минеральных, так и редуценты, разрушающие это вещество до простых компонентов. Последние, в свою очередь, могут быть потреблены продуцентами. Часто выделяется ещё и группа консументов, но, по сути дела, это те же редуценты, но более крупные по размеру и потребляющие не только уже отмершее органическое вещество, но и живые ткани растений и животных. Началом, объединяющим различные живые и неживые компоненты в единую экосистему, является некий более или менее замкнутый цикл какого-нибудь биогенного элемента, например, углерода, азота или фосфора.
На практике выделение экосистемы по замкнутым циклам биогенов оказывается непростым делом, прежде всего потому, что круговороты разных элементов происходят с разной скоростью и в пределах участков, очень разных по своим размерам.
Экосистемный подход направлен на описание структур и процессов, имеющих отношение к трансформации вещества и энергии с участием организмов. Получение обобщённых количественных оценок происходящих в экосистеме процессов возможно только потому, что жизнь, будучи чрезвычайно разнообразной морфологически, в функциональных проявлениях гораздо однообразнее. Число основных типов "биогеохимических ролей", существующих в биосфере, довольно ограниченно. Например, какими разнообразными по размерам, форме и жизненным циклам не были бы покрывающие нашу планету зелёные растения, все они от крошечной протококковой водоросли до громадной секвойи, обладают способностью к фотосинтезу. Соответственно результаты этого процесса могут быть суммированы, а первичная продукция может быть выражена в одних и тех же единицах.
Также очевидно, что количества выделенного кислорода, потреблённого диоксида углерода и образовавшегося органического вещества, находятся между собой в определённом соотношении, зная которое по одной величине можно рассчитать и другие. Надёжность подобных расчётов обеспечивается тем, что в основе их лежат строгие количественные соотношения отдельных элементов, вступающих в химические реакции.
При изучении экосистем чрезвычайно важно учитывать тесное взаимодействие биологических, физических и химических процессов. Например, кислород, растворённый в воде, может поступать туда как в результате фотосинтеза растений, так и в результате диффузии из атмосферы.
Задачи, которые решают популяционный и экосистемный подходы различны, как различны и используемые при этом методы. Хотя прямым продолжением экосистемного подхода является подход биосферный, затрагивающий проблемы глобальные, профессионалы-экологи не меньше внимания уделяют и популяционным исследованиям. Учёные стремятся охватить чрезвычайное разнообразие организмов и конкретных ситуаций, надеясь понять общие принципы организации популяции и сообществ.
7.5. Ноосферогенез
В. И. Вернадский о переходе биосферы в ноосферу. Биосфера - стойкая динамическая система. Основной закон биосферы. ( Естественноисторические аспекты трансформации биосферы в ноосферу. ( Антропоцентризм и биосферное мышление. Разные типы мировоззрения.

Под ноосферой понимается сфера взаимодействия природы и общества, в которой человеческий разум при посредстве технически оснащённой деятельности становится определяющим фактором развития. К появлению учения о ноосфере привело развитие естествознания Нового времени. Ж. Бюффон (1707 - 1778) обосновал геологическое значение человека. Д. Д. Дана (1813-1895) и Д. Ле-Конт (1823-1901) - выявили эмпирическое обобщение, которое показывает, что эволюция живого вещества идёт в определённом направлении, названном процессом "цефализации". В 1922-23 гг. В. И. Вернадский, читая лекции в Париже, выдвинул тезис о биогеохимических явлениях как основе биосферы. В 1927 г. французский математик и философ Е. Леруа ввёл понятие ноосферы, как современной стадии, геологически переживаемой биосферой76.
7.5.1. В. И. Вернадский о переходе биосферы
в ноосферу
Обобщив результаты исследований в отрасли геологии, палеонтологии, биологии и других естественных наук, В. И. Вернадский пришел к выводу, что биосфера - это стойкая динамическая система, равновесие, которой установилось в основных своих чертах с археозоя и неизменно действует на протяжении 1.5 - 2 миллиардов лет". Он доказал, что устойчивость биосферы за это время обнаруживается в постоянстве ее общей массы (около 1019 т), массы живого вещества (1018 т), энергии, связанной с живым веществом (1018 ккал), и среднего химического состава всего живого.
Стойкость биосферы Вернадский связывал с тем обстоятельством, что "функции жизни в биосфере - биогеохимические функции - неизменные на протяжении геологического времени, и ни одна из них не появилась снова с ходом геологического времени". Все функции живых организмов в биосфере (образование газов, окислительные и обновленные процессы, концентрация химических элементов и т. п.) не могут выполняться организмами какого-либо одного вида, а лишь их комплексом. Отсюда вытекает чрезвычайно важное положение, разработанное Вернадским: биосфера Земли сформировалась с самого начала как сложная система, с большим количеством видов организмов, каждый из которых выполнял свою роль в общей системе. Без этого биосфера вообще не могла бы существовать. Отсюда следует, любая трактовка ноосферогенеза может подразумевать только качественное изменение отношений человека с биосферой, но не качественное изменение самой биосферы, ни, тем более, её "отмену".
Вернадскому принадлежит открытие основного закона биосферы: "Количество живого вещества является планетной константой со времен архейской эры, то есть за все геологическое время". На протяжении этого периода живой мир морфологически изменился неузнаваемо, но такие изменения заметно не повлияли ни на количество живого вещества, ни на его средний валовой состав. Дело здесь в том, как считает Вернадский, что "в сложной организованности биосферы происходили в границах живого вещества лишь перегруппирования химических элементов, а не коренные изменения их состава и количества".
Постоянно подчеркивая, что его позиция - это позиция натуралиста, В. И. Вернадский говорил о биосфере как о "естественном теле", как о "монолите", вбирающем в себя всю совокупность живого вещества планеты. Очевидно, что и человек, как живое существо, включен в биосферу, понимаемую в качестве природно-биологического образования. В таком случае антропогенные факторы эволюции биосферы становятся в один ряд с другими природными параметрами.
Вместе с тем, В. И. Вернадский говорил о том, что понятие "естественного тела" изменяет свое содержание в зависимости от контекста. В этом отношении существенно, что "начало" ноосферы отсчитывается с того, условно говоря, момента, когда появился разум: "С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа, - писал Вернадский, - планета переходит в новую стадию своей истории. Биосфера переходит в ноосферу"77. Выработанная в социальной среде научная мысль создаёт в биосфере новую геологическую силу. Биосфера переходит тем самым в новое эволюционное состояние.
Научная мысль как проявление живого вещества по существу не может быть обратимым явлением, утверждает В. И. Вернадский. Рост научной мысли, тесно связанный с ростом заселения человеком биосферы, должен ограничиваться чуждой живому веществу средой и оказывать на неё давление, поскольку он связан с возрастающим количеством живого вещества, прямо или косвенно участвующего в научной работе. Этот рост и связанное с ним давление постоянно увеличиваются благодаря тому, что в них резко проявляется действие массы создаваемых технических средств, экспансия которых в ноосфере подчиняется тем же законам, что и размножение живого вещества, то есть, выражается в геометрических прогрессиях.
Кроме этого формирование ноосферы, согласно В. И. Вернадскому, определяется следующими условиями и предпосылками:
1. Человечество стало единым целым. Ход мировой истории охватил весь земной шар, включив в единый процесс, различные культурные области, некогда существовавшие изолированно.
2. Преобразование средств связи и обмена сделало регулярным и систематическим обмен веществом, энергией и информацией между различными элементами ноосферы.
3. Овладение новыми источниками энергии дало человеку возможность коренного преобразования окружающей среды.
4. Растёт благосостояние народных масс, трудом и разумом которых создаётся ноосфера.
5. Осознаны равенство всех людей и важность исключения войн из жизни общества78.
Мы упростим само понимание эволюции, если будем считать, что только находимся на пороге ноосферогенеза, что "ноосфера" - это чуть ли не то самое светлое будущее человечества, которое совсем недавно обозначалось словом "коммунизм". Не точнее ли говорить о современности как о качественно новой ступени развития ноосферы, сохранив ту "начальную" точку отсчета ее эволюции, когда с появлением цивилизации на Земле биосфера стала природно-социальной системой.
7.5.2. Естественноисторические аспекты
трансформации биосферы в ноосферу
Все процессы, происходящие на Земле и существенные для человека и цивилизации, суть процессы преобразования свободной энергии. Земля - открытая система, и земная жизнь обязана своим существованием потоку свободной энергии солнечно-космической природы, пронизывающему нашу планету. Сама хозяйственная деятельность человека - одна из реализаций этого потока, и все наши технологические ухищрения, в конечном счете, подчиняются закономерностям термодинамики открытых систем. Потоком свободной энергии можно управлять, либо увеличивая поток энергии, либо уменьшая поток энтропии. Первую задачу выполняют новые энергетические технологии, вторую - новые информационные технологии.
В результате человеческой деятельности на планете происходят изменения: теплеет климат, уменьшается количество стратосферного озона, сокращаются площади лесов, загрязняются атмосфера, гидросфера и почвы, увеличивается площадь пустынь, исчезают виды растений и животных. Влияние на состояние экосистем оказывает интенсивное сжигание ископаемого топлива.
Всё это, в конечном счете, приводит к незамкнутости биотического круговорота. Нарушаются главные закономерности, лежащие в основе длительного существования жизни: относительная замкнутость круговорота, локализация уничтожения вредных отходов, экономия материальных ресурсов. Разумная по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы в большинстве случаев оказывается разрушительной. Может ли всё это представлять угрозу для существования биосферы?
Биосфера включает нижний слой атмосферы, верхний слой литосферы, гидросферу и совокупность обитающих здесь живых организмов (биоту). Устойчивость биосферы, то есть её способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий очень велика. Биосфера существует уже около 4 миллиардов лет, и за это время её эволюция не прерывалась. Это следует из того, что все живые организмы от вируса до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов. Только за последние 600 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф, в результате которых происходило вымирание почти 70% видов. Но биосфера всегда восстанавливалась.
Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое оценивается как 2-10 миллионов видов животных, растений и микроорганизмов. Состояние биоты определяется в основном физико-химическими характеристиками окружающей среды. Мы называем их совокупность климатом. Основная климатическая характеристика - температура у поверхности Земли. Её изменения за всё время эволюции биосферы составили всего от 100 до 200С.
За 4 миллиарда лет концентрация СО2 в атмосфере уменьшилась в 100 - 1000 раз, что отрицательно повлияло на питание растений. Накопление кислорода привело к полному вытеснению анаэробных организмов, создавших, по сути, кислородную атмосферу. С 1800 г. по настоящий период концентрация СО2 в атмосфере увеличилась с 280 до 360 млн. моль/м3 (в миллионных долях от полной концентрации атмосферных частиц). Это важнейший показатель для биосферы, так как СО2, во-первых, - парниковый газ, который вместе с водяным паром определяет парниковый эффект, а следовательно и климат, и, во-вторых, он - основная пища растений. При этом увеличивалась и скорость накопления углерода в атмосфере. Но ещё быстрее увеличивалась скорость выброса углерода в атмосферу при сжигании ископаемого топлива и производстве цемента. Из этих данных следует:
1. Наблюдаемый рост содержания СО2 в атмосфере вызван антропогенными выбросами.
2. Биота забирала из атмосферы в процессе фотосинтеза не только весь углерод, выделенный ею же в атмосферу в процессах дыхания и разложения - около 100 млрд. т. в год - но и около половины углерода, содержащегося в антропогенных выбросах, в последние годы - до 2/3.
3. Раз увеличивался сток СО2 из атмосферы в биоту, значит либо увеличивалась глобальная биомасса, либо увеличивалась её продуктивность. Но как это возможно, если уменьшалась площадь лесов. Следовательно, или увеличивалась биомасса других экосистем и масса корней, или увеличилась продуктивность ряда растений.
Таким образом, данные не дают оснований утверждать, что биосфера теряет устойчивость.
Но основания для беспокойства есть, так как увеличение содержания СО2 и других парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению климата. Быстрое расходование ископаемого топлива приведёт к истощению его запасов в исторически короткие сроки: нефти и газа - через 60-80 лет, угля - через 1000-3000 лет.
Внушают тревогу данные об ухудшении состояния тропических лесов. По данным Международного комитета по изменению климата ООН температура к 2050 году повысится на 1.50-2.50. При этом уровень океана повысится на 35-55 см. Пострадают прибрежные районы многих стран. Общее количество осадков увеличится на 3-15%, но распределятся они неравномерно. Поэтому увеличится площадь пустынь и все климатические зоны сдвинутся от экватора к полюсам примерно на 500 км.
Перед обществом стоит грандиозная задача: включение человеческой деятельности в биотический круговорот планеты, что собственно и означает ноогенез человечества. В основе его разработка методов и способов сознательного регулирования обмена веществ между человеком и биосферой с целью сохранения биотического круговорота и многообразия биосферы. Конфликт между человеком и биосферой, естественно, не может быть решён путём возврата человечества к полудикому состоянию и техносфера не в состоянии заменить биосферу. Он может быть решён в направлении дальнейшего научного и технологического прорыва, который даст возможность разработать необходимые способы и методы сохранения биосферы.
7.5.3. Антропоцентризм и биосферное мышление
Антропоцентризм и биосферное мышление Антропоцентрическое мышление и биосферное мышление - два кардинально различающихся типа мировоззрения. Это касается:
* характера проблем - методологических, исследовательских, хозяйственно-промышленных и т. д.;
* множества людей - от отдельных личностей, групп людей, объединенных по социальной, религиозной, национальной или иной принадлежности, до населения стран, материков и человечества в целом;
* размера территории, подвергающейся антропогенному воздействию - от десятков - сотен квадратных метров, частей ландшафта до обширных регионов, витасферы и биосферы в целом.
Одним из главных признаков различия двух мировоззрений является отношение к времени. При антропоцентрическом подходе, как правило, ограничиваются оценками и прогнозами краткосрочными - максимум ближайшее десятилетие, в то время как при биосферном основу должны составлять долгосрочные оценки и прогнозы - минимум десятилетия и столетия. Антропоцентризм делает акцент на судьбах ныне живущих людей и их сиюминутных интересах, и в крайнем случае - их детей и уж совсем абстрактно - внуков. В то время как биосферное мышление будет охватывать череду поколений и действительно приобретет, таким образом, право говорить о судьбе человечества.
Антропоцентризм локализует анализ воздействий на природные комплексы в пространстве. При биосферном подходе сознается важность возможного "расползания" эффектов на обширные территории. Антропоцентрический подход, реализуемый в каком-то промышленном проекте, предъявляет своим противникам требование: "Докажите, что этот проект будет в каком-то отношении вредным". Биосферный подход требует аргументов в пользу того, что наличествующее состояния природы не будет ухудшено. В конечном итоге антропоцентризм формулирует целевую функцию, как "было бы лучше человеку сегодня, а там видно будет", биосферное мышление - "не может быть человеку лучше, если не исключено ухудшение природных комплексов".
Опыт показывает, что антропоцентрический подход довольствуется остаточным принципом финансирования фундаментальных исследований, являющихся, по словам В. И. Вернадского, основой формирования биосферного мышления: "Основной геологической силой, создающей ноосферу, является рост научного знания"79.

ГЛАВА 8. ЧЕЛОВЕК
8.1. Человек как вид
Человек: особый вид животных. Уникальность видов. Специфика человеческой уникальности. ( Культурный и биологический аспекты эволюции человека. Специфика эволюционных изменений. ( Нарушение человеком основного биологического закона: запрета на ограничение численности вида. Демографическая проблема. Демографическая классификация обществ.

Человек - один из видов животных со сложной социальной организацией. Он способен трудиться и всё это делает малозаметными биологические, в том числе этологические (первично-поведенческие), свойства организма. Как составная часть живого человек не может существовать вне биосферы и живого вещества определённого эволюционного типа. Местом возникновения семейства гоминид была экваториальная полоса Земли, а рода Человек - Африка и, возможно, Южная Азия. В ранние эпохи одновременно на Земле существовало несколько видов или даже два подсемейства гоминид --австралопитековые и собственно люди, из которых в наши дни сохранился только Homo sapiens. По мнению многих учёных Homo sapiens разделяется на два подвида - неандерталец и современный человек. Существует предположение, что сейчас идёт формирование нового вида людей - Человека нового (Homo innovatus)80.
8.1.1. Человек: особый вид животных
Современный человек - это без сомнения совершенно особый вид животных. Речь, пластичность поведения, выпрямленное положение тела, мозг, слишком большой для целей простого удобства, сложные технологические навыки - всё это говорит о человеческой уникальности. Но как понимать уникальность? Все виды уникальны. Это основа биологической таксономии и разнообразия жизни. Все виды уникальны потому, что они генетически уникальны. Они не менее уникальны в физиологическом, экологическом, поведенческом отношении, чем современный человек. Из этого следует, что неприменимость биологических принципов к современному человеку нельзя объяснить его уникальностью.
Можно использовать ещё два подхода, которые, казалось бы, указывают на уникальность человека. Это - утверждение, что различия между гоминидами и представителями других видов должны быть гораздо больше, чем те, которые существуют для других видов. И второй подход может быть основан на утверждении, что человеческий вид возник в результате уникального процесса, которому не подвержены другие виды.
В контексте первого подхода можно сказать, что человеческая уникальность была чрезмерно преувеличена за счёт исчезновения австралопитеков, Homo erectus и неандертальцев, не говоря уж о возможном исчезновении древних человекообразных обезьян. Видимые разрывы в палеонтологической летописи эволюции человека говорят лишь о необходимости более тесного союза палеоантропологии и эволюционной биологии.
Утверждение об уникальности процесса, приведшего к возникновению человека, связано с возникновением у человека нового аспекта общего эволюционного процесса, то есть культурной эволюции. В самом широком смысле под культурой понимают небиологические аспекты поведения человеческого вида, включая речь, изготовление орудий, возросшую пластичность поведения, способность к символическому мышлению и самовыражению с помощью символов. С развитием этих процессов эволюция человека оказалась отделённой от основного русла биологической эволюции. Для человека естественный отбор, по меньшей мере, дополняется параллельным процессом культурного отбора.
Однако уникальность процесса культурной эволюции становится проблематичной, когда мы пытаемся выяснить происхождение каждой культурной особенности. Каждая из них - будь то возросшая способность к обучению, речь, изготовление орудий, - возможно, развивалась отдельно от остальных под влиянием независимых сил, связанных с отбором. Многие черты человеческой культуры, если рассматривать их в отдельности, можно обнаружить в рудиментарной форме у других животных. Большая часть тех особенностей, которые известны под названием "культура", если рассматривать их по отдельности, встречаются в той или иной форме в царстве животных. Поэтому и второй подход не может претендовать на утверждение уникальности человеческого вида.
Человек - это функциональное триединство сенсорной информации, поведенческих реакций и важнейшего связующего звена между ними -интрацеребральных* процессов.
Личность - это не какой-то непостижимый и неизменный способ реагировать, а гибкий процесс, находящийся в непрерывном развитии, на который влияет окружающий мир. Человека можно рассматривать как временную материально-информационную структуру, образующую относительные "системы отсчёта" для сравнения с другими "системами отсчёта" на условиях и в пределах возможностей человеческого сознания.
8.1.2. Культурный и биологический аспекты
эволюции человека
Большую часть всего, что есть необычного, в человеке, можно вместить в одно слово: культура. Оно используется здесь в его научном смысле. Передача культурного наследия аналогична генетической передаче: будучи в своей основе консервативной, она может породить некую форму эволюции. Джефри Чосер, например, не смог бы беседовать с современным англичанином, несмотря на то, что они связаны друг с другом непрерывной цепью из двух десятков поколений англичан, каждый из которых вполне мог бы вести разговор со своими непосредственными соседями по этой цепи, как сын говорит со своим отцом. Язык, по-видимому, эволюционирует негенетическими способами и со скоростью, на несколько порядков выше, чем эволюция генетическая.
С середины века естественные науки и науки о человеке условно разделили свои полномочия: первые занялись природой, вторые - культурой. Однако эти категории сами вызывают вопросы. В самом деле: что такое "культура", если не "шапка", общий термин, в который включалось все то, что изучали гуманитарии и что не входило в естественные науки? Американский антрополог А. Л. Кребер в своем известном учебнике определил культуру как "набор феноменов, которые неизменно возникают там и тогда, где и когда человек появляется в природе... и которые необходимо изучать в сравнении, с равных позиций и без предвзятости". Однако эта формулировка, скорее, обозначала сферу исследования, нежели проясняла понятия. В 1952 году Кребер вместе с К. Клукхоном предприняли попытку дать обзор значений слова "культура", разделив культуру и индивидуальное поведение как предметы разноуровневых объяснений.
Авторы пришли к обоснованному выводу, что, хотя само понятие необходимо для классификации и объяснения человеческой активности, общая теория культуры отсутствует. Было или нет понятие культуры достаточно четким, - оно находилось в согласии с господствующим мнением, что науки о природе и науки о человеке (или культуре) различны.
В середине века акцент на культурном происхождении человеческой природы сохранялся, поскольку был связан с надеждами на улучшения в обществе с помощью "правильной" социальной политики. В то же время страх перед биологическими объяснениями человеческих различий - наследие Третьего Рейха - заставил почти полностью замолчать теории об ином, не культурном происхождении различий между людьми.
В 1930-х годах в Великобритании, например, евгенические идеи были широко распространены среди специалистов; в числе выдающихся ученых, которые их поддерживали - статистик и биолог Рональд А. Фишер, математик Пирсон и психолог Спирман. На протяжении 1930-х годов эти идеи постепенно исчезают из публичного обсуждения.
Когда позднее лидер Евгенического общества К. П. Блэкер попытался вновь привлечь внимание к деятельности Общества, ему пришлось сделать все возможное, чтобы отграничить проблемы научного исследования наследственности от политических вопросов государственного контроля над ней. И все же, идея о врожденном характере человеческих способностей и биологическом фундаменте человеческой природы получала авторитетную поддержку, в частности, в работах Берта и Айзенка о биологической основе интеллекта и личности.
В конце 1960-х годов аргументы в пользу биологии вновь стали занимать воображение публики и проникли в науки о человеке. Исследователи черпали вдохновение в естественной истории и глубоко укоренившейся традиции сравнивать человека и животных - традиции, существовавшей еще до Дарвина и получившей подкрепление в его работах. Хотя в XIX веке изучение животных и растений стало академической дисциплиной, любители природы (а иногда и ученые) продолжали интересоваться традиционной естественной историей. Исследования животных и растений в естественной среде, а также изучение индивидуальности животных, в особенности домашних, стали необычайно популярны, а исследователи получали видимое удовольствие от сравнения повадок животных и поведения человека.
Зоопарк и сад стали местом, где сошлись вместе интересы ученых и общественности. В 1940-е годы новая наука - этология - объединила естественную историю, с ее терпеливым изучением поведения животных в натуральных условиях, и университетскую лабораторную науку. Затем, в 1970-е годы группа ученых-эволюционистов выступила с идеей социобиологии - дисциплины, призвавшей соединить теорию естественного отбора, этологию и знание о человеке; они намеревались включить науки о человеке в биологию. Социобиологи считали, что единства знания, отсутствие которого в науках о человеке столь очевидно, можно достичь лишь проводя последовательно идею о единстве человека и эволюционирующей природы, - иными словами, переосмысливая культуру с позиций биологии.
8.1.3. Нарушение основного биологического закона
Порождённая естественным отбором тенденция вида развиваться вне конкурентных отношений позволяет вступить на путь разрыва связей с другими видами - связей, которые ранее обусловливали особенности их развития в определённом направлении. Одним из наиболее очевидных нарушений естественных биологических запретов является нарушение запрета на ограничение численности вида, которое известно нам под названием "демографическая проблема".
В 1945 г. демограф Ф. Ноутстайн разработал теорию демографических изменений. Существующие общества он разделил на три типа:
1. Общество первого типа характеризуется высокими показателями рождаемости и смертности. Таковы, например, традиционные общества.
2. Общество второго типа характеризуется высокой рождаемостью и низкой смертностью.
3. Общество третьего типа характеризуется уравнением показателей рождаемости и смертности при низких их уровнях.
К концу ХХ века демографическая проблема выразилась в том, что развивающиеся страны, относящиеся к обществам второго типа, не могут трансформироваться в общества третьего типа, так как природные системы жизнеобеспечения не выдерживают существующих нагрузок.
В настоящее время существуют следующие демографические критерии. Мир делится на 2 группы стран:
* Страны с нулевым или малым ростом населения и высоким уровнем жизни.
* Страны, где население быстро растёт, а условия жизни ухудшаются.
В некоторых странах существует опасность возврата к обществам первого типа, то есть к обществам с высокой рождаемостью и смертностью.
8.2. Сознание и поведение
Функции головного мозга. Успехи нейрофизиологии. Организация головного мозга человека. Роль языка в формировании структуры мозга. Связь мозга с сознанием. Значение сенсорной информации. Постулаты психогенеза. ( Поведение. Инстинкт и разум. Физиологические и поведенческие реакции. ( Бихевиоризм. Абсолютизация роли внешней среды в определении поведения. ( Гештальтпсихология. Сознание и поведение целостны, а не элементарны. Инсайт. ( Этология и социобиология.

Очевидно, что сознание неразрывно связано с поведением. Можно сказать так, что поведение является непосредственной реализацией сознания. Хотя, разумеется, это сильное упрощение, так как поведение есть одновременно и бессознательный акт. Кроме того, поведение ещё - это реализация сознания качественно отличающегося от человеческого - сознания животных. Эту качественную взаимосвязь сознания и поведения или, если выражаться обще, - активность психики исследуют различные направления психологии. Спецификой современного этапа исследований психики человека и животных является укрепление их естественнонаучного фундамента и успешное развитие этологии - науки о поведении.
8.2.1. Функции головного мозга.
Успехи нейрофизиологии
Безраздельным хозяином Земли неоспоримо является Homo sapiens. Это стало возможным в результате развития человеческого мозга. Установлено, что 2-3 млн. лет назад на Земле жили австралопитеки - высшие человекообразные приматы. Люди современного вида - кроманьонцы - появились примерно 35 тыс. лет назад. За два с лишним млн. лет размеры человеческого мозга увеличились в 3 раза. Организм современного человека насчитывает около 15-20 млрд. нервных клеток. Каждая из них имеет примерно 10 тыс. отростков, которые соединяют её с другими. Если учесть, что за этот период средние показатели роста человека и окружности его грудной клетки возросли лишь на 20-40 %, то увеличение объёма мозга на 200% наводит на мысль, что эволюция человека шла, прежде всего, в области развития мозга.
По-видимому, столь совершенная организация человеческого мозга объясняется развитием речи, что представляет собой главное завоевание эволюции. Именно речь явилась основой коллективной деятельности, от которой в свою очередь зависело, каким группам первобытных людей было суждено выжить в конкурентной борьбе за ресурсы, а каким - погибнуть. Те, кто обладал более развитой речью, систематически выходили из этой борьбы победителями, что давало преимущество особям с более развитым мозгом.
Одной из тенденций современной научной мысли является попытка свести все духовные и психические явления к биохимическим процессам, происходящим в мозге. Сторонники такого подхода предлагают исключить из научного обихода такие слова, как сознание, эмоции или боль, мотивируя это тем, что они субъективны и лишены реального смысла.
В основе этой тенденции лежит механистический подход к проблеме сознания. Ещё в 1750 г. Ламетри провозгласил: "...можно смело утверждать, что человек - это машина". А наши современники, например, оксфордский зоолог Р. Даукинс, говорят следующее: "Мы машины, предназначенные для выживания, роботы, запрограммированные сохранять эгоистические молекулы под названием "гены". Или Г. Л. Мелцнер в книге "Химия человеческого поведения" говорит: "У нас нет никаких оснований считать, что разум - это нечто большее, чем совокупность функций, воспоминаний и способностей, заложенных в мозгу каждого индивида".
Для объяснения возникновения сознания можно выдвинуть различные гипотезы, опирающиеся на факт наличия мозга и его связи с сознанием. Например, такие:
Необходимые для возникновения сознания элементы предопределены генетически, уже существуют в момент рождения, и для их развития и проявления требуется только время. Сознание, таким образом, уже существует, даже если его невозможно выявить.
Наличия мозга недостаточно для проявления психических функций. Мозг - это только чуткий организатор воздействий элементов окружающего мира, которые передаются индивидууму при помощи сенсорных рецепторов и проводящих путей. Восприятие экстрацеребральных факторов - жизненный опыт - играет существенную роль в появлении сознания и служит основным элементом, обусловливающим его развитие. Инстинктивное поведение может существовать даже при отсутствии опыта, психическая деятельность никогда.
Видимо сознание - это не какое-то неизменное, независимое и врождённое свойство данного индивидуума, а динамичная система сенсорного восприятия окружающего мира, которое взаимодействует и трансформируется через внутренние анатомические и функциональные структуры мозга.
Зрелый мозг со всем богатством его прошлого опыта и приобретённых навыков не способен осуществлять процесс мышления, не способен даже бодрствовать и реагировать, если он лишён своего воздуха - сенсорной информации. Психическая активность - это не свойство нейронов, а процесс, возникающий в результате извлечения информации, которая мобилизует хранящуюся в мозгу информацию и прошлый опыт, создавая эмоции и идеи.
Постулаты психогенеза* гласят:
* В момент рождения сознание не существует.
* Сознание не может возникнуть без притока сенсорной информации.
* Индивидуальность человека и его поведение - это не свойства его мозга, которые проявляются автоматически по мере созревания нейронов, а приобретённые функции, которым нужно обучиться и которые полностью зависят от поступления сенсорной информации.
* Цель воспитания заключается не в выявлении психических функций индивидуума, а в их создании.
* Символы окружающего мира материализуются в мозгу как молекулярные изменения структуры нейронов.
* Человек не рождается свободным, над ним довлеют наследственность и воспитание
Для человека основной проблемой развития является не физическая, а умственная адаптация. При обучении - формировании условных рефлексов, навыков, идей возбуждение нейронов в высших отделах мозга активизирует в них производство нуклеиновых кислот и белков. Белки из тела нейронов поступают в отростки, которыми нервные клетки контактируют между собой. Так, перестраиваются межнейронные связи, возникают новые нейронные сети.
Сегодня модели нейронных и иммунных сетей строятся в рамках представлений о диссипативных структурах. Переход системы после критической точки из неустойчивого состояния к состоянию устойчивому (к диссипативной структуре) можно рассматривать как качественный скачок в развитии системы. В результате этого скачка возросла организованность, упорядоченность системы. Место нервной клетки в структуре мозга определяется очень рано - у млекопитающих и человека в основном до рождения, и это место далеко не случайно.
Это не значит, что структура мозга генетически полностью предопределена. Связи формируются преимущественно после рождения, а, следовательно, в различной мере зависимы от внешней среды. Некоторые связи будут обязательно, другие могут быть, а могут и не быть, третьи могут оказаться патологическими. Поэтому нормальное развитие мозга зависит от гармонии усложнения внутренней и внешней среды организма. При этом для человека наиболее существенным фактором внешней среды, гармонизирующим внутреннюю структуру мозга, являются другие люди.
Работы нейрофизиологов в области исследования пространственной организации, как отдельных образований, так и целых систем мозга показали, что структурно-функциональной единицей мозга служит не отдельный нейрон, а популяция нейронов, пространственно организованная в виде вертикальной колонки, расположенная в одном или нескольких слоях коры. Эволюционные преобразования мозга в определяющей мере зависят от изменений взаиморасположения элементов, т.е. от изменений конструкций, как отдельных структур мозга, так и мозга в целом. И в меньшей степени - от изменений самих элементов.
Выявлена зависимость между увеличением вертикальной упорядоченности и усложнением функций мозга. Максимальная величина упорядоченности соответствовала наиболее новым и сложноорганизованным формациям коры мозга человека, имеющим отношение к восприятию речи, ее воспроизводству.
До сих пор ведущим фактором эволюции мозга считается количественное накопление или надбавка элементов. В подтверждение этого приводятся данные о том, что эволюционно новейшие образования - новая кора и ассоциативные области новой коры максимально представлены в мозге человека. Но дело в том, что по мере относительного увеличения новейших формаций в мозге млекопитающих происходило столь же значительное относительное уменьшение эволюционно более старых образований, и они минимально представлены именно в мозге человека. Этот факт показывает, что значение того или иного образования определяется не его массой, а мерой взаимодействия с другими образованиями (структурой).
Несмотря на чрезвычайную сложность реконструкции эволюции мозга, можно предположить, что увеличение массы мозга и эволюционно новых образований сопровождалось не столько накоплением элементов, сколько увеличением вариантов взаиморасположения (степенью упорядоченности элементов). Именно одновременное относительное увеличение новых и уменьшение старых образований, в конечном счете, и решали одинаковую для всех видов задачу взаимодействия со средой.
8.2.2. Поведение
Известно, что разумные формы поведения отличаются тонким учетом ситуации и значительной пластичностью. Они предполагают учет каждого изменения ситуации и пластичные изменения поведения, которые соответствовали бы новым условиям, появившимся во внешней среде. Естественно, что для этого необходим тонкий анализ условий среды, ставивших перед животными соответствующие задачи, и выработка реакций, меняющихся при измененных условиях.
Обнаруживают ли инстинктивные формы поведения такую же изменчивость и пластичность, как и разумные формы поведения?
Наблюдения позволяют ответить на этот вопрос и обнаружить глубокое отличие инстинктивного поведения от поведения разумного. Как показывают эти наблюдения, инстинктивные программы поведения являются целесообразными только в строго определенных ситуациях, в тех, которые и являются наиболее постоянными для способа жизни данного животного. Поэтому инстинктивные программы поведения, проявляющие максимум целесообразности в мало меняющихся условиях, становятся совсем не целесообразными, если условия, в которых находится животное, быстро меняются.
Эта особенность характерна для основного биологического принципа существования насекомых: насекомые приспособлены к постоянным условиям среды с помощью прочных, унаследованных закрепленных программ поведения. Однако если условия меняются, насекомые не могут приспособиться к ним путем выработки новых форм поведения и вымирают. Этим поведение насекомых и отличается коренным образом от поведения высших позвоночных.
Вот примеры, показывающие, с какой легкостью эти врожденные механизмы теряют свою адекватность при небольших изменениях среды:
Комар откладывает яйца на блеск воды в пруде, и это целесообразно, но если он так же реагирует на блеск зеркала, поведение лишается целесообразности.
Паук реагирует на вибрацию паутины, вызванной запутавшей в ней мухой, - и это целесообразно; но камертон, вызывающий такую же вибрацию паутины, приводит к реализации той же программы поведения, и это уже перестает быть целесообразным.
Следовательно, стадия сенсорной психики и вызываемого отдельными сигналами инстинктивного поведения еще не обеспечивают нужного анализа ситуации, и именно поэтому инстинктивное поведение может легко потерять свою целесообразность.
Малоподвижность врожденных инстинктов, как программ поведения, которые легко становятся в изменяющихся условиях нецелесообразными, можно показать на таком опыте.
Есть разновидность осы, которая прежде чем откладывать яички в норе или зарыть там пищу, проделывает сложную и очень целесообразную программу врожденного поведения. Она оставляет добычу на входе, вползает в нору, обследует ее, и только если в норе никого нет, втаскивает в нее пищу, оставляет ее в норе и улетает. Естественно, что это очень целесообразные действия. Учитывает ли оса эти условия, делающие проводимое обследование норы необходимым? Для ответа на этот вопрос был произведен такой опыт: когда оса прилетает в нору, оставляет у входа добычу и уходит обслеживать норку, экспериментатор отодвигает эту добычу на два сантиметра. Оса выходит из норы, не находит оставленную добычу на прежнем месте, ползет дальше, находит добычу, снова подтаскивает ее к норе, а затем опять оставляет у входа и снова ползет в нору. Если в это время экспериментатор опять отодвигает добычу, оса, вернувшись из норы, снова ищет добычу, снова подтаскивает, и уходит обследовать нору. Такое действие продолжается и дальше, в результате оса так и оказывается не в состоянии втащить добычу в нору, подчиняясь косной программе врожденного инстинктивного поведения.
Это убедительно показывает, что инстинктивная программа действует очень четко, очень приспособленно в стандартных условиях и оказывается совершенно неадекватной в изменившихся условиях.
Все это позволяет прийти ко второму серьёзному выводу, характеризующему инстинктивную деятельность животного.
Инстинктивное поведение, осуществляющееся по сложной наследственно упроченной программе, четко приспособлено к стандартным условиям видового опыта, но оказывается неприспособленным к изменившимся индивидуальным условиям. Поэтому достаточно немного изменить стандартные условия, чтобы инстинктивное поведение теряло свой целесообразный характер. Именно этим инстинктивные формы поведения животных отличаются от разумных форм поведения, которые меняются в соответствии с изменившимися условиями.
Мы рассмотрели такой этап в развитии поведения, когда основные акты поведения определяются унаследованными врожденными программами. Как эти программы сформировались в процессе развития вида, остается неизвестным: возможно, что это произошло путем мутации, возможно, этот процесс происходил другими путями. Решение этого вопроса остается задачей будущего.
Успех современной науки заключается в том, что относительно более ясным стал другой вопрос - о механизме реализации этих программ и о тех условиях, которые вызывают эти сложные инстинктивные формы поведения. Поэтому тот факт, что сложные инстинктивные программы поведения возникают как ответы на воздействия относительно элементарных раздражителей и, что, таким образом, инстинктивное поведение следует рассматривать как особую разновидность рефлекторного поведения, выработанного в процессе эволюции, представляется для нас столь важным.
При резких изменениях в среде регуляция у животных осуществляется с помощью быстрых реакций, которые могут быть физиологическими или поведенческими. Например, при резком повышении температуры человек потеет, при резком понижении - начинает дрожать и т. д. Это физиологические реакции. Вместе с тем, если человеку жарко, он может снять одежду или перейти в более прохладное место и т. д. Это поведенческие реакции. Поведение - одно из средств приспособления к различным внешним условиям и к изменениям. Оно чаще всего представляет ряд координированных мышечных действий, характер которых определяется врождённым или приобретённым способом действия.
Поведенческие реакции носят адаптивный характер, то есть способствуют выживанию данной особи или вида в целом. Они заставляют животное удалиться от источника опасности или каким-то образом уменьшить реальную или потенциальную угрозу своему благополучию, используя какую-либо форму регуляции. Во многих случаях поведение может быть неадаптивным в отношении данной особи, но зато максимально повышает шансы на выживание потомства, а, следовательно, и вида.
Поведение осуществляется в границах, определяемых возможностями рецепторной, эффекторной и нервной систем. Каждая из этих систем участвует в поведенческой реакции, накладывая свой отпечаток на её характер. Под стереотипами поведения понимаются устойчивые, регулярно повторяющиеся формы поведения. Это своего рода штампы, шаблоны, образцы поведения, принятые в той или иной культуре. Стереотипы поведения являются социальными феноменами. Это означает, что поведение человека в обществе обусловлено особенностями социальной организации общества, его социокультурными механизмами. Стандарты поведения коррелируют с реальной стратификацией общества. Каждая половозрастная, конфессиональная, этническая, профессиональная и другие группы и субкультуры общества имеют специфические стереотипы поведения81.
8.2.3. Бихевиоризм
Родоначальником бихевиоризма был американский зоопсихолог Джон Уотсон (1878 - 1958). В 1913 году выходит его статья "Психология с точки зрения бихевиориста", где он требует пересмотреть понимание предмета и метода психологии. По его мнению, предметом должно стать вместо сознания - поведение, а субъективный метод (интроспекция) нужно заменить объективным методом. Д. Уотсон сказал: "Его (сознание - М. К.) нельзя увидеть, потрогать, понюхать, попробовать или передвинуть. Это чистой воды допущение, такое же недоказуемое, как и устаревшее понятие души".
Бихевиоризм придаёт исключительное значение воздействию внешней среды. Его сторонники склонны сводить к минимуму роль инстинктов. Более того, бихевиоризм исходит из того, что при возможности широкого применения его теорий в реальной общественной жизни они привели бы к позитивному существованию людей. Например, агрессия не является глубинной потребностью человека и, применив соответствующие стимулы и устранив тормозящие факторы, можно полностью избавиться от неё.
Бихевиористы считают, что задача психологии должна сводиться к тому, чтобы, зная внешний стимул (раздражитель: слово, выстрел и т. д.), можно было судить об ответной реакции человека, то есть вся задача бихевиоризма сводится к формуле стимул - ответная реакция.
В 1925 выходит книга Д. Уотсона "Бихевиоризм". В ней он, в частности, высказывает мысль, что, манипулируя внешними воздействиями, можно создать человека любого склада с любыми константами поведения. Таким образом, считает он, можно сформировать человека, нужного обществу. Основой учения бихевиоризма Джон Уотсон считал учение Павлова об условных рефлексах. К 30-м годам последователи Уотсона несколько скорректировали свои взгляды и стремились учитывать наличие человеческого сознания. Возник необихевиоризм.
Эдуард Толмен (использовал идеи гештальтпсихологии и фрейдизма) и Кларк Халл (использовал павловское учение о высшей нервной деятельности) полагали, что нельзя считать все результатом рефлексов, что-то есть и внутри человека. Сейчас лидером бихевиористов является Беррес Скиннер (род. 1904). Скиннер признал присущую человеку активность. Он считает, что поведение человека не просто связка условных рефлексов, - это совокупность оперантных рефлексов. Скиннер в подтверждение необихевиористских принципов придумал эксперимент с так называемым "ящиком Скиннера". Попадая внутрь, животное наталкивается на педаль, на которую оно может нажать и получить еду - подкрепление. То есть вначале реакция, а затем следует подкрепление. Бихевиоризм внес существенный вклад в обучение. Скиннер создал модель программированного обучения и собственную психотерапию модификации поведения, когда от пациента добиваются нужного поведения, воздействуя различными стимулами.
8.2.4. Гештальтпсихология
Гештальтпсихология: целостный подход, направленный против элементаризма* в психологии. Первые работы появились в 1912 году в Германии. Авторы: Вертгеймер, Келлер, Коффка. Гештальтпсихология была протестом против элементаризма других направлений психологии. Для гештальтпсихологии и поведение, и сознание носят целостный характер и даже более: именное целое определяет особенности элементов, но не сумма элементов определяет качество целого. Согласно их представлениям, психическое сознание, поведение - нечто большее, чем сумма реакций; оно целостно.
Гештальтпсихология занималась определением образа восприятия, психологи изучали, как возникает психический образ. Предметная ситуация отражается в этой системе по принципу изоморфизма*, то есть структурной подачи. Мозг содержит хорошо сформированные структуры, образы, конфигурации, которые под воздействием объекта, ситуации создают новый психический образ, то есть в нас уже заложен способ видения окружающего мира.
Гештальтпсихология построена на принципе целостности, на этом основывается гештальттерапия, социальная психология. Гештальт - явление (феномен), которое обладает особым качеством по сравнению с суммой своих составляющих. Ощущение - не первичный элемент в анализе сознания, а целостный образ.
Благодаря исследованиям В. Келлера большое значение в гештальпсихологии приобретает идея "инсайта". В начале 20-х годов проводились опыты с человекообразными обезьянами, в которых исследовалось интеллектуальное поведение в решении конкретных задач. Келлер, изучая поведение обезьян, пытался определить их интеллектуальные способности. Он помещал около клетки банан. Обезьяна не могла дотянуться, она делала несколько безуспешных попыток, затем останавливалась (задумывалась) и решала задачу: хватала палку, притягивала банан и съедала его. Животное решало ситуацию через мгновенную перестройку целостной ситуации, через "инсайт" (озарение). "Инсайт" - мгновенное схватывание, он возникает потому, что мозг - это некая физическая система, разжиженный раствор. Все необходимое для решения представлено в зрительном поле. Инсайт - качественное изменение в поведении. До инсайта проблемная ситуация беспорядочна, поведение хаотично, после - упорядочена, имеет цель. Инсайт - целостное понимание ситуации - такая целостная организация проблемной ситуации, которая позволяет разрешить проблему, устранить содержащийся в ней конфликт. Инсайт в мышлении равен гештальту в восприятии.
8.2.5. Этология и социобиология
Корни этологии уходили в период до начала Первой мировой войны. Хотя модель научной биологии тогда задавали лабораторные исследования, отдельные ученые и знатоки естественной истории стремились к менее аналитическому, более непосредственному знанию о живой природе.
В Англии Джулиан Хаксли, внук Томаса Генри Хаксли, провел ставшее впоследствии знаменитым полевое исследование поведения птиц.
Оскар Хейнрот, в 1920-х годах бывший директором Берлинского зоопарка, выступил с критикой самой идеи зоопарков и подчеркнул разницу между поведением животных в дикой природе и искусственно сформированным поведением в неволе. Хаксли и Хейнрот придавали особое значение "естественному" поведению животных, что было чуждо, например, американскому бихевиоризму и сравнительной зоопсихологии.
Желание познать "естественное животное" находило параллели в морали и эстетической доминанте общества, которое отдавало предпочтение натуральному перед искусственным. Это противопоставление с особой силой зазвучало в индустриально-урбанистическую эпоху. Коллега Хейнрота Якоб фон Икскюль (1864-1944), директор Гамбургского зоопарка между 1925 и 1944 годами ввел понятие Umwelt - мира, доступного сенсорным и моторным возможностям животного. Изучение животных он понимал как творческое воссоздание ученым их мира.
Подобные же идеи развивали датчанин Николас Тинберген (1907-1988) и австриец Конрад Лоренц (1903-1989). Они разработали строгие способы наблюдения за животными, не подозревающими о присутствии человека, прояснили понятие инстинкта и начали исследования наследственных моделей поведения. Деятельность Тинбергена в Англии, куда он переехал после заключения в концлагере во время войны (ему была предоставлена кафедра зоологии в Оксфордском университете), способствовала выделению этологии в самостоятельную дисциплину. Впоследствии она стала взаимодействовать с американской сравнительной психологией.
Что касается Лоренца, то благодаря своим занимательным историям о животных ("Er redete mit dem Vieh, den Vogeln und den Fische", 1949, в русском переводе - "Кольцо царя Соломона"), а также многолетним исследованиям серого гуся, - он приобрел широкую аудиторию по обе стороны Атлантического океана.
В отличие от других этологов, занимавшихся отдельными аспектами поведения, К. Лоренц стремился объединить в единую теорию существовавшие в то время отдельные концепции и идеи. Основными методами этологии, по Лоренцу являются сравнительно-исторический (с помощью которого, сопоставляя формы поведения разных организмов, этологи реконструируют их филогенетическую историю), а также целостный подход, то есть требование наблюдения организма как целостной единой системы до того, как с ней начинают эксперимент. Этология началась с изучения ритуалов - серий наследственно закреплённых в генотипе вида, рода, семейства стереотипных телодвижений, повторяющейся последовательности и характера двигательных реакций со строгой регламентацией их скорости.
В карьере Лоренца отразилась моральная и эстетическая неоднозначность критики, которая была адресована современной цивилизации и упрекала ее в "неестественности". Когда Лоренц сравнивал домашних животных и диких, он отмечал потерю у первых инстинктивной жизненной силы, это было комментарием к тому, что и он, и многие другие воспринимали как исчезновение из современной жизни "естественных" ценностей.
Руководствуясь идеалистическими мотивами, разочаровавшись в индустриальной цивилизации и, возможно, на какое-то время, поверив партийным ораторам, что немцы смогут вернуться к своим "естественным корням", в 1930-х годах Лоренц вступил в нацистскую партию. В 1940 году он получил место в университете Кенигсберга. В своих тогдашних статьях он связывал биологические теории с нацистскими интересами, в частности, со стремлением очистить Volk (народ) от дегенеративных тенденций. Он проводил параллель между "чистотой природы" и идеалами "очищения", которые часть интеллектуалов связывала с национал-социализмом. Его работы, однако, не получили партийной поддержки. В 1939 году Лоренц сравнивал одомашнивание животных с вредным влиянием жизни в городах, а в 1963 году - интерпретировал политическую активность в терминах нарушений агрессивных инстинктов.
"Агрессия, - писал он, - это такой же инстинкт, как и все остальные, и в естественных условиях так же, как и они, служит сохранению жизни и вида. У человека, который собственным трудом слишком быстро изменил условия своей жизни, агрессивный инстинкт часто приводит к губительным последствиям... Этология знает теперь так много о естественной истории агрессивности, что уже позволительно говорить о причинах некоторых нарушений этого инстинкта у человека".
За книгой Лоренца об агрессии последовала серия исследований таких авторов, как Роберт Ардри, Десмонд Моррис, а также более осторожных в выводах - Робина Фокса и Лионеля Тайгера. Все они находили у животных человеческие черты, такие как агрессивность, территориальные притязания, способность к выражению эмоций. Эти работы собрали свою аудиторию, невзирая на критику со стороны гуманитариев, которые подчеркивали значение социальных и политических детерминант человеческих действий и опыта.
Отыскать основу для человеческих действий за пределами политики, дать прочный фундамент человеческой природе - это стремление, и без того привлекательное, нашло поддержку в риторике об объективном биологическом наблюдении. Сторонники новой, биологической, антропологии обвинили своих критиков в бездумном отвержении биологического измерения и назвали их "левые" симпатии в политике примитивным "коленным рефлексом". Критики, в свою очередь, заявляли, что биологический детерминизм на руку тем, кто хочет оправдать существующее политическое неравенство и социальную несправедливость. Эта полемика проходила одновременно с дебатами о коэффициенте интеллекта и о наследственности, и многие ученые участвовали и в той, и в другой дискуссии.
Именно на этом фоне появилась книга Эдуарда О. Уилсона "Социобиология: новый синтез" (1975), за которой последовала полемическая, предназначенная для широкой аудитории работа "О человеческой природе" (1978). Уилсон - биолог из Гарвардского университета, специалист по социальной жизни муравьев - задался целью создать новую науку - социобиологию, которую он определил как "систематическое исследование биологической основы всех форм социального поведения, у всех организмов, включая человека". Амбициозность Уилсона впечатляла: он собирался реформировать этику, гуманитарные и социальные науки, а также биологию человека, все это - на основе "подлинно эволюционистского объяснения человеческого поведения".
Выбор термина "социобиология" ясно передавал его веру в то, что общественные отношения могут быть поняты биологически, иными словами, что в основе их лежат, по выражению самого Уилсона, стратегии "человеческого животного" на выживание. Он считал, что использование знания, полученного биологией, - одна из самых передовых стратегий, которые может предложить сама природа. "Наука, - писал он, - скоро сможет изучать происхождение и значение человеческих ценностей, лежащих в основании этических заповедей и большей части политической практики". В конечном счете, считал Уилсон, даже научному разуму, однако, придется столкнуться с ограничениями, накладываемыми нашей эволюционной наследственностью. Только она определяет "базовые правила человеческого поведения", - или, по-другому выражаясь, "существует предел, лежащий, может быть, ближе, чем нам дано осознать, за которым биологическая эволюция начнет поворачивать культурную эволюцию вспять".
В своих публикациях Уилсон конкретизировал те способы, с помощью которых, как он полагал, на основе теории естественного отбора можно предсказывать человеческое поведение. К примеру, социобиологи объясняли запрет на инцест и стремление женщин выходить замуж за более богатого и знатного (или, по крайней мере, за равного) по положению и состоянию мужчину как составной элемент наследственной стратегии. Таковой они считали стратегию сообщества охотников и собирателей на избегание вредных последствий близкого скрещивания и увеличение способности к воспроизводству. Уилсон также сравнивал подобные современные сообщества с ранней стадией эволюции человечества. Он выбрал четыре категории поведения: агрессию, секс, альтруизм и религию, назвав их "элементарными", и предложил анализировать каждую как часть наследственной стратегии социального животного на выживание.
Подобно многим натуралистам и специалистам по общественным наукам в XIX веке, Уилсон считал, что приобретенное в эволюции знание, которое на современном языке он называл знанием генетических стратегий, лежит в основании всей науки и служит руководством к действию по общему благосостоянию.
"Гены держат культуру на поводке. Поводок этот довольно длинный, но он с неизбежностью будет сдерживать ценности в соответствии с их влиянием на генетический пул... Человеческое поведение, - как и более глубоко лежащая способность эмоционального реагирования, которая нас побуждает и нами руководит - это циклическое устройство, посредством которого генетический материал человека был и будет сохранён в неизменности. Доказать, что нравственность имеет более важное конечное назначение, невозможно".
Уилсон со своими единомышленниками - социобиологами считали генетические стратегии самым важным краеугольным основанием человеческой природы и интерпретировали нравственность, - как и культуру вообще - только в ракурсе ее значения для эволюции.
Для многих критиков социобиологии подобные высказывания были актами откровенного дисциплинарного империализма, более того, грубого сведения человеческой сущности к единственному "краеугольному" биологическому измерению. Так как Уилсон и другие социобиологи писали, в том числе и для широкой аудитории, утверждая, что их наука может оказаться важной для принятия политических решений, то и полемика была острой. Критики связывали социобиологию с реакцией против левого либерализма 1960-х годов, который проповедовал свободный выбор образа жизни, а также с ростом в США влияния "новых правых", веривших в то, что крайний индивидуализм - это "естественное", нормальное состояние.
8.3. Современное мировоззрение и планетарные
проблемы
Основания современного мировоззрения. Глобальные последствия развития цивилизации. Этапы трансформации биофизической среды. Изменение климата. ( Деятельность "Римского клуба" и института Л. Брауна "Worldwatch". Мир как единая система. "Пределы роста". "Человечество на перепутье". Концепции "нулевого" и "органического" роста. Ежегодные аналитические доклады института "Worldwatch". ( Новые ценности. Свобода и ответственность.

Смена одного мировоззрения другим - глобальное событие. Это - смена эпох, которую образно можно сравнить со сменой периодов в геологическом масштабе, когда возникают новая флора и фауна, наступает иной климат. Спецификой мировоззрения является то, что в отличие от, например, экономических и правовых отношений, которые, будучи пережиты, быстро становятся архаизмами, оно обладает большой инерционной силой и, даже будучи пережито, в виде определённого исторического этапа продолжает оставаться в умах людей следующей культурной эпохи. Формирующееся в наше время мировоззрение объективно направлено на то, чтобы уменьшить дисбаланс, минимизировать неравновесное состояние, соединить вид Homo sapiens с биосферой. Но эти и многие другие важные принципы нового мировоззрения не могут стать решающими в человеческой эволюции без наших усилий. Поэтому столь важна конкретная деятельность организаций и отдельных людей по их прояснению и распространению.
8.3.1. Проблема формирования современного
мировоззрения
Мы начинаем понимать, что наша повседневная деятельность затрагивает не только нас. Узнав о таких явлениях, как парниковый эффект или разрушение озонового слоя, люди начинают по иному решать казалось бы давно решённые вопросы: как производить и хранить продовольствие, готовить пищу, как согревать, охлаждать и освещать жилые и рабочие помещения. Такая озабоченность далеко не всегда основывается на осознанном понимании научных проблем, часто решения принимаются интуитивно, так как человек ощущает, что бесконечный количественный рост невозможен. Однако для большинства населения Земли долгосрочные этические проблемы, к сожалению, отступают на задний план перед необходимостью постоянно добывать себе пропитание.
Мировое сообщество также приходит к осознанию необходимости мыслить глобальными категориями. Принятые к настоящему времени правовые документы, например, Конвенция ООН по морскому праву, или Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, свидетельствуют о том, что политика должна формироваться не только на национальном, но и на международном уровне.
Но это очень сложный и не до конца ясный процесс. Как при разработке по настоящему глобальной политики обеспечить учёт интересов различных блоков, стран, находящихся на разных уровнях промышленного развития, неправительственных организаций или, наконец, тех, кто сегодня вообще не является субъектом права, например, будущие поколения?
Многими отечественными и зарубежными авторами, работающими в области экологической психологии, утверждается, что ее основной задачей является разработка методов переформатирования сознания с антропоцентрических установок к природоцентрическим. В связи с этим, в экологической психологии делается попытка перейти от "субъект-объектных" отношений человека и природы к "субъект-субъектным". Экологическая психология означает "изучение психических процессов, то есть переживания и поведения в тех условиях окружающей среды, при которых переживание и поведение происходят "сами по себе", без вмешательства исследователя или психолога-испытателя" (К. Pawlik, K. Y. Stapf, 1992).
Однако для решения этой проблемы недостаточно просто провозглашения природоцентризма, так как природоцентризм всего лишь меняет местами человека и природу. Придавая природе статус субъекта, он отнимает этот статус у человека.
Характер центризма обозначает всего лишь то, что именно признается в качестве средоточия ценностей, и то, вокруг чего строится весь остальной мир. Центризм задает всего лишь одну координату - расстояние от центра значимости, поэтому перенос человека из центра на периферию означает лишь уменьшение его значимости не только в собственных глазах, но и в "глазах" субъективированной человеком природы со всеми ее слепыми силами. Положение не спасает и признание человека как части природы, так как самого человека природоцентризм приведет к логической необходимости подчинить свою разумную сущность собственной иррациональной (витальной) сущности.
8.3.2. Глобальные последствия развития
цивилизации
Термин "глобальные изменения" с 1970 гг. используется в общественных науках для обозначения крупномасштабных перемен в международных социальных, экономических и политических системах. Наряду с такой трактовкой представители естественных наук всё чаще придают этому термину иное, геоцентрическое толкование, понимая "глобальные изменения" как изменения в атмосфере, биологии, геологии и гидрологии Земли.
В истории изменений биофизической среды планеты можно выделить несколько этапов:
* Первый из них характеризуется проблемами локального и регионального уровня, например, загрязнением воздуха на площади порядка тысячи и более км2, загрязнением вод в акваториях на несколько десятков тыс. км2 и разрушением местообитания и утратой видов в отдельных местностях. Такого рода изменения по большей части поддаются контролю, относительно обратимы.
* Для второго этапа характерно значительное - почти на два порядка - увеличение пространственного охвата, что выражается, например, в выносе загрязняющих веществ за пределы границ государства или в том, что результаты неправильного использования земель (сведение лесов, опустынивание) начинают сказываться на климате отдельных регионов. Возвращение к нормальному состоянию после таких изменений сопряжено с огромными затратами. Традиционных способов регулирования и устранения неблагоприятных последствий уже недостаточно, так как организационная и концептуальная база для проведения необходимых мероприятий ещё отсутствует, а причинно-следственные отношения изучены мало.
* Третий этап связан с изменениями всех систем биосферы (их интенсивность достигает уровня естественной изменчивости или даже превосходит его), которые происходят на площадях в десятки и сотни млн. км2, а иногда приобретают планетарные масштабы.
Климатические изменения принципиально отличаются от других типов глобальных изменений вследствие непредсказуемости их последствий. Прежде всего, это единственный тип изменений, в отношении которого теоретические выкладки предшествуют конкретным наблюдениям. Тем не менее, существуют три очевидных фактора, оспорить которые невозможно. Они таковы:
* Содержание в атмосфере таких газов как СО2, NO2, СН4 повышается. Также повышается содержание хлорфторуглеродов антропогенного происхождения.
* Доказано, что дополнительное поступление этих газов в атмосферу способствует усиленному поглощению тепла самой атмосферой.
* Известно, что Земля сама поглощает тепло.
Совокупность этих фактов приводит к мысли о росте вероятности изменения климатического баланса. В результате атмосфера в целом разогревается; именно это явление известно под названием "глобальное потепление". Теория и компьютерные модели позволяют сделать вывод, что в ближайшие десятилетия в любой точке Земли вполне вероятны значительные изменения компонентов климата,-как в отношении многолетних средних величин, так и в отношении частоты различных природных катаклизмов.
8.3.3. Деятельность "Римского клуба" и института
Л. Брауна "Worldwatch"
Римский клуб занялся организацией научных исследований глобальной проблематики и широкой публикацией полученных результатов в форме докладов. За более чем 25 лет был проведен анализ важнейших мировых проблем, разработаны научные методы, вошедшие в арсенал новой науки - глобалистики, высказаны практические рекомендации, предложены альтернативные сценарии мирового развития. Серия докладов Римскому клубу наглядно отражает историю становления глобального мышления. Всего по заказу Римского клуба было подготовлено около 20 докладов и один доклад (отчет) был сделан самим Клубом.
Доклады готовили независимые рабочие группы, исследовавшие по заказу Клуба критические аспекты складывающейся в мире ситуации. Заказ Клуба определял лишь тему и гарантировал финансирование научных исследований, но ни в коем случае не влиял ни на ход работы, ни на ее результаты и выводы; авторы докладов, в том числе и те из них, кто входит в число членов Клуба, пользовались полной свободой и независимостью. Получив готовый доклад, Клуб рассматривал и утверждал его, как правило, в ходе ежегодной конференции, нередко в присутствии широкой публики - представителей общественности, науки, политических деятелей, прессы, - а затем занимался распространением результатов исследования, публикуя доклады и проводя их обсуждение в разных аудиториях и странах мира.
К первому докладу, который должен был привлечь всеобщее внимание, предъявлялись особые требования. Президент Римского клуба Аурелио Печчеи писал: "Научные статьи, вдохновенные речи, декларации, манифесты, конференции и симпозиумы - самый распространенный способ чтения проповедей относительно узкому кругу уже обращенных в веру людей. Все эти формы воззваний, как правило, не доходят до широкой общественности. В свое время обширные возможности общения с широкой аудиторией предоставляли средства массовой информации, однако, сейчас они выдают такое огромное количество самых противоречивых сведений, что люди пребывают в постоянном недоумении, как уловить существенное, отбросить второстепенное и, наконец, как на основании всего этого прийти к разумным выводам, и к каким именно. Конечно, надо было использовать все существующие технические средства. Однако нам казалось, что воззвание Римского клуба произведет нужный эффект лишь в том случае, если оно будет представлено в какой-то новой, непривычной, образной форме. Это должно было напоминать лечение шоком."82.
Итак, цель первого доклада - "шоковая терапия". Доклад должен был наглядно и убедительно показать порочность глубоко укоренившегося в современной цивилизации стремления к росту, в первую очередь к расширению промышленного производства, и показать это с помощью такого "объективного" средства, как математическая компьютерная модель.
Результаты моделирования, представленные в первом докладе Римскому клубу "Пределы роста" (1972), поразили мир и вызвали ожесточенные, долго не утихавшие споры и возражения специалистов, которые сочли модель неадекватной и неспособной отразить всю сложность мира и мировой проблематики, а заключения об опасностях экономического роста, получившие название концепции "нулевого роста", опасными и вредными. Члены Римского клуба приобрели репутацию "неомальтузианцев", "технократов".
Неоднозначно отнеслись к первому докладу и сами члены Римского клуба. Так, известного немецкого специалиста в области системного анализа Эдуарда Пестеля, по его собственному признанию, уже при самом первом рассмотрении насторожило то, что "не было сделано ни малейшей попытки описать "мир", или, по крайней мере, пару "Север-Юг". "Когда же, - продолжает Пестель, - по моему настоянию такая попытка была сделана, оказалось, что метод "системной динамики" не годится для работы с региональной мировой моделью. Мир, рассматриваемый как монолитная целостность, приобрел не обобщенность, а однородность. Сама суть мировой проблематики - внутренняя противоречивость - оказалась искаженной".
Опираясь на многочисленные критические замечания и собственные соображения, касающиеся сложности глобальной системы, Эдуард Пестель и американский математик Михайле Месарович приступили к разработке иной модели мира, на основе предложенной Месаровичем в конце 60-х гг. теории многоуровневых иерархических систем.
В 1974 г. Месарович и Пестель, обобщив результаты прогонов модели, представили Римскому клубу второй доклад под названием "Человечество на перепутье", предлагающий в ответ на критику идеи "нулевого роста" концепцию "органического роста", согласно которой каждый регион мира должен выполнять свою особую функцию, подобно клетке живого организма.
Органическое развитие - это системное и взаимозависимое развитие, когда ни одна подсистема не может изменяться в ущерб другой, и прогресс в одной из них возможен только при условии прогрессивных процессов в других. Но это и многоаспектное развитие, при котором каждая подсистема изменяется по-разному, и характер изменения со временем становится другим. Чтобы обеспечить непротиворечивость мира, цели его развития должны быть гармонично скоординированы. Чтобы система была мобильной и гибкой, развитию ее составных частей не должны мешать неожиданные воздействия, которые не затрагивают главные для работы целого функции. Особо важны качественные характеристики изменений, непреложно направленные на благосостояние людей.
На первый взгляд она выглядит привлекательней идеи "нулевого роста", но при ближайшем рассмотрении возникает множество вопросов. Поможет ли органический рост сохранить запасы невозобновляемых ресурсов? Авторы проводят аналогию с биологическим ростом, когда при достижении организмом определенных размеров простое воспроизводство однотипных клеток сменяется их дифференциацией в соответствии с функциями тканей органов. Но можно ли сказать, что это позволяет сэкономить количество живых клеток, уменьшить запасы необходимых организму питательных веществ?
Можно ли вообще проводить такую аналогию? Ведь в биологических организмах дифференциация сопровождается тщательным отбором, механизм которого исследован лишь в самых общих чертах (теория эволюции Дарвина, генетический механизм закрепления "целесообразных" мутаций). Одинаково опасны и наивное представление об органичности как результате естественного развития (тогда глобальные проблемы вообще не должны нас волновать, поскольку органическое развитие само собой спасет мир от кризисов), и его догматическое толкование, когда эталон органичности диктуется социальной, политической, экономической или культурной установкой.
Представляется, что обе концепции - и "органического" и "нулевого" роста - ограничены и по задачам и по возможностям. Едва ли не все современные глобальные "болезни", начиная с проблем войны и мира, и кончая задачами борьбы с неравномерностью развития разных регионов, связаны с резким увеличением числа побочных эффектов, вызываемых процессами, которые еще вчера казались внутренними, локальными, с неуклонным ростом числа и интенсивности взаимосвязей, определяющих развитие современного мира. Фундамент, на котором основывались частные стратегии развития, общемировая расстановка политических сил, взаимоотношения людей с природой, стал зыбким и хрупким под воздействием событий, на первый взгляд никак со всем этим не связанных.
Никогда раньше необдуманное технологическое решение не угрожало жизни миллионов людей, не имело необратимых последствий. Никогда раньше технический прогресс в одной стране не ставил под угрозу существование целых отраслей промышленности в других странах. Никогда раньше политические потрясения на вчерашней "окраине" мировой политической системы не вызывали таких бурь в ее центре... Список подобных эффектов все увеличивается, и это значит, что масштабы человеческой деятельности вывели мир на новый уровень, где беды от побочных эффектов каких-либо действий часто превышают пользу, на которую эти действия рассчитаны. Казавшееся вчера устойчивым равновесие в социальной, экономической, культурной, экологической сфере сегодня надо оберегать и поддерживать. И взрыв интереса к глобальной проблематике можно считать сознательной попыткой глубже заглянуть в суть новых механизмов поддержания и восстановления равновесия, найти принципиально новые решения этой задачи.
Первые доклады, особенно "Пределы роста" с его всемирным резонансом, дали мощный толчок работам в области глобального моделирования, развернувшимся в 70-е гг. Однако с разработкой все новых и новых моделей они привлекали все меньше и меньше внимания общественности, становясь узкой сферой деятельности и интересов специалистов. Римский клуб прислушался к многочисленным упрекам в "техницизме" и стал искать более широкие подходы к глобальной проблематике.
Было решено организовать разработку собственного проекта перестройки структуры мировой экономики. Вскоре проект получил более общее название - "Пересмотр международного порядка", поскольку, по общему мнению, делая акцент на экономических проблемах, нельзя оставлять в стороне социально-политические вопросы.
Руководство рабочей группой взял на себя известный нидерландский экономист, лауреат Нобелевской премии Ян Тинберген. Позже он так сформулировал свои задачи: "Признавая важность принятых ООН резолюций и Хартии экономических прав и обязанностей государств, но сознавая в то же время неопределенность и спорность многих их положений, доктор Печчеи предложил мне создать и возглавить группу специалистов, способных ответить на вопрос: можно ли предложить руководителям и народам стран мира такой новый порядок, который позволит реально и наиболее полно удовлетворить основные потребности сегодняшнего дня и возможно нужды будущих поколений"83.
Третий доклад Римскому клубу был опубликован в 1976 г. Он существенно отличался от двух первых докладов - здесь не применялась специальная научная методология, выдвигались конкретные рекомендации, касающиеся принципов поведения и деятельности, основных направлений политики, создания новых или реорганизации существующих институтов, чтобы обеспечить условия для более устойчивого развития мировой системы. Ожидалось, что доклад РИО, как его сокращенно называли по английской аббревиатуре (Reshaping the International Order), будет иметь значительное политическое звучание.
Одна из основных идей доклада - идея взаимозависимости, мысль о том, что неразрывные связи между поступками и делами всех людей на Земле не позволяют действовать только ради собственной выгоды. Главной целью мирового сообщества его авторы назвали обеспечение достойной жизни и умеренного благосостояния всех граждан мира. По их оценкам, в 70 г. средний доход самых обеспеченных слоев мирового населения был в тринадцать раз выше среднего дохода беднейших слоев; разрыв же между самыми высокими доходами наиболее развитых стран и самыми низкими наиболее отсталых оказался во много раз больше.
Чтобы сблизить средний уровень доходов в мировом масштабе, доклад рекомендовал развитым и развивающимся странам принять разные темпы среднегодового роста доходов на душу населения, а именно: чтобы при росте доходов в развивающихся странах на 5 процентов в год, развитые страны оставались на прежнем уровне. Для этого необходимы кардинальная перестройка властных структур во всем мире и во всех областях (технической, экономической, политической, военной), новая практика международных отношений, институциональной деятельности, рыночной системы и многое другое.
Следующий этап в деятельности Римского клуба отмечен переходом от количественного анализа глобальных проблем к качественному анализу человеческого бытия, системы целей и ценностей. На первый план вышла концепция "нового гуманизма", идея о первостепенном значении личных человеческих качеств, которые обеспечат "человеческую революцию", "революцию сознания" и преображение общества.
Все эти понятия появились в опубликованном в 1977 г. докладе под названием "Цели для человечества". Основой для него стала концепция глобальной солидарности, путь к которой откроют "революция мировой солидарности", перестройка сознания, формирование нового "глобального этноса", когда нормы поведения человека и нормы государственной политики будет определять "новый стандарт гуманизма".
Чтобы начать "революцию мировой солидарности", необходимо было, по мнению авторов, сформулировать цели мирового развития и познакомить с ними широкую общественность. Рабочая группа под руководством профессора философии, системных наук и политологии Эрвина Ласло проанализировала на национальном и транснациональном уровнях "атлас целей" различных регионов, стран, церквей, многонациональных корпораций, ООН, других международных организаций, опросив максимально возможное число представителей самых разных сфер и направлений человеческой деятельности, и выдвинула четыре глобальные цели:
* Это глобальная безопасность - прекращение гонки вооружений, исключение войн и конфликтов, отказ от насилия.
* Решение продовольственной проблемы в глобальном масштабе - ликвидация голода, создание мировой системы, позволяющей удовлетворить потребности в продовольствии всех людей на Земле.
* Глобальный контроль над использованием энергетических и сырьевых ресурсов - разработка рационального и экологически безопасного энергопользования, контроль над технологией, экономически эффективное природопользование.
* Глобальное развитие, ориентированное на качественный рост, а именно - повышение качества жизни, социальная справедливость в распределении материальных и духовных благ.
Авторы доклада попытались предложить и несколько практических сценариев "революции мировой солидарности". В одном из них главная роль отводится религиозным общинам и интеллектуальным группировкам, которые, осознав кризисную ситуацию, оказывают воздействие на национальную политику и народные массы. В проповедях и научных дискуссиях, провозглашая новые цели и ценности, эти группы влияют на мировосприятие людей и сплачивают их, в то же время вынуждают действовать правительства и финансово-промышленные круги.
В другом сценарии предполагается, что политические лидеры, правительственные круги организуют обсуждение насущных проблем, привлекая к ним внимание ученых и религиозных деятелей, которые с помощью средств массовой информации воздействуют на общественность, побуждая людей изменить способы потребления, что, в свою очередь, влияет на бизнес.
Или - в иной последовательности: правительство обращается к бизнесменам с призывом проводить необходимые реформы, бизнесмены вступают в контакт с религиозными деятелями и влиятельными представителями науки и культуры, обладающими авторитетом в глазах общественности. Ученые, религиозные деятели, представители деловых кругов одной страны могут повлиять на своих коллег в других странах, после чего можно будет "всем миром" рассмотреть критические проблемы и выработать общие пути решения.
В то же время шла работа над серией докладов, посвященных отдельным проблемам. Наиболее известный из них - это опубликованный в 1980 г. доклад "Маршруты, ведущие в будущее", автором которого стал директор Международного института управления Б. Гаврилишин (США). Он вновь вынес на обсуждение модель будущего мирового порядка, основанного на сосуществовании различных культур, религий, образов жизни, на коллегиальном руководстве, представительной демократии на высоком уровне и прямой демократии на более низких уровнях.
В своих рассуждениях Гаврилишин опирался на три, на его взгляд, основных качества человека:
* способность накапливать знания и опыт, обмениваться информацией, связанной с формированием будущего, а также творческие возможности и интуицию, позволяющие делать неожиданные открытия, глубоко познавать окружающее;
* способность организовывать личную и общественную жизнь во всех ее разнообразных аспектах;
* способность руководствоваться ценностными представлениями, для осуществления которых необходимы определенные условия.
Проявление этих качеств, по мнению Гаврилишина, тесно связано с эффективностью общества, поскольку доминирующая в государстве система ценностей определяет систему норм поведения, закрепленную в идеологии, юридических и моральных кодексах. Организационные способности человека, подчиняющиеся ценностям и нормам поведения, выражаются в политическом руководстве обществом и позволяют создать другой ключевой элемент общественного строя - экономическую систему. Наконец, способности человека к обучению и изобретательству порождают еще один ключевой элемент - технологию.
С течением времени ключевые компоненты общественного строя - система ценностей, политическая, экономическая и технологическая системы - изменяются, причем разными темпами: система ценностей очень медленно, тогда как технологии, особенно в последнее время, развиваются с огромной скоростью. Когда одни элементы начинают изменяться, а другие стремятся стоять, возникают кризисные явления, продолжающиеся до тех пор, пока не возникнут новые ценности и нормы поведения.
Легче всего внести изменения в экономическую систему, скажем, перейти от свободной торговли к регулируемому рынку, но попытки изменить систему политическую, как правило, наталкиваются на серьезное сопротивление. В пример Гаврилишин приводит три системы ценностей в трех государствах США, СССР и Японии.
Понятие индивидуальной конкуренции породило определяющую политическое руководство США идею противодействия - парламентарную демократию с разделением законодательных, исполнительных и юридических органов, а также основанную на свободном предпринимательстве экономическую систему. Но неограниченная свобода конкуренции и предпринимательства, по Гаврилишину, более не способна обеспечить эффективность общественного строя.
Советское государство провозгласило принципы равенства и коллективизма. Вкладывая в общий фонд "по способностям", советский человек принял политическую власть, действующую в отсутствии какой-либо официальной оппозиции, и централизованную экономическую систему. На практике ее эффективность оказалась очень низкой, несмотря на обеспеченность страны ресурсами, запасы плодородных земель и потенциал квалифицированной рабочей силы.
И, наконец, Япония, где преобладают ценности и нормы группового сотрудничества, корни которого в единомыслии и согласии внутри семьи, основанной на строгих принципах патернализма. В политической системе представители различных слоев общества, придерживающихся разных взглядов, участвуют в процессе принятия решений, отыскивая единую точку зрения и разделяя ответственность за последствия.
Важное место среди докладов Римскому клубу занимает доклад Эдуарда Пестеля "За пределами роста" (1987). В нем обсуждаются актуальные проблемы "органического роста" и перспективы возможности их решения в глобальном контексте, учитывающем как достижения науки и техники, включая микроэлектронику, биотехнологию, атомную энергетику, так и международную обстановку.
Автор доклада приходит к выводу, что "дух ответственности должен и может пройти сквозь все местные государственные и региональные границы, чтобы люди, на деле обученные решать свои местные проблемы, были духовно и практически подготовлены к решению проблем, затрагивающих наше глобальное всемирное достояние - океаны, внешнее пространство, воздух, которым мы дышим, и главное, чтобы вооружить людей для борьбы с опасностью, угрожающей их духовному и моральному богатству - человеческим ценностям, к которым относится осознание своих обязанностей и своих прав, терпимость и уважение к разным верам и разным расам, и, наконец, но не в последнюю очередь, к нашему социальному и культурному наследию - основе дальнейшего социального и культурного прогресса. Именно здесь лежит главная возможность открыть перед миром дорогу к органическому росту и развитию".
Посвященный памяти Аурелио Печчеи - основателя и первого президента Римского клуба - доклад как бы подводит итоги пятнадцатилетним дебатам о пределах роста и делает вывод о том, что вопрос заключается не в росте как таковом, а в качестве роста.
Независимый американский исследовательский институт Уолдуотч (The Worldwatch Institute) уже более 20 лет является крупнейшим мировым авторитетом в изучении глобальных проблем окружающей среды, экологии и народонаселения. Наибольшую известность институту принесли ежегодные аналитические доклады "Состояние мира", выходящие с 1984 года и переводимые на основные мировые языки.
"Мир нуждается в новой экологически устойчивой экономичной системе", заявляет автор доклада под названием "Состояние мира 1998". В ежегодном докладе вашингтонского института "Уорлд уотч" указывается, что мировая экономика растет слишком быстро и грозит Земле катастрофой. Однако эту катастрофу можно предотвратить, если ввести ряд фундаментальных изменений.
Ужасные катастрофы предрекались на протяжении сотен, а то и тысяч лет. Экономисты давным-давно предсказывали, что человечество не сможет всех обеспечить продовольствием, и жестокая борьба за все более скудные природные ресурсы будет просто неизбежна. Однако удивительные достижения науки и технологии не дали сбыться таким предсказаниям. Тем не менее, как говорит президент института "Уорлд уотч" Лестер Браун, быстро растущая мировая экономика приводит к предельному напряжению глобальной экосистемы: "По сравнению с 1950 годом расходы лесоматериалов в мире увеличились более чем в два раза, бумаги-в шесть раз, воды-в три, зерна-почти в три раза, а использование каменного угля, как топлива, увеличилось в четыре раза. Также в четыре раза увеличилось производство стали. Уже можно видеть признаки напряженности в соотношении между экономикой и экосистемой".
В докладе института "Уорлд уотч" говорится, что за последние 50 лет мир потерял почти половину своего лесного массива. Чрезмерное рыболовство привело к тому, что популяция рыб находится на грани катастрофы. Эрозия почвы стала серьезной проблемой во многих странах мира. В США, Европе, Китае, Индии, на Ближнем Востоке и в Африке сокращаются запасы воды. Нехватка воды означает и нехватку продуктов питания. 70 % мировых водных ресурсов используются на выращивание урожая. В докладе отмечается, что в связи с тем, что мировые запасы зерна находятся на низком уровне, каждый неурожай может привести к увеличению цен на зерно. В документе также содержится предупреждение, что использование мировых ресурсов резко увеличится в течение последующих 50 лет. Ожидается, что население нашей планеты увеличится на 60 процентов. Это означает, что к почти 6 миллиардам людей, населяющих земной шар, прибавится еще 3,5 миллиарда человек.
А с улучшением жизненных условий люди расходуют больше природных ресурсов. Вместе эти две тенденции приведут к беспрецедентному напряжению экосистемы.
Исследователи института "Уорлд уотч" видят решение в создании экономики нового типа. Это включает вторичное использование сырья и обновляемых источников энергии, а также стабильный уровень населения. Такой тип экономики, подчеркивают они, уже начинает создаваться. В США 55 процентов стали производится из отработанного металла. По всему миру применение ветроэнергетики растет на 25% в год. В настоящее время аэродинамические турбины производят достаточное количество энергии, чтобы обеспечить электричеством 2,5 миллиона домов. Министерство энергетики США сообщает, что три американских штата располагают достаточным объемом энергии ветра, чтобы обеспечить энергетические нужды всей страны.
Президент института "Уорлд уотч" Лестер Браун подчеркивает, что переход к экономике, учитывающей проблемы экосистемы, является самым огромным вкладом в дело защиты окружающей среды. По его словам, некоторые компании уже начали понимать преимущества такого типа экономики: "Одной из компаний, чья деятельность произвела на нас самое большое впечатление, стала "Монсанта", один из крупных производителей химикалиев. В ней руководство задавало себе вопрос, который мы поднимали ранее: "Что представляет собой глобальная экономика, учитывающая проблемы окружающей среды?" Когда ответ был получен, они задали другой вопрос: "Что может сделать "Монсанта", чтобы помочь осуществить переход к экономике нового типа?" К примеру, их исследовательская группа определила нехватку воды, как одну из самых серьезных проблем мира в предстоящие десятилетия. И теперь они работают над созданием новых видов сельскохозяйственных культур, более устойчивых к сухой почве, а это огромный шаг вперед". Доклад института "Уорлд уотч" призывает страны мира приступить к созданию экономики, учитывающей нужды окружающей среды нашей планеты прежде, чем существующая экосистема исчерпает свои возможности84.
8.3.4. Новые ценности85
Хотя традиционно мы всегда говорили о правах человека, причем мир действительно проделал огромный путь в их международном признании и защите с тех пор, как в 1948 году была принята Всеобщая Декларация Прав Человека, сейчас самое время начать столь же необходимую кампанию за признание долга и обязанностей человека.
Разумеется, эта идея нова только в некоторых регионах мира; многие общества традиционно понимали человеческие отношения скорее в категориях обязанностей, нежели прав. В общем и целом, это справедливо относительно значительной части восточного стиля мышления. В то время как на Западе, по крайней мере, начиная с эпохи Просвещения, традиционно подчеркивались понятия свободы и индивидуальности, на Востоке преобладали концепции ответственности и коллективизма. Тот факт, что вместо Всеобщей Декларации Ответственности Человека была начертана Всеобщая Декларация Прав Человека, несомненно отражает философскую и культурную основу составителей этого документа, которые, как мы знаем, представляли западные державы и были победителями во Второй мировой войне.
Концепция обязанностей человека способствует созданию равновесия между понятиями свободы и ответственности: в то время как права относятся в большей мере к свободе, обязанности связаны с ответственностью. Несмотря на это различие, свобода и ответственность взаимозависимы. Будучи моральным качеством, ответственность служит естественным добровольным ограничителем свободы. Ни в одном обществе свобода не может быть безграничной. Таким образом, чем больше у нас свободы, тем большую ответственность мы на себя принимаем, как по отношению к другим, так и в отношении самих себя. Чем разнообразнее наши таланты, тем выше наша ответственность за как можно более полное их развитие. Мы должны продвигаться от свободы безразличия к свободе причастности.
Противоположное столь же верно: по мере развития нашего чувства ответственности мы повышаем свою внутреннюю свободу, укрепляя свою моральную природу. Когда свобода предоставляет нам разнообразные возможности для выбора между правильным и ошибочным, ответственная моральная природа гарантирует выбор первого.
Осознавая эту потребность, Совет Взаимодействия (международная общественная организация - М. К.) начал поиски универсальных этических норм с организации встречи духовных и политических лидеров в мае 1987 года на заседании организации "Католическая Цивилизация" в Риме. Инициативу принял на себя Такео Фукуда, бывший премьер-министр Японии, который в 1983 году основал Совет Взаимодействия. В 1996 году Совет попросил высокопрофессиональную экспертную группу сделать доклад о глобальных этических нормах. На пленарной встрече в Ванкувере в мае 1996 года Совет одобрил доклад этой группы, состоявшей из религиозных лидеров разных мировых религий и специалистов со всего мира.
Выводы этого доклада "В поисках глобальных этических норм" показали, что мировые религии имеют много общего, и Совет принял в качестве рекомендации, чтобы Объединенные Нации провели конференцию для рассмотрения Декларации Ответственности Человека как дополнения к предшествующей фундаментальной работе по правам человека. Инициатива по созданию Всеобщей Декларации Ответственности Человека - не только способ уравновесить свободу и ответственность, но и средство примирения идеологий и политических взглядов, в прошлом считавшихся антагонистическими. Следовательно, фундаментальной посылкой должно стать утверждение, что люди заслуживают максимально полной свободы, однако должны в полной мере развивать свое чувство ответственности, чтобы правильно пользоваться свободой.
Это не новая идея. Тысячи лет пророки, святые и мудрецы убеждали человечество отнестись к ответственности серьезно. Например, в нашем столетии Махатма Ганди учил о семи социальных грехах:
* Политика, лишенная принципов
* Коммерция, лишенная морали
* Богатство, лишенное труда
* Образование, лишенное качества
* Наука, лишенная человечности
* Удовольствие, лишенное совести
* Поклонение, лишенное жертвенности
Тем не менее, глобализация усилила безотлагательность усвоения учения Ганди и других этических лидеров. Насилие на телеэкранах транслируется спутниками на весь мир. Спекуляция на отдаленных финансовых рынках способна разорить местные слои населения. Влияние финансовых воротил приближается к могуществу правительств, однако в отличие от выборных политиков, они не никому не подотчетны в своем личном могуществе, не считая собственного чувства ответственности. Мир никогда ранее так не нуждался в декларации ответственности человека.
Поскольку права и обязанности неразрывно связаны, идея прав человека имеет смысл только тогда, когда мы признаем обязанность всех людей уважать их. Независимо от ценностей конкретного общества, человеческие отношения во всём мире основаны как на правах, так и на долге. Нет нужды в сложной этической системе, чтобы руководить действиями человека. Есть одно древнее правило, которое, если ему правильно следовать, обеспечит справедливые человеческие отношения. Это так называемое "золотое правило". В своей негативной форме оно требует, чтобы мы не делали другим то, чего не желаем себе. Его позитивная форма предусматривает более активную и ответственную функцию: поступай по отношению к другим так, как ты хочешь, чтобы они поступали по отношению к тебе.
С позиций этого правила Всеобщая Декларация Ответственности Человека предлагает идеальную отправную точку для исследования основных обязанностей, являющихся непременным дополнением этих прав:
* Если у нас есть право на жизнь, то мы обязаны ценить жизнь другого существа.
* Если у нас есть право на свободу, то мы обязаны уважать свободу других существ.
* Если у нас есть право на безопасность, то мы обязаны создавать условия для того, чтобы каждое существо пребывало в безопасности.
* Если у нас есть право участвовать в политических процессах в своей стране, то мы обязаны участвовать так, чтобы обеспечить избрание лучших руководителей.
* Если у нас есть право работать в справедливых и благоприятных условиях, чтобы обеспечить себе и своей семье достойный уровень жизни, то мы обязаны трудиться с полной отдачей.
* Если у нас есть право на свободу мысли, совести и вероисповедания, то мы обязаны уважать убеждения и религиозные принципы других людей.
* Если у нас есть право на образование, то мы обязаны учиться, насколько нам позволяют наши способности, и по мере возможности делиться с другими своим знанием и опытом.
* Если у нас есть право пользоваться дарами Земли, то мы обязаны уважать Землю и ее природные ресурсы, заботиться о ней и восстанавливать их.
* Как человеческие существа, мы обладаем неограниченным потенциалом самореализации. Следовательно, мы обязаны развивать в полной мере свои физические, эмоциональные, интеллектуальные и духовные способности.
* Нельзя недооценивать значение ответственности при осуществлении самореализации.
8.4. Концепция устойчивого развития
Экологическая и экономическая компоненты деятельности. ( Общие положения концепции устойчивого развития. ( Ключевые понятия концепции устойчивого развития. Понятия потребностей и ограничений. Понятие основного минимума. ( Условия необходимые для достижения устойчивого развития.

Попытки определить понятие "устойчивое развитие" предпринимались неоднократно, и большинство из них так или иначе исходят из того, что это понятие должно включать три обязательных элемента:
1. Сохранение экологической целостности.
2. Обеспечение экономической эффективности.
3. Гарантия равенства как в отношении интересов нынешнего и будущего поколений, так и соображений культурного и экономического порядка.
Понятие "устойчивость" теснейшим образом связано с представлениями о справедливости, правах и обязанностях, и поэтому попытки дать её определение вне системы таких представлений непродуктивны. Устойчивое будущее во многом определяется способностью охватить возможно более широкий спектр подходов и мнений в вопросе о наилучших путях обеспечения устойчивого развития. Существенным фактором успешной эволюции является разнообразие, и именно этому служит устойчивость, обеспечивая и облегчая развитие социально-экономической деятельности в различных направлениях.
8.4.1. Экологическая и экономическая компоненты деятельности
Задача создания нового экономического порядка, при котором принимаемые в экономической сфере решения будут учитывать как экологические, так и экономические проблемы поистине грандиозна. Известно, что для достижения уровня жизни большинства населения Северной Америки и Западной Европы нынешнему человечеству потребуется увеличить в 5 раз потребление природных ресурсов, а если говорить о 2050 г., то такое потребление должно увеличиться в 10 раз. Обеспечить это без возрастания уровня загрязнения среды можно только при условии резкого - на 90% - сокращения объёма сброса загрязняющих веществ. В такой же пропорции должна возрасти и эффективность технологий, связанных с использованием ресурсов.
Мировое сообщество представляет собой широчайший спектр политических, культурных, морально-этических подходов и позиций, и консенсус, достигнутый на основе сопоставления и согласования противоположных теоретических, религиозных, философских и моральных доктрин, более обоснован и практичен, чем сформированный на основе некой, единственно верной парадигмы. Практически это означает поиск норм, правил, положений и требований, определяющих, что следует и чего не следует делать для того, чтобы политика инвестирования и использования ресурсов удерживалась в рамках, обеспечивающих социальную, экономическую и экологическую устойчивость.
Любое использование ресурсов должно быть эффективным в техническом и экономическом отношении. Следовательно, приоритет должен отдаваться таким общественным ценностям, создание которых сопряжено либо с меньшими расходами, либо с меньшим потреблением ресурсов. Все ресурсы, даже те которые нельзя оценить в денежном выражении (почва, фауна, флора) одинаково важны, потому что в своей совокупности они обеспечивают целостность и чистоту окружающей среды.
Роль правительств и их органов должна заключаться не столько в том, чтобы принимать на себя соответствующие обязательства в экологической сфере, сколько в том, чтобы создавать определённые условия - в правовом, организационном и макроэкономическом плане для того, чтобы рынок занялся эффективной организацией производства и распределением товаров и услуг в пределах ресурсосберегающих нормативов.
Справедливость по отношению к будущим поколениям требует, чтобы нынешнее поколение не допустило деградации так называемых условно возобновимых ресурсов. В практическом плане это означает, что действия, сопряжённые с ограничением возможностей будущего выбора, допустимы лишь в тех случаях, когда истощение ресурсов компенсируется вложением средств. Естественно, предпочтение следует отдавать решениям, не предполагающим ненужного риска.
Если - как предполагает принцип равенства интересов настоящего и будущего поколений - цель заключается в том, чтобы и те, кто придёт после нас, имели равные с нами возможности взаимодействовать со средой аналогичного качества и разнообразия, то необходимо добиться, чтобы имеющиеся запасы ресурсов поддерживались на определённом уровне в расчёте на душу населения. Добиться этого можно, если перейти к простому воспроизводству населения. Один из наиболее действенных путей сокращения прироста населения состоит в том, чтобы сделать начальное, а ещё лучше и среднее образование обязательным. Образование - это своего рода долгосрочное капиталовложение, которое весьма существенно увеличивает "цену" деторождения86.
8.4.2. Общие положения концепции устойчивого
развития
В 1992 г. В Рио-де-Жанейро состоялась международная конференция, на которой была продолжена разработка основ концепции устойчивого развития. Эта концепция была принята на предыдущей конференции и изложена в докладе "Наше общее будущее". Обобщенные идеи конференции даны в документе "Повестка дня на 21 век и другие документы конференции в Рио-де-Жанейро в популярном изложении" - составитель М. Китинг. Он содержит такого рода общие положения:
* Борьба с бедностью является общей обязанностью всех стран.
* Стратегии развития должны предусмотреть решение комплекса проблем роста населения, здоровья экологических систем, технологий и доступа к ресурсам.
* Демографические программы должны быть частью более широкой политики.
* Страны должны иметь представление о своих национальных возможностях по жизнеобеспечению населения.
* Здоровье людей зависит от здоровья окружающей среды.
* К 2000 году половина населения мира будет жить в городах.
* Рост потребности человечества в земельных и природных ресурсах ведет к конкуренции и конфликтам.
* Правительствам следует разработать программы национальных действий для устойчивого развития лесного хозяйства.
* Необходимы национальные программы по борьбе с опустыниванием.
* Судьба горных экосистем влияет на жизнь половины населения земного шара.
* Неизвестно насколько способен будет мир в долгосрочной перспективе удовлетворять растущий спрос на продукты питания и другие продукты сельского хозяйства.
* Около 70% загрязнения морской среды связано с наземными источниками.
* Лучше понемногу для всех, чем помногу для некоторых.
* Отсутствуют крайне важные данные об опасности для здоровья человека и окружающей среды большого числа производимых в значительных объёмах химических веществ.
* Увеличение объёмов бытовых отходов и сточных вод в городах создаёт угрозу здоровью человека и окружающей среде. К 2025 г. их объём может возрасти в 4-5 раз.
* Глобальная окружающая среда изменяется в настоящее время намного быстрее, чем когда-либо в предыдущие столетия. В следующем столетии могут произойти значительные экологические изменения и неожиданные события.
8.4.3. Условия устойчивого развития и ключевые
понятия концепции
В самом общем смысле устойчивое развитие - это развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять собственные потребности. Исходя из этого определения, можно вывести два ключевых понятия:
* Понятие потребностей. Приоритет потребностей, необходимых для существования беднейших слоёв населения.
* Понятие ограничений, обусловленных состоянием технологии и организацией общества, накладываемых на способность окружающей среды удовлетворять нынешние и будущие потребности.
Для достижения устойчивого развития требуются:
1. Политическая система, обеспечивающая участие широких масс населения в принятии решений.
2. Экономическая система, обеспечивающая расширенное воспроизводство и технический прогресс на собственной базе.
3. Социальная система, снимающая напряжение, возникающее при негармоничном экономическом развитии.
4. Система производства, сохраняющая эколого-ресурсную базу.
5. Технологическая система, обеспечивающая постоянный поиск новых решений.
6. Международная система, способствующая устойчивости торговых и финансовых связей.
7. Административная система достаточно гибкая и способная к самокорректировке.
8. Концепция устойчивого развития, основывающаяся на понятии основного минимума, определяемого как суммирующий результат следующих положений:
9. Соотношение норм потребления и долгосрочная устойчивость развития.
10. Характер потребностей, определяемый пропагандой, воспитанием и традициями.
11. Соотношение демографических изменений и эволюции производственного потенциала.
12. Устойчивое развитие не может ставить под угрозу природные системы, от которых зависит жизнь на Земле: атмосферу, водные ресурсы, почву и живые существа. Кроме того существуют абсолютные конечные пределы роста и нагрузок на экосистемы.
8.5. Искусственный интеллект (ИИ)
Понятие "искусственный интеллект". ( Основные направления развития искусственного интеллекта. ( Знания и их представление. Экспертные системы. ( Проблема понимания естественного языка. Языковая неоднозначность. Искусственные языки. ( Философские, этические и социальные аспекты искусственного интеллекта.

Многие виды умственной деятельности человека, такие, как, например, написание программ для вычислительных машин, занятие математикой, ведение рассуждений на уровне здравого смысла и даже вождение автомобиля - требуют "интеллекта". На протяжении последних десятилетий было построено несколько компьютерных систем, способных выполнять подобные задачи.
Имеются системы, способные диагностировать заболевания, планировать синтез сложных синтетических соединений, решать дифференциальные уравнения в символьном виде, анализировать электронные схемы, понимать ограниченный объем человеческой речи и естественного языкового текста. Можно сказать, что такие системы в определённой степени обладают искусственным интеллектом. Работа по построению таких систем проводится в области, получившей название искусственный интеллект (ИИ).
8.5.1. Основные направления развития ИИ
При реализации интеллектуальных функций непременно присутствует информация, называемая знаниями. Другими словами, интеллектуальные системы являются в то же время системами обработки знаний. В настоящее время в исследованиях по искусственному интеллекту выделились шесть основных направлений:
* Представление знаний. В рамках этого направления решаются задачи, связанные с формализацией и представлением знаний в памяти системы ИИ. Для этого разрабатываются специальные модели представления знаний и языки описания знаний, внедряются различные типы знаний. Проблема представления знаний является одной из основных проблем для системы ИИ, так как функционирование такой системы опирается на знания о проблемной области, которые хранятся в ее памяти.
* Манипулирование знаниями. Чтобы знаниями можно было пользоваться при решении задачи, следует научить систему ИИ оперировать ими. В рамках данного направления разрабатываются способы пополнения знаний на основе их неполных описаний, создаются методы достоверного и правдоподобного вывода на основе имеющихся знаний, предлагаются модели рассуждений, опирающихся на знания и имитирующих особенности человеческих рассуждений. Манипулирование знаниями очень тесно связано с представлением знаний, и разделить эти два направления можно лишь условно.
* Общение. В круг задач этого направления входят: проблема понимания и синтеза связных текстов на естественном языке, понимание и синтез речи, теория моделей коммуникаций между человеком и системой ИИ. На основе исследований в этом направлении формируются методы построения лингвистических процессов, вопросно-ответных систем, диалоговых систем и других систем ИИ, целью которых является обеспечение комфортных условий для общения человека с системой ИИ.
* Восприятие. Это направление включает разработку методов представления информации о зрительных образах в базе знаний, создание методов перехода от зрительных сцен к их текстовому описанию и методов обратного перехода, создание средств для порождения зрительных сцен на основе внутренних представлений в системах ИС.
* Обучение. Для развития способности систем ИИ к решению задач, с которыми они раньше не встречались, разрабатываются методы формирования условий задач по описанию проблемной ситуации или по наблюдению за ней, методы перехода от известного решения частных задач (примеров) к решению общей задачи, создание приемов декомпозиции исходной задачи на более мелкие и уже известные для систем ИИ. В этом направлении ИИ сделано еще весьма мало.
* Поведение. Поскольку системы ИИ должны действовать в некоторой окружающей среде, то необходимо разрабатывать некоторые поведенческие процедуры, которые позволили бы им адекватно взаимодействовать с окружающей средой, другими системами ИИ и людьми. Это направление в ИИ разработано очень слабо.
8.5.2. Знания и их представление
Системы, основанные на знаниях - это системы программного обеспечения, основными структурными элементами которых являются база знаний и механизм логических выводов. В первую очередь к ним относятся экспертные системы, способные диагностировать заболевания, оценивать потенциальные месторождения полезных ископаемых, осуществлять обработку естественного языка, распознавание речи и изображений и т. д.
Экспертные системы являются первым шагом в практической реализации исследований в области ИИ. В настоящее время они уже используются в промышленности. Экспертная система - это вычислительная система, в которую включены знания специалистов о некоторой конкретной проблемной области и которая в пределах этой области способна принимать экспертные решения.
Структурные элементы, составляющие систему, выполняют следующие функции:
1. База знаний - реализует функции представления знаний в конкретной предметной области и управление ими.
2. Механизм логических выводов - выполняет логические выводы на основании знаний, имеющихся в базе знаний.
3. Пользовательский интерфейс - необходим для правильной передачи ответов пользователю, иначе пользоваться системой крайне неудобно.
4. Модуль приобретения знаний - необходим для получения знаний от эксперта, поддержки базы знаний и дополнения ее при необходимости.
5. Модуль ответов и объяснений - формирует заключение экспертной системы и представляет различные комментарии, прилагаемые к заключению, а также объясняет мотивы заключения.
Перечисленные структурные элементы являются наиболее характерными, хотя в реальных экспертных системах их функции могут быть соответствующим образом усилены или расширены.
Знания в базе знаний представлены в конкретной форме, и организация базы знаний позволяет их легко определять, модифицировать и пополнять. Решение задач с помощью логического вывода на основе знаний хранящихся в базе знаний, реализуется автономным механизмом логического вывода. Хотя оба эти компонента системы с точки зрения ее структуры являются независимыми, они находятся в тесной связи между собой и определение модели представления знаний накладывает ограничения на выбор соответствующего механизма логических выводов. Таким образом, при проектировании экспертных систем необходимо анализировать оба указанных компонента.
Чтобы манипулировать знаниями из реального мира с помощью компьютера, необходимо осуществлять их моделирование. К основным моделям представления знаний относятся: логические модели; продукционные модели; сетевые модели; фреймовые модели.
8.5.3. Проблема понимания естественного языка
Обеспечение взаимодействия с ЭВМ на естественном языке (ЕЯ) является важнейшей задачей исследований по искусственному интеллекту (ИИ). Базы данных, пакеты прикладных программ и экспертные системы, основанные на ИИ, требуют оснащения их гибким интерфейсом для многочисленных пользователей, не желающих общаться с компьютером на искусственном языке. В то время как многие фундаментальные проблемы в области обработки ЕЯ (Language Processing, NLP) еще не решены, прикладные системы могут оснащаться интерфейсом, понимающем ЕЯ при определенных ограничениях.
Существуют два вида и, следовательно, две концепции обработки естественного языка:
1. для отдельных предложений;
2. для ведения интерактивного диалога.
Обработка естественного языка - это формулирование и исследование компьютерно-эффективных механизмов для обеспечения коммуникации с ЭВМ на ЕЯ. Объектами исследований являются:
1. Собственно естественные языки.
2. Использование ЕЯ как в коммуникации между людьми, так и в коммуникации человека с ЭВМ.
Задача исследований - создание компьютерно-эффективных моделей коммуникации на ЕЯ. Именно такая постановка задачи отличает NLP от задач традиционной лингвистики и других дисциплин, изучающих ЕЯ, и позволяет отнести ее к области ИИ. Проблемой NLP занимаются две дисциплины: лингвистика и когнитивная психология.
Традиционно лингвисты занимались созданием формальных, общих, структурных моделей ЕЯ, и поэтому отдавали предпочтение тем из них, которые позволяли извлекать как можно больше языковых закономерностей и делать обобщения. Практически никакого внимания не уделялось вопросу о пригодности моделей с точки зрения компьютерной эффективности их применения. Таким образом, оказалось, что лингвистические модели, характеризуя собственно язык, не рассматривали механизмы его порождения и распознавания. Хорошим примером тому служит порождающая грамматика Хомского, которая оказалась абсолютно непригодной на практике в качестве основы для компьютерного распознавания ЕЯ.
Задачей же когнитивной психологии является моделирование не структуры языка, а его использования. Специалисты в этой области также не придавали большого значения вопросу о компьютерной эффективности.
Различаются общая и прикладная NLP. Задачей общей NLP является разработка моделей использования языка человеком, являющихся при этом компьютерно-эффективными. Основой для этого является общее понимание текстов, как это подразумевается в работах Чарняка, Шенка, Карбонелла и др. Несомненно, общая NLP требует огромных знаний о реальном мире, и большая часть работ сосредоточена на представлении таких знаний и их применении при распознавании поступающего сообщения на ЕЯ. На сегодняшний день ИИ еще не достиг того уровня развития, когда для решения подобных задач в большом объеме использовались бы знания о реальном мире, и существующие системы можно называть лишь экспериментальными, поскольку они работают с ограниченным количеством тщательно отобранных шаблонов на ЕЯ.
Прикладная NLP занимается как правило не моделированием, а возможностью коммуникации человека с ЭВМ на ЕЯ. В этом случае не так важно, как введенная фраза будет понята с точки зрения знаний о реальном мире, а важно извлечение информации о том, чем и как ЭВМ может быть полезной пользователю (примером может служить интерфейс экспертных систем). Кроме понимания ЕЯ, в таких системах важно также и распознавание ошибок и их коррекция.
Основной проблемой обработки естественного языка является языковая неоднозначность. Главное затруднение использования в системах и сетях естественных языков связано с пониманием смысла сказанного либо написанного в рамках хотя бы одного предложения. Однако, часто, широта контекста, необходимого для понимания слова, выходит за рамки предложения. Применение для понимания естественного языка грамматического разбора по соответствующим правилам дало определенные результаты. Тем не менее, основанный на этом метод воспринимает понятия только лишь в очень узких областях знаний. Позже к указанному методу добавился способ декомпозиции предложения на фразы. В результате появились разработки, дающие возможность пользователям работать с прикладными процессами на естественных языках. Существуют разные виды неоднозначности:
1. Синтаксическая (структурная) неоднозначность: во фразе Time flies like an arrow для ЭВМ неясно, идет ли речь о времени, которое летит, или о насекомых, т. е. является ли слово flies глаголом или существительным.
2. Смысловая неоднозначность: во фразе The man went to the bank to get some money and jumped in слово bank может означать как банк, так и берег.
3. Падежная неоднозначность: предлог in в предложениях He ran the mile in four minutes/He ran the mile in the Olympics обозначает либо время, либо место, то есть представлены различные отношения.
4. Референциальная неоднозначность: для системы, не обладающей знаниями о реальном мире, будет затруднительно определить, с каким словом - table или cake - соотносится местоимение it во фразе I took the cake from the table and ate it.
Литерация (Literalness): в диалоге Can you open the door? - I feel cold ни просьба, ни ответ выражены нестандартным способом. В других обстоятельствах на вопрос может быть получен прямой ответ yes/no, но в данном случае в вопросе имплицитно выражена просьба открыть дверь.
Центральная проблема как для общей, так и для прикладной NLP - разрешение такого рода неоднозначностей - решается с помощью перевода внешнего представления на ЕЯ в некую внутреннюю структуру. Для общей NLP такое превращение требует набора знаний о реальном мире. Так, для анализа фразы Jack took the bread from the supermarket shelf, paid for it, and left и для корректного ответа на такие вопросы, как What did Jack pay for?, What did Jack leave? и Did Jack have the bread with him when he left? необходимы знания о супермаркетах, процессах покупки и продажи и некоторые другие.
Прикладные системы NLP имеют преимущество перед общими системами, так как работают в узких предметных областях. К примеру, системе, используемой продавцами в магазинах по продаже компьютеров, не нужно "раздумывать" над неоднозначностью слова terminals в вопросе How many terminals are there in the order?
Тем не менее, создание систем, имеющих возможность общения на ЕЯ в широких областях, возможно, хотя пока результаты неудовлетворительны.
Искусственным языком является набор символов, кодов и правил их комбинирования. Искусственные языки предназначены для обмена информацией между пользователями или прикладными процессами. Единицей языка является слово. Оно служит для наименования (обозначения) понятий, предметов, действий, состояний, признаков, связей и т.д. Слово представляется последовательностью символов или бит, рассматриваемой как единое целое.
Искусственные языки подразделяются на универсальные и специализированные. К первым относятся те, которые рассчитаны на широкий круг задач. Специализированные языки предназначены для узкой области применения. Среди универсальных языков следует особо выделить проблемно-ориентированные языки. Это - языки программирования, структура и символика которых однозначно определяют смысл требуемого. Рассматриваемые языки представляют особые удобства для наглядного описания процедурных шагов процесса обработки данных и передачи данных при решении широкого класса задач. Ряд международных организаций занимается стандартизацией языков высокого уровня. Важную роль в этом процессе играет организация, именуемая конференцией по языкам информационных систем. Для эффективного использования высокоуровневых языков создаются специальные интегральные схемы (ИС).

ГЛАВА 9. ИЕРАРХИЯ МИРОЗДАНИЯ
9.1. Макромир
Основные этапы развития представлений о Вселенной. ( Релятивистская космология (А. Эйнштейн, А. А. Фридман). Пространство, время, эволюция в стационарных и нестационарных моделях Вселенной. Замкнутая и открытая модель нестационарной Вселенной. ( Концепция расширяющейся Вселенной. Парадокс Олберса. Хаббловское расширение космоса. ( Концепция "Большого взрыва". Стадии "остывания". Предсказание и обнаружение реликтового излучения. (. Антропный принцип. ( Концепция множественности Вселенных.

Наша планета - одна из планет Солнечной системы. Если Солнце представить в виде бильярдного шара диаметром 7 см, то ближайшая к солнцу планета - Меркурий находится от него в этом масштабе на расстоянии 280 см, Земля - на расстоянии 760 см, Юпитер - на расстоянии 40 м. Размеры Земли в этом масштабе около 0.5 мм. Ближайшая к нам звезда Проксима Центавра находится на расстоянии около 1.3 пк (1 парсек равен 3.26 светового года). В том масштабе, в котором мы изобразили Солнечную систему, это соответствует 2 тысячам км. Но окружающие Солнце звёзды и само Солнце - это ничтожно малая часть гигантского коллектива звёзд и туманностей, называемого "Галактикой". Расстояние от Солнца до ядра нашей галактики - около 30 тыс. световых лет. Вот цифры и масштабы, которыми приходится оперировать, когда мы говорим о макромире. Но Вселенная состоит из огромного количества даже не галактик, а метагалактик, являющихся скоплениями галактик. Собственно, метагалактика - это и есть известная в настоящее время Вселенная. Здесь масштабы и расстояния приобретают характер, совершенно не представимый человеческому воображению.
9.1.1. Основные этапы развития представлений
о Вселенной
Изменение в представлениях о форме и размерах Вселенной на протяжении веков и до наших дней описано в начальных главах многих научно-популярных книг по космологии. Главные темы космологии сейчас - это ядерные превращения в звездах и физика субатомных частиц. А космогония (от слова gonia - угол), являясь в наше время лишь частью более общей науки - космологии, говорит именно о крупномасштабных пространственных характеристиках Вселенной - не об архитектурных и конструктивных деталях мироздания, а как бы со стороны целиком показывает модель, макет этого "здания", в котором мы живем.
Вплоть до эпохи Великих географических открытий Колумба, Магеллана и других, большинство людей считало, что Земля это "круг" (так написано в Библии: Исаия 40:22), до краев которого можно дойти и заглянуть с его края "вниз" - в "бездну". На краю круга Земли небесный свод ("Твердь"), подобно шатру, опирается на Землю. По тверди ходят Солнце и Луна. А звезды - это шляпки серебряных гвоздей, вбитых в купол-твердь (слово "звезды" - это "гвезды" - гвозди).
Вокруг шарообразной Земли, согласно модели Птолемея, как матрешки - одна в другой, располагались несколько небес - вращающихся прозрачных хрустальных сфер, к которым были прикреплены: плоский фонарь Луна - к ближайшему от Земли небу, к следующему небу - Меркурий, далее Венера, затем Солнце, к следующим - Марс, Юпитер, Сатурн, и к последнему - то ли седьмому, то ли девятому небу - знакомые нам "серебряные гвозди" - звезды.
Хотя было непонятно, как жители противоположной стороны Земли могут жить там вверх ногами и удерживаться от падения "вниз", в "бездну", но всему этом приходилось верить, ведь в основе модели Птолемея лежали элементарные измерения и расчеты, произведенные в Египте.
Николай Коперник, по прошествии более чем тысячи лет, вдруг обратил внимание на некоторые несуразности в модели Птолемея и предложил свою модель - с Солнцем в центре мира. А Галилей, открывший силы инерции, заявил: если страшно удаленное седьмое небо со звездами делает один оборот за сутки, оно развалится на куски от такой скорости вращения, - вращается не небо, а Земля! И, наконец, Джордано Бруно подытожил: "Значит, нет никакого твердого неба со звездами-гвоздями, звезды - это такие же солнца, как наше. И, значит, нет у Вселенной никакого центра".
Эти идеи подхватывались и развивались. На основе законов динамики Галилея и закона всемирного тяготения Ньютона были вычислены расстояния от Солнца до вращающихся вокруг него планет, а также их размеры и массы. И тем же методом, каким путешественники по Нилу вычислили размер Земного шара, теперь, "путешествуя" на Земном шаре вокруг Солнца, и измеряя из противоположных точек уже измеренной орбиты угол между Солнцем и звездами, вычислили расстояния до ближайших из них. Для большинства же звезд изменения угла (называемые параллаксом) были столь малы, что их нельзя было измерить - так эти звезды оказались далеки.
Так появилась ньютоновская модель, господствовавшая до 20-х годов ХХ века. Согласно ей, Вселенная бесконечна в пространстве и во времени, то есть вечна. Звезды вращаются вокруг центра своей галактики. Группы галактик вращаются вокруг центра своей группы. Скопления групп галактик образуют в свою очередь скопления более крупного порядка и т. д. и т. п. Совсем недавно обнаружили, что скопления галактик образуют в пространстве Вселенной ячеистую структуру наподобие пчелиных сот. Но и это не меняет того факта, что по всем направлениям от нас на расстоянии до 12 миллиардов световых лет, которого достигают современные телескопы, все везде одно и то же. И нет никаких оснований думать, что за пределами видимости есть что-то другое.
На границах видимости обнаружены гигантские светящиеся скопления материи, названные квазарами, которых нет вблизи нас. Это можно объяснить тем, что мы видим приграничные области такими, какими были они - и, очевидно, вся наша Вселенная - 10-12 млрд. лет назад. Изменчивость Вселенной во времени подрывает идею ее вечности, а значит, и всю ньютоновскую модель.
9.1.2. Релятивистская космология
(А. Эйнштейн, А. А. Фридман)
В начале ХХ века Эйнштейн в своей специальной теории относительности (СТО) - рассматривавшей только равномерное движение - сумел внести в механику Ньютона изменения, связанные с постоянством скорости света - как предельной скорости движения вообще. Последствия этого и других изменений были далеко идущими. Из общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, рассматривавшей уже и ускоренное движение, и силы тяготения, следовало, что трехмерное пространство Вселенной не бесконечно - как бесконечны, например, одномерная прямая линия и двумерная плоскость - а конечно по объему и замкнуто само на себя, как конечны и замкнуты одномерная линия окружности и двумерная поверхность шара - сфера.
Но одномерная линия - окружность может быть искривлена и замкнута только потому, что у плоскости, на которой она находится - два измерения. Двумерная поверхность - сфера может быть замкнута только потому, что в пространстве, где она находится - три измерения. А трехмерное пространство Вселенной может иметь свойства искривленности и быть замкнутым, потому что наш мир на самом деле четырехмерен, и четвертое его измерение - это время. Оно фигурировало в качестве четвертого измерения уже в ранней - "специальной" теории относительности.
Общая теория относительности, созданная Эйнштейном в 1916 г., просто и естественно учитывает механизм "Большого взрыва". В этой теории присутствие вещества приводит к изменению геометрии пространства на космическом уровне. До сих пор из-за нехватки наблюдательных данных эти изменения не могут быть оценены в полной мере; в частности, пока нет достаточно точных данных о полном количестве вещества во Вселенной.
А. А. Фридман обнаружил еще одно следствие из теории Эйнштейна: замкнутое трехмерное пространство Вселенной не может быть стационарным, а должно расширяться, раздуваться - как растягивается замкнутая двумерная поверхность воздушного детского шарика при его надувании. Расширяется ли наша Вселенная на самом деле и почему расширяется - доказать и объяснить это Фридман предоставил другим. Он говорил, что его дело - решать уравнения, а разбираться в физическом смысле решений должны другие специалисты - физики, астрономы.
Согласно модели (называемой моделью Фридмана), которую предпочитал Эйнштейн, Вселенная содержит достаточно вещества, чтобы быть искривленной настолько, что она замыкается на саму себя, как, например, воздушный шарик. Если надувать такой шарик, то любая картинка, нарисованная на его поверхности, увеличивается в размере, сохраняя при этом те же пропорции между своими частями. Каким-нибудь муравьям, живущим в таком мире, покажется, что они друг от друга удаляются, но ни один из них не будет иметь достаточного основания считать себя центром Вселенной. Согласно представлениям этой модели, расширение Вселенной должно прекратиться примерно через 40 млрд. лет, после чего должно начаться сжатие, в результате чего еще через 100 млрд. лет Вселенная снова окажется в состоянии большой плотности.
Основная трудность, которая встречается при объяснении модели Фридмана, возникает при определении того, что собой представляет внутренний объем воздушного шарика. В нашем мире можно передвигаться вдоль трех направлений: север - юг, запад - восток, вверх - вниз; в мире, который расположен на поверхности воздушного шарика, остаются только первые два. Третье направление (измерение) используется здесь для обозначения кривизны и носит, таким образом, лишь методический характер. Поэтому, хотя наша Вселенная также имеет кривизну, но необходимость введения каких-либо измерений, кроме привычных трех, существует лишь с методической или математической точек зрения; как учили Гаусс и Риман, нет смысла покидать наш мир, чтобы познавать его свойства.
Поскольку гравитационные взаимодействия являются доминирующими на мегауровне организации материи, космологические модели Вселенной должны строиться в соответствии с требованиями теории относительности на основе реально наблюдаемых астрофизических явлений, таких как:
1. Однородность и изотропность космического пространства.
2. Конечная интенсивность светового потока, приходящего из космоса.
3. Красное смещение в спектрах излучения далеких звезд.
4. Существование реликтового излучения (однородного и изотропного фона электромагнитных волн, соответствующего температуре около 3К).
Конечное количество света, приходящего от звездного неба, заставляет отвергнуть классические представления о бесконечном космическом пространстве, однородно заполненном звездами. Предпринимаемые в рамках классической концепции попытки построения космологических моделей с неоднородным распределением звезд в пространстве, находятся в противоречии с астрономическими наблюдениями (неоднородность в концентрации звезд наблюдается только на "относительно малых" космических масштабах вплоть до межгалактических скоплений).
А. Эйнштейном была предложена модель Вселенной, в которой локальные искривления пространства-времени гравитирующими массами приводят к глобальному искривлению, делающему Вселенную замкнутой по пространственным координатам. В этой цилиндрической модели Эйнштейна временная координата не искривляется (время равномерно течет от прошлого к будущему). Впоследствии цилиндрическая модель была усовершенствована голландским астрофизиком Виллем де Ситтером, предположившим на основании наблюдаемого красного смещения, что время в удаленных частях Вселенной течет замедленно (искривление по временной координате) - модель замкнутой гиперсферы.
Обе эти стационарные модели Вселенной имеют два недостатка: необходимость предположить существование дополнительных взаимодействий, препятствующих сжатию Вселенной под действием гравитирующих масс и проблему "утилизации" света, испущенного звездами в предшествующие моменты времени в замкнутое пространство.
На сегодняшний день наиболее популярна предложенная Фридманом модель расширяющейся Вселенной (красное смещение и конечная светимость неба объясняются эффектом Доплера, нет необходимости во введении компенсирующих гравитацию взаимодействий), глобально искривленной из-за наличия гравитирующих масс. Обсуждаются две ее модификации:
1. Замкнутая модель (геометрический аналог - расширяющаяся гиперсфера) предсказывает постепенное замедление расширения вследствие торможения гравитационными силами с последующим переходом к сжатию.
2. Открытая модель (геометрический аналог - "седло") замедляющееся расширение, происходящее бесконечно долго.
В настоящее время предпочтение отдается открытой модели, поскольку оценки средней плотности вещества во Вселенной, сделанные на основе наблюдаемой концентрации звезд, показывают, что гравитационные силы не способны остановить происходящее с наблюдаемой скоростью разбегание. Оценки могут существенно измениться в пользу закрытой модели при наличии в космосе скрытых масс несветящегося вещества (например, за счет ненулевой массы покоя нейтрино).
Уравнения ОТО оказались весьма "гибкими" и допускают наличие большого числа космологических моделей Вселенной и сценариев их временного развития.
9.1.3. Концепция расширяющейся Вселенной
Самый серьезный удар по представлению о стационарности Вселенной был нанесен результатами измерений скоростей удаления галактик, полученными Хабблом. В 1929 г. после огромной работы по получению и изучению спектров галактик, а также по определению различными методами расстояний до этих галактик, Э. Хаббл надежно установил факт расширения Вселенной. Он показал, что в "разбегании" галактик существует замечательная закономерность. Чем дальше от нас находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется, то есть тем больше её красное смещение. Причем закон имеет предельно простую линейную форму: v=HR, где v - скорость галактики, R - расстояние до нее, а Н - коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Хаббла.
Чтобы по достоинству оценить результат Хаббла, нужно помнить, что звезды не рассеяны во Вселенной равномерно: они, наоборот, сгруппированы в отдельные "острова" - галактики, каждая из которых включает в себя в среднем более 100 млрд. звезд, а также межзвездный газ и межзвездную пыль; галактики в большинстве своем имеют "правильную" форму спирали или эллипса, при этом диаметр галактики может достигать и даже превосходить 100000 световых лет. Млечный путь как раз представляет собой одну такую галактику, ту самую "Галактику", которая включает в себя в качестве незначительной периферийной звезды и наше Солнце. В действительно космическом масштабе мы имеем дело уже не со звездами, а с галактиками как отдельными объектами, расстояния до которых измеряются миллионами световых лет.
Итак, Хаббл в результате целой серии кропотливых измерений обнаружил, что любая галактика удаляется от нас в среднем со скоростью, пропорциональной расстоянию до нее, с коэффициентом пропорциональности, равным примерно 20 км/с на миллион световых лет. Например, галактика, находящаяся на расстоянии в 100 млн. световых лет, удаляется от нас со скоростью 2000 км/с. Обнаружены квазары, которые удаляются от нас со скоростью 285000 км/с и которые, следовательно, находятся на расстояниях порядка 10 млрд. световых лет.
Открытие Хаббла окончательно разрушило существовавшее со времен Аристотеля представление о статичной, незыблемой Вселенной, уже, впрочем, ранее получившее сильный удар при открытии эволюции звезд. Значит, галактики вовсе не являются космическими фонарями, подвешенными на одинаковых расстояниях друг от друга для утверждения сил небесных, и, более того, раз они удаляются, то когда-то в прошлом они должны были быть ближе к нам.
Удаляясь со скоростью 20 км/с, галактика проходит примерно 600 млн. км за год, или 60 световых лет за миллион лет; на то, чтобы преодолеть (при постоянной скорости) тот миллион световых лет, который нас разделяет, ей, по-видимому, понадобилось несколько меньше, чем 20 млрд. лет. Следовательно, около 20 млрд. лет тому назад все галактики, судя по всему, были сосредоточены в одной точке, поскольку (согласно закону Хаббла) галактики, которые находятся на расстояниях в десять раз больше других, имеют в десять же раз большую скорость; следовательно, время удаления одинаково для всех галактик.
Можно подойти к вопросу о хаббловском расширении космоса, используя более привычные, интуитивные образы. Например, представим себе солдат, выстроенных на какой-нибудь площади с интервалом 1 м. Пусть затем подается команда раздвинуть за одну минуту ряды так, чтобы этот интервал увеличился до 2 м. Каким бы образом команда ни выполнялась, относительная скорость двух рядом стоявших солдат будет равна 1 м/мин, а относительная скорость двух солдат, стоявших друг от друга на расстоянии 100 м, будет 100 м/мин, если учесть, что расстояние между ними увеличится от 100 до 200 м.
Таким образом, скорость взаимного удаления пропорциональна расстоянию. Отметим, что после расширения рядов остается справедливым космологический принцип: "галактики-солдаты" по-прежнему распределены равномерно, и сохраняются те же пропорции между различными взаимными расстояниями. Единственный недостаток нашего сравнения заключается в том, что на практике один из солдат все время стоит неподвижно в центре площади, в то время как остальные разбегаются со скоростями тем большими, чем больше расстояния от них до центра. В космосе же нет верстовых столбов, относительно которых можно было бы провести абсолютные измерения скорости; такой возможности мы лишены теорией относительности: каждый может сравнивать свое движение только с движением рядом идущих, и при этом ему будет казаться, что они от него убегают.
Мы видим, таким образом, что закон Хаббла обеспечивает неизменность космологического принципа во все времена, и это утверждает нас во мнении, что как закон, так и сам принцип действительно справедливы.
Итак, после получения красных смещений галактики предстали перед нами удаляющимися от нашей Галактики, причем скорость удаления растет с увеличением расстояния. Означает ли это, что наша галактика является центром, из которого происходит это расширение? Вовсе нет. Наблюдатель в любой галактике увидел бы точно такую же картину: все галактики, несвязанные гравитационно с родной галактикой наблюдателя, имели бы красные смещения, пропорциональные расстоянию между галактиками. Действительно, увеличивается расстояние между всеми галактиками. Пространство "раздувается".
Расширение Вселенной можно проиллюстрировать замечательным примером. Представьте себе двумерных существ, двумериков, живущих на поверхности воздушного шарика. Нарисуем на нем галактики и поселим в них этих двумериков. Пусть они могут наблюдать в свои телескопы соседние галактики. Начнем теперь надувать шарик. Каждый двумерик-наблюдатель в своей галактике будет видеть, что другие галактики удаляются от него. Сам же центр расширения на поверхности шарика, то есть в Метагалактике двумериков, отсутствует.
Как уже говорилось, чем дальше находятся участки Вселенной, тем быстрее они от нас удаляются; галактики представляются нам такими, какими они были в далеком прошлом, поскольку свету, идущему от них, требуется время, чтобы до нас дойти. Таким образом, большие телескопы совершают, кроме всего прочего, путешествие в прошлое. Наблюдая все более далекие объекты, мы видим, как они разлетаются со скоростями, которые все ближе и ближе к непреодолимому барьеру - скорости света. Существуют квазары - объекты, крайне яркие и видимые на громадных расстояниях, - которые удаляются со скоростями в 285000 км/с, что лишь немного меньше скорости света, равной 300000 км/с.
Если бы мы могли увидеть какие-нибудь объекты, "приставленные к стенке скорости света", то они бы выглядели так же, как у истоков Вселенной. Но не все объекты, содержащиеся во Вселенной, можно будет когда-нибудь увидеть; свет от объектов, расположенных дальше определенного расстояния, так и не успевает дойти до нас, и они навсегда остаются скрытыми от наших взоров, так же как слишком далекое здание на поверхности Земли скрыто за горизонтом.
Но, если все галактики удаляются от нашей, не означает ли это, что Земля - центр Вселенной? Ответ по-прежнему отрицательный. Расстояния между любыми галактиками увеличиваются со скоростями, пропорциональными самим расстояниям, и человек, оказавшийся случайно в пределах другой галактики, обнаружит справедливость того же закона Хаббла. При этом его горизонт окажется смещенным, и он сможет увидеть то, что скрыто от нас, в то время как другие объекты, видимые с Земли, будут скрыты от него.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, присутствие вещества в пространстве приводит к искривлению последнего. При наличии достаточного количества вещества можно построить модель искривленного пространства, напоминающего искривленную поверхность Земли.
Передвигаясь на Земле в одном направлении, мы, в конце концов, пройдя 40000 км, должны вернуться в исходную точку. В искривленной Вселенной случится то же самое, но спустя 40 млрд. световых лет; кроме того, "роза ветров" не ограничивается четырьмя частями света, а включает направления также вверх - вниз, или, точнее, зенит - надир. Итак, Вселенная напоминает надувной шарик, на котором нарисованы галактики и, как на глобусе, нанесены параллели и меридианы для определения местоположения точек; но в случае Вселенной для определения положения галактик необходимо использовать не два, а три измерения. А можно ли взглянуть внутрь надувного шарика? Для этого пришлось бы выйти в четвертое измерение, чего никто делать не умеет и хотя можно использовать и шесть измерений, все мы, в конце концов, сходимся на том, что речь здесь идет лишь о некой игре слов, а всю физическую сторону этого вопроса вполне можно осознать, будучи, так сказать, нарисованными на поверхности такого воздушного шарика.
Расширение Вселенной напоминает процесс надувания этого шарика: взаимное расположение различных объектов на его поверхности не меняется; на шарике нет выделенных точек; площадь, на которой были выстроены солдаты, теперь представляет всю Вселенную; площадь эта весьма странная: выходим через калитку на север, а, возвращаясь, обнаруживаем, что появляемся на площади с южной стороны и т. д.
Рентгеновские лучи равномерно со всех сторон облучают Землю. Наблюдения показали, что они возникают всякий раз, как пыль, газ и звёзды, разрушенные гравитационными силами, поглощаются чёрной дырой. Чёрные дыры превосходят по массе все известные в мироздании тела. Из окружающей её окрестности чёрная дыра высасывает гигантские количества материи: в каждую минуту проглатывается масса, равная нашему земному шару. Столкновение частиц при этом рождает рентгеновское излучение. Почти все рентгеновские лучи приходят из далёкого прошлого, когда шло энергичное образование звёзд. Можно полагать, что чёрные дыры появились вскоре после первоначального взрыва, породившего нашу Вселенную, но до того как возникли первые звёзды. Вероятно, что сверхмассивные чёрные дыры стали в последующем центрами галактик. Уже определено более 30 галактик, заключающих в себе эти образования87.
Мир галактик не только велик, но и разнообразен. Они резко различаются размерами, внешним видом и числом входящих в них звёзд, светимостью. Основоположником внегалактической астрономии, которая занимается этими вопросами, по праву считается американский астроном Эдвин Хаббл (1889-1953). Он доказал, что многие туманности на самом деле не что иное, как галактики, состоящие из множества звёзд. Он изучил свыше тысячи галактик и определил расстояние до некоторых из них. Среди галактик выделил три основных типа: спиральные, эллиптические и неправильные.
Более половины галактик - спиральные. В центре их находится яркое ядро (большое тесное скопление звёзд). Из ядра выходят спиральные, закручивающиеся вокруг него ветви, состоящие из молодых звёзд и облаков нейтрального газа. Все ветви лежат в плоскости вращения галактики. Поэтому она имеет вид сплющенного диска.
Эллиптические галактики на фотографиях выглядят как эллипсы с разной степенью сжатия. Примерно четверть из наиболее ярких галактик относится к их числу.
Неправильные галактики отличаются хаотической клочковатой структурой и не имеют какой-либо определённой формы. Хотя неправильные галактики самый немногочисленный класс галактик, исследование их очень важно. Астрофизика постоянно обнаруживает в них что-нибудь интересное: вспышка сверхновой в Большом Магеллановом облаке, открытия в туманности Тарантул88.
9.1.4. Концепция "Большого Взрыва"
Прокручивая ретроспективно киноленту о жизни Вселенной, мы могли бы увидеть, что было время, а именно около 25 млрд. лет тому назад, когда все галактики были собраны вместе в одной точке. Разумеется, к такой оценке нужно относиться с осторожностью и представлять, что она справедлива только по порядку величины. Во-первых, гравитационное притяжение непрерывно замедляет движение галактик; во-вторых, почти наверняка галактики сами образовались лишь примерно через миллиард лет после начала расширения. Но остается фактом, что Вселенная когда-то начинала свое развитие, будучи намного более плотной и, занимая область намного меньшую, чем в настоящее время; ее эволюцию можно сравнить разве что с гигантским взрывом глобального масштаба - с так называемым "Большим взрывом". Примечательно, что указанный масштаб времени, в общем, согласуется с результатами, полученными при исследовании эволюции звезд.
Наличие разбегания галактик в настоящее время требует предположения о том, что в прошлом вещество Вселенной было более плотным. Экстраполяция наблюдаемых скоростей на значительно более ранние периоды позволяет оценить время, когда это расширение началось в результате Большого Взрыва - около 25 млрд. лет назад. Известные на сегодняшний день законы физики позволяют воспроизвести достаточно правдоподобный сценарий расширения, начиная с нескольких тысячных секунды после Большого Взрыва (что происходило до этого, напр. предшествовало ли ему сжатие предыдущего цикла, на современном этапе развития естествознания не обсуждается, поскольку не может быть хотя бы косвенно проверено экспериментом).
Теория горячей Вселенной была первоначально разработана Г. А. Гамовым и др. для объяснения наблюдаемого химического состава Вселенной. Ведь первоначально все вещество представляло собой в основном водородную плазму, а затем, в эпоху так называемого нуклеосинтеза, образовались ядра более тяжелых химических элементов - различных изотопов гелия и лития. К ядрам водорода, которые представляют собой одиночные протоны, примешались также более сложные ядра дейтерия - тяжелого изотопа водорода. Так в нашем мире появилось разнообразие химических элементов. Однако пройдет еще немало времени, прежде чем образуются первые звезды, в которых в процессе эволюции родится все многообразие химических элементов, наблюдаемых сегодня89.
Какой же была Вселенная в момент своего рождения? Наш вопрос имеет смысл, только если он относится к мгновению, следующему непосредственно за началом, то есть к моменту времени, когда применение физических законов становится уже разумным. Спустя всего одну сотую секунды после начала космос занимал гораздо меньший объем, чем теперь, и был заполнен сжатым веществом при температуре в миллиарды градусов с плотностью в триллионы раз выше, чем плотность воды. В этих условиях не могли существовать ни ядра, ни тем более атомы, которые были бы разрушены бурным тепловым движением. Расширение Вселенной происходило с очень большой скоростью. Через несколько минут расширение Вселенной и ее охлаждение достигли такой степени, что стало возможным образование атомных ядер. Спустя еще миллион лет температура упала ниже трех тысяч градусов, и началось образование атомов. Бросив взгляд вокруг себя в ту эпоху, мы увидели бы пространство, заполненное облаком из раскаленных газов и ослепляющим светом. Еще через миллиард лет началось образование галактик, звезд и стабильного вещества в современном виде.
Свет, излученный первоначальным газовым облаком, все еще бродит во Вселенной; претерпев сильные изменения при расширении Хаббла, он сейчас заметен только в виде микроволнового фона (так называемого "реликтового излучения"). Это самое древнее из всех известных свидетельств истории нашей Вселенной. Оно было обнаружено двумя астрофизиками из лаборатории фирмы "Белл телефон" Пензиасом и Уилсоном, удостоенными за свое открытие Нобелевской премии в 1978 г.
Нуклеосинтез стал еще одним шагом к "нашему", привычному миру. Это произошло, когда Вселенной было "уже" 100 секунд. К тому времени наш мир продолжал расширяться и остывать. Вещество существовало в форме плазмы, когда электроны отделены от ядер атомов. Привычный для нас вид вещество во Вселенной приняло в так называемую эпоху рекомбинации. Эта эпоха ознаменовалась замечательным событием - температура упала ниже 10000 градусов и плазма превратилась в обычный, нейтральный газ. При этом вещество освободилось от "бремени" излучения, и стало развиваться уже по-своему. Дело в том, что когда вещество непрерывно взаимодействует с излучением, ионизируется им, то не образуются конденсации вещества и сложные структуры в нем. Будучи "свободным", вещество начинает структурироваться, "скучиваться". Эти сгущения служат основой той сложной структуры, которую мы сейчас наблюдаем.
Излучение, также освободившееся от вещества, получило возможность практически беспрепятственно двигаться по всей Вселенной. Благодаря этому мы сейчас можем поймать древние кванты электромагнитного излучения и в принципе пронаблюдать все события в развивающейся Вселенной после эпохи рекомбинации. Но как же тогда образовались более тяжелые элементы в природе, в том числе и те, из которых состоит наша Земля и человеческое тело? Более тяжелые элементы образовались в недрах звезд. Элементы легче железа образовались в результате термоядерного синтеза в звездах, а тяжелее железа - в результате вспышек сверхновых.
В первые моменты температура Вселенной была столь высока, что в ней могли существовать лишь самые легкие элементарные частицы: фотоны, нейтрино и т.д. Быстрое расширение горячего сжатого "газа" вело к его охлаждению. Уже на первых секундах расширения стало возможным образование электронов и протонов, существующих в виде горячей плазмы и сильно взаимодействующих друг с другом и излучением, на долю которого приходилась основная доля энергии во Вселенной. Таким образом, на ранней стадии, длящейся около одного млн. лет, во Вселенной преобладали электромагнитные и ядерные взаимодействия.
Спустя указанный срок температура упала до величины, допускающей рекомбинацию электронов с протонами в нейтральные атомы водорода. С этого момента взаимодействие излучения с веществом практически прекратилось, доминирующая роль перешла к гравитации. Возникшее на стадии горячей Вселенной и постепенно остывающее в результате ее расширения излучение дошло до нас в виде реликтового фона.
На последующей стадии "холодной" Вселенной на фоне продолжающегося расширения и остывания вещества стали возникать гравитационные неустойчивости: за счет флуктуаций плотности водородного газа стали возникать зоны его уплотнения, притягивающие к себе газ из соседних областей и еще больше усиливающие собственное гравитационное поле. Самоорганизация вещества во Вселенной (сложная неравновесная система, описываемая нелинейными уравнениями гравитации) в конечном итоге привела к возникновению крупномасштабной квазиупорядоченной межгалактической ячеистой структуры, а ее дальнейшая фрагментация дала начало будущим галактикам и звездам. Анализ деталей этого процесса возможен на основании весьма сложных уравнений гидрогазодинамики - теории нестационарного движения вещества и до сих пор удовлетворительно не разработан. Достаточно ясно, что в результате гравитационного сжатия выделяющаяся энергия в конечном итоге приводила к вторичному разогреву водородного топлива до температур, достаточных для начала термоядерных реакций водородного цикла.
Первая стадия жизни звезды подобна солнечной - в ней доминируют реакции водородного цикла. Температура звезды определяется ее массой и степенью гравитационного сжатия, которому противостоит главным образом световое давление. Звезда образует относительно устойчивую колебательную систему, ее периодические слабые сжатия и расширения определяют звездные циклы. По мере выгорания водорода в центре звезды, ее гелиевое ядро остывает, а зона протекания реакции синтеза перемещается на периферию. Звезда "разбухает", поглощая планеты ее системы, и остывает, превращаясь в красного гиганта.
Дальнейшее сжатие гелиевого ядра поднимает его температуру до зажигания реакций гелиевого цикла. Водородная оболочка постепенно рассеивается, образуя звездную туманность, а сильно сжатое ядро раскаляется до высоких температур, соответствующих свечению бело-голубым светом ("белый карлик"). По мере выгорания топлива звезда угасает, превращаясь в устойчивого "черного карлика" - характерный итог эволюции большинства звезд с массой порядка солнечной.
Более массивные звезды на этапе превращения в белого карлика теряют водородную оболочку в результате мощного взрыва, сопровождающегося многократным увеличением светимости ("сверхновые звезды"). После выгорания их ядер сил давления в плазме оказывается недостаточно для компенсации гравитационных сил. В результате уплотнения вещества электроны "вдавливаются" в протоны с образованием нейтральных частиц. Возникает нейтронная звезда - компактное (радиус несколько километров) и массивное образование, вращающееся с фантастически высокой для космических объектов скоростью: около одного оборота в секунду. Вращающееся вместе со звездой его магнитное поле посылает в пространство узконаправленный луч электромагнитного (часто- рентгеновского) излучения, действуя подобно маяку. Источники мощного периодического излучения, открытые в радиоастрономии, получили название пульсаров.
Звезды с массой, превосходящей массу Солнца более чем в два раза, обладают столь сильным гравитационным полем, что на стадии нейтронной звезды их сжатие не останавливается. В результате дальнейшего неограниченного сжатия - гравитационного коллапса звезда уменьшается до таких размеров, что скорость, необходимая для ухода тела с ее поверхности на бесконечность превышает предельную (скорость света). При этом ни одно тело (даже свет) не может покинуть непрерывно сжимающуюся звезду, представляющую собой "черную дыру", размерами всего несколько километров. Существование черных дыр допускают уравнения общей теории относительности. В области черной дыры пространство-время сильно деформировано.
Астрономические наблюдения чёрных дыр затруднены, поскольку такие объекты не излучают свет. Однако обнаружены звезды, совершающие движение, характерное для компонент двойных звезд, хотя парной звезды не наблюдается. Весьма вероятно, что её роль играет черная дыра или не излучающая нейтронная звезда.
Помимо перечисленных обнаружен ряд астрофизических объектов, свойства которых не укладываются в приведенные схемы - квазары. Наблюдаемое их излучение аналогично пульсарному, но очень сильно смещено в красную область. Величина красного смещения указывает на то, что квазары находятся так далеко, что их наблюдаемая яркость соответствует излучению, превосходящему по интенсивности излучения галактического скопления. В то же время наличие быстрых изменений интенсивности ставит вопрос о механизме согласования излучения элементами системы, размеры которой должны составлять тысячи световых лет.
9.1.5. Антропный принцип90
В 1973 г., на съезде учёных, посвящённом пятисотлетию со дня рождения Н. Коперника, английский физик Б. Картер выдвинул так называемый антропный принцип (АП), декларирующий наличие взаимосвязи между параметрами Вселенной и существованием в ней разума. Формальный толчок началу дискуссии о месте человека во Вселенной дало обсуждение проблемы совпадения больших чисел - странной числовой взаимосвязи параметров микромира (постоянной Планка, заряда электрона, размера нуклона) и глобальных характеристик Метагалактики (ее массы, размера, времени существования). Эта проблема поставила вопрос: насколько случайны параметры нашего мира, насколько они взаимосвязаны между собой, и что произойдет при их незначительном изменении? Анализ возможного варьирования основных физических параметров показал, что даже незначительное их изменение приводит к невозможности существования нашей Метагалактики в наблюдаемой форме и не совместимо с появлением в ней жизни и разума.
Взаимосвязь между параметрами Вселенной и появлением в ней разума была выражена Картером в двух формулировках - сильной и слабой. "Слабый АП" лишь констатирует, что имеющееся во Вселенной условия не противоречат существованию человека: "Наше положение во Вселенной с необходимостью является привилегированным в том смысле, что оно должно быть совместимо с нашим существованием как наблюдателей".
"Сильный АП" выдвигает более жесткую взаимосвязь параметров Вселенной с возможностью и необходимостью появления в ней разума: "Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей".
Английский физик С. Хоукинг в популярной книге "Краткая история времени" определяет "Слабый АП" следующим образом: "Слабый Антропный Принцип утверждает, что во Вселенной, которая велика или бесконечна, условия для развития разумной жизни возникнут только в определённых районах, ограниченных во времени и пространстве. Поэтому разумные существа в этих районах не должны удивляться, что в их части Вселенной условия как раз те, которые необходимы для их существования".
О "Сильном АП" он говорит следующее: "В соответствии с этой теорией, имеются либо многие различные вселенные, либо различные районы в пределах одной Вселенной, каждый со своей начальной конфигурацией и со своим собственным набором законов науки. В большинстве этих районов условия не подходящие для развития сложных организмов; только в немногих из них, подобных нашей Вселенной, разумная жизнь разовьётся и задаст вопрос: почему Вселенная такова, какова она есть? Ответ прост: если бы она была иной, мы не были бы здесь".
Можно сформулировать два крайних предположения обосновывающих АП:
1. Разум в нашей Метагалактике явление абсолютно случайное, которое стало возможным лишь благодаря маловероятному, но реализованному совпадению многих независимых физических параметров
2. Наличие биологической и социальной форм движения закономерное следствие развития Вселенной, а все ее физические характеристики взаимосвязаны и взаимообусловлены таким образом, что с необходимостью вызывают появление разума.
Для понимания Антропного принципа важно уяснить одно существенное, обстоятельство: он был выдвинут вне всякой связи с проблемой существования разумной жизни или исследованием места человека во Вселенной. Космологов и физиков-теоретиков, занимающихся космологией, интересовали совсем другие проблемы: почему тот или иной космологический параметр имеет вполне определенное значение? Почему мир устроен так, а не иначе? Почему Вселенная такова, как мы ее наблюдаем? Подход, который использовался при решении этой проблемы, соответствует обычной, принятой в физике методологии. Если нас интересуют значения каких-то параметров, попробуем проварьировать эти значения и посмотрим, как изменятся при этом условия в изучаемой системе (в данном случае во Вселенной). Этот естественный и вполне разумный подход неожиданно привел к установлению связи между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Проиллюстрируем это несколькими примерами.
Размерность физического пространства "N". Это одна из фундаментальных важнейших характеристик нашего мира. Почему пространство имеет три измерения? Очевидно, при "N<3" человек существовать не может. Возможно, что существуют двумерные и одномерные миры. Мы можем мысленно изучать их свойства, но наблюдать эти миры мы не можем. Остаются миры, в которых "N >= 3". Каковы физические законы в этих мирах? В нашем трехмерном мире для дальнодействующих взаимодействий (к которым относятся гравитационное и электромагнитное взаимодействия) сила взаимодействия двух точечных источников убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между ними - закон всемирного тяготения и закон Кулона. Выражение для силы можно записать в виде "F3 = а3/Р3-1", где а3 - коэффициент пропорциональности, зависящий от произведения взаимодействующих зарядов (или масс). Индекс 3 указывает, что формула справедлива для трехмерного пространства. Эту формулу легко обобщить на случай N - мерного пространства:
"FN = аN/RN-1". Анализ характера движения под действием такой силы (П. Эренфест, 1917 г.) показал, что при "N >= 4" в задаче двух тел не существуют замкнутые устойчивые орбиты: планета либо падает на центральное тело, либо уходит в бесконечность. То есть, в таких мирах не существует аналогов планетных систем и атомов, а, следовательно, в них невозможна жизнь. Таким образом, размерность пространства оказывается жизненно важным фактором. Единственное значение параметра "N", которое совместимо с существованием жизни во Вселенной, "N = 3". Это, конечно, не объясняет, почему наш мир трехмерный, но это указывает на то, почему мы наблюдаем именно такой мир: в другом мире мы просто не могли бы существовать.
Это относится не только к человеку, но к любому разумному существу (наблюдателю), представляющему собой некую сложную структуру, построенную из атомов. Здесь даже не обязательно ограничиваться рассмотрением водно-углеродной формы жизни.
Средняя плотность вещества во Вселенной. В космологии существует понятие критической плотности "pc". Если средняя плотность вещества во Вселенной "р<pc", то кривизна пространства отрицательна, Вселенная неограниченно расширяется. При "р>pc" кривизна положительна, мир замкнут, расширение сменяется сжатием. При "р=pc" кривизна пространства равна нулю - геометрия мира евклидова. Критическая плотность pc = 1029. Средняя плотность "светящегося" вещества, полученная из наблюдений, меньше pc, но по порядку величины близка к ней. Если учесть возможно существующую "скрытую массу" во Вселенной, то средняя плотность р должна быть еще ближе к критической; может быть она даже превзойдет ее, но останется вблизи pc. Итак, во Вселенной удовлетворяется соотношение "р ˜= pc". Такое совпадение удивительно, так как плотность, вообще говоря, может иметь произвольное значение.
Средняя плотность связана со скоростью расширения Вселенной. Если "р<<pc", Вселенная расширяется слишком быстро, и в ней не могут образоваться гравитационно-связанные системы - галактики и звезды, которые необходимы для жизни. Если "р>>pc", гравитационно-связанные системы легко возникают, но время жизни такой Вселенной (длительность цикла расширение-сжатие) мало, много меньше, чем требуется для возникновения жизни. Таким образом, если бы условие "р˜=pc" не выполнялось, то жизнь в такой Вселенной была бы невозможна. Следовательно, средняя плотность вещества во Вселенной тоже оказывается жизненно-важным фактором, а условие "р˜=pc" - необходимым для существования жизни во Вселенной. Это, не объясняет, почему в нашей Вселенной выполняется данное соотношение, но позволяет предсказать его для любой обитаемой Вселенной. Аналогичные выводы можно сделать в отношении анизотропии Вселенной.
Совпадение больших чисел. Существует несколько удивительных соотношений между константами, характеризующими Вселенную. Они даже получили название "совпадение больших чисел". Одно из них связывает постоянную Хаббла "Н" с атомными константами. Возникает вопрос: как объяснить это совпадение? Является ли оно чисто случайным или его можно предсказать теоретически? Оказывается это возможно, но только для обитаемой Вселенной.
Б. Картер сформулировал это положение в следующем виде: можно теоретически (до наблюдений) предсказать "совпадения больших чисел", если использовать некий Антропологический принцип: то, что мы можем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования. По существу, в предыдущих примерах, обращаясь к обитаемой Вселенной, мы неявно использовали этот принцип.
Посмотрим, как он работает в рассматриваемом примере. В соответствии с антропным принципом, в обитаемой Вселенной должно выполняться соотношение Т0 ˜ = ТS где Т0 - современный возраст Вселенной (т.е. возраст в момент существования наблюдателя), а ТS - время жизни звезд. Действительно, если T0 <<ТS, то к моменту Т0 в недрах звезд не успеют образоваться тяжелые элементы, необходимые для жизни. Если T0>>ТS, , то к этому моменту все ядерное горючее уже выгорит, ядерные реакции в недрах звезд прекратятся, и они перестанут поставлять энергию, необходимую для жизни. Следовательно, условие T0 ˜ = ТS является необходимым для существования жизни. И поэтому можно предсказать, что оно должно выполняться в нашей Вселенной.
Очевидно структура Вселенной крайне чувствительна к численным значениям этих постоянных: она сохраняется только в очень узких пределах их изменения. Достаточно значению какой-либо из постоянных выйти за эти узкие пределы, как структура Вселенной претерпевает радикальные изменения: в ней становится невозможным существование одного или нескольких основных структурных элементов - атомных ядер, самих атомов, звезд или галактик. Во всех этих случаях во Вселенной не может существовать и жизнь. Таким образом, значения фундаментальных констант определяют условия, необходимые для существования во Вселенной жизни (и наблюдателя). Это довольно неожиданный результат.
Он означает, что в любой обитаемой Вселенной (мыслимой или реально существующей) фундаментальные физические константы не могут иметь иных значений, кроме тех, которые известны нам из опыта. Следовательно, используя Антропный принцип, мы можем приближенно предсказать значения этих констант, ничего не зная о результатах их экспериментального определения.
Эти и подобные им примеры исчерпывают физическое содержание АП. Все остальное относится к его интерпретации. Попытка перейти от предсказания к объяснению привела к развитию концепции "ансамбля вселенных". Ансамбль характеризуется всеми мыслимыми комбинациями начальных условий и фундаментальных констант. В каждой вселенной этого ансамбля реализуется определенный набор параметров. Существование наблюдателя возможно не при всех, а только при некоторых ограниченных комбинациях параметров, которые выделяют в ансамбле миров познаваемое подмножество. Очевидно, наша Вселенная принадлежит к этому подмножеству. Можно назвать его также подмножеством обитаемых вселенных, а каждую вселенную этого подмножества - обитаемой.
Ансамбль вселенных может быть мыслимым ("логически возможные миры" Г. Лейбница) или реально существующим. При этом миры могут реализоваться последовательно или существовать параллельно. Ансамбль вселенных позволяет объяснить, почему мы наблюдаем то или иное свойство Вселенной. Если это свойство является необходимым для жизни, ответ может быть таким: данное свойство относится к числу типичных свойств обитаемых вселенных, наша Вселенная обитаема, поэтому ей также присуще это свойство.
9.2. Мезомир
Эволюция планеты Земля. ( Экологическая структура мезомира. Иерархичность его элементов. ( Информационные свойства и инвариантная структура мезомира. "Информационный след". Информационные потоки. Сигнальные системы человека и животных.

Человечество, как взаимосвязанная мозаика из сложных суперсистем различных культур, подчинено общим законам функционирования систем, и особенно живых, биологических систем. В обыденной реальности человек имеет дело с масштабами, которые, исходя из принятой нами градации, можно определить как средние. Мезомир - это мир средних величин. Эти величины не настолько малы, чтобы подчинять вещи непосредственно квантовым нормам поведения, но и не настолько велики, чтобы подчинять их только гравитационным законам. В общем, это мир, в котором масштабы в основном определяются действием классических механических и электромагнитных законов. Познавательная стратегия на этом уровне определяется не только и, может быть не столько способностью создавать рациональные объясняющие положения, сколько сформировавшимися в ходе биологической эволюции воспринимающими системами.
9.2.1. Эволюция планеты Земля
Сначала воды разделились на сушу и море. Потом стал свет, появились растения, небесные светила, пресмыкающиеся и, наконец, человек - таков приблизительный план сотворения Богом планеты Земля.
Как это не покажется странным, но с некоторыми оговорками эта модель вполне отвечает современным представлениям ученых о развитии и Солнечной системы и нашей планеты. Конечно, научная версия сотворения Земли предполагает не семь, а как минимум тридцать пять миллиардов дней (или сто миллионов лет).
Как "слепить" Землю за сто миллионов лет? Первые десять миллиардов лет жизни нашей Галактики, казалось бы, не предвещали появления Солнечной системы. Межзвездное пространство было заполнено веществом, которое время от времени то собиралось, то рассеивалось следующими поколениями звезд. Но около четырех с половиной миллиардов лет назад произошел взрыв сверхновой звезды. Может быть, он и послужил непосредственным толчком к началу формирования из межзвездного облака нашего Солнца и его планетной системы. Дело в том, что обычно исходная плотность межзвездных облаков недостаточна для самопроизвольного развития в них процессов образования звезд и планет. Однако взрывы сверхновых сопровождаются возникновением в межзвездной среде ударных волн, которые приводят к повышению давления и плотности вещества. При этом могут возникать сгущения, способные в дальнейшем сжиматься уже за счет самогравитации.
Примерно так, по расчетам ученых, и происходило зарождение нашей системы, в центральной области которой по мере роста давления и температуры сформировался гигантский газовый сгусток - Протосолнце. Одновременно со сжатием протосолнечного облака под влиянием центробежных сил его периферийные участки стягивались к экваториальной плоскости вращения облака, превращаясь, таким образом, в плоский диск - протопланетное облако.
Однако формирование Солнца как нормальной желтой звезды из сжимающегося первичного сгустка газов и пыли происходило значительно быстрее, чем формирование планет - "всего" несколько миллионов лет. Поэтому молодое Солнце неизбежно влияло на условия слипания вещества в окружающем его протопланетном диске. За счет солнечного ветра (высокоэнергетического потока заряженных частиц) из околосолнечного пространства были выметены на периферию нашей системы все газовые и летучие компоненты исходного облака.
С другой стороны, молодое Солнце таким образом "прогрело" первоначальное газопылевое облако, что еще до начала процесса формирования планет оно оказалось существенно дифференцированным. Так, например, есть определенная зависимость плотности планет от их расстояния от Солнца, и только внешние планеты Солнечной системы обладают массивными газовыми оболочками. Если бы кому-то довелось наблюдать со стороны все то, что творилось в нашей системе, то наверняка картина напоминала бы раскрученный с большой силой "волчок", центром которого было Солнце. Но постепенно с ростом плотности в этом плоском диске резко возросла вероятность столкновения частиц и их слипания. Так появились первичные тела диаметром всего в несколько метров. Дальнейшее уплотнение первичного роя тел способствовало их дальнейшему росту и постепенному превращению в более крупные тела с поперечными размерами уже на многие десятки и сотни километров. В этих условиях у таких крупных "зародышей" стал появляться самостоятельный характер - собственное гравитационное поле, которое еще более увеличивало возможности захвата мелких тел. Одним из таких зародышей четыре с половиной миллиарда лет назад стала наша Земля.
Этот способ моделирования описал в 1969 году в своей книге В. С. Сафронов. В ней утверждалось, что в начале своего развития Земля не была огненно-жидким шаром, а представляла собой достаточно холодное образование. И если внутри нее и были разогретые участки, то это были магматические очаги, но в целом расплавленной Земля не была. Однако в этой фундаментальной теории еще в семидесятые годы образовалась трещина. Дело в том, что по расчетам учёного А. Витязева, "В. С. Сафронов существенно занизил оценки размеров крупнейших тел, падающих на Землю". Ученый предполагал, что максимальный диаметр тел, которые сталкивались с нашей молодой планетой, составлял не более ста километров. Однако, по расчетам А. Витязева, вполне вероятными были катастрофы, когда встречались тела с лунными размерами. Этот просчет в сложной модели развития Земли неминуемо привел к недоучету температуры, которая была внутри Земли. "В реальности эта цифра оказалась всего-то на какие-то сотни градусов больше, - объясняет А. Витязев, - но это уже радикально меняло ситуацию".
И в конце семидесятых годов стало ясно, что эти пресловутые сотни градусов позволили начаться эволюции Земли еще в ходе ее формирования. И в то время, когда внутри планеты уже началась дифференциация вещества, по ее поверхности все еще "стучали" метеориты и астероиды, которые одновременно привносили различные газы, а часть их удаляли. Кроме этого за последние десятилетия произошло еще два события, которые коренным образом изменили наши представления о ранней эволюции Земли. Первое, и, пожалуй, самое интересное - это открытие астрофизиками около сотни газопылевых дисков около молодых звезд солнечного типа. Эти диски оказались такой же массы и таких же размеров, как и диск около нашего молодого Солнца.
Другое открытие заключается в доказательстве того, что наблюдаемые кратеры на твердых поверхностях многих планет и спутников - это лишь последние следы, по которым можно восстановить только часть спектра относительно маломассивных тел, формировавших планеты. А промежуточные по своим размерам тела, которые и определили общее число планет Солнечной системы, особенности их орбит, исчезли в катастрофических столкновениях.
9.2.2. Экологическая структура мезомира
Кроме явлений макромира (объектов космического масштаба) и микромира, существуют явления мезомира, доступные непосредственному наблюдению. При наблюдении на уровне мезомира явление космического порядка - биосфера Земли - представляется в виде сложной мозаики различных систем - биоценозов (живых органических миров), наполняющих соответствующие ландшафты и ландшафтные комплексы (что называют геобиоценозами). Составной частью таких систем являются и человеческие сообщества.
Жизнедеятельность каждой системной человеческой целостности обусловлена вхождением в систему более высокого уровня - в биоценоз вмещающего (кормящего) ландшафта. "Социальная стратификация" ("системная иерархия") опосредствована закономерностью функционирования сложных систем: человеческие сообщества в качестве субсистем входят в системные общности геобиоценозов, снабжающих элементы данной субсистемы (людей) энергией (питанием). Воздействие потоков энергии в этой сложной системе обуславливает разность потенциалов, что поддерживает внутриструктурную дифференциацию во всех подсистемах, в том числе - различные иерархические структуры в человеческих сообществах.
Являясь частью живой биомассы, человек подвержен всем законам развития живого, в том числе, - закону группировки во внутривидовые таксоны, как группируются в популяции все виды живого на Земле, адаптируясь во вмещающих ландшафтах местообитания. Основой такой группировки служат трофические цепи перераспределения энергии (трофические цепи питания) в биоценозах вмещающих ландшафтов. Именно звенья этих трофических цепей определяют положение живых систем в биосфере планеты Земля и дают живым организмам биохимическую энергию для их функционирования. Этот естественнонаучный взгляд на природу системных процессов, протекающих в человеческих сообществах, лежит в основе биогеографической концепции этногенеза Л. Н. Гумилева.
Заметим, что именно эти системные закономерности рассматривались, например, историческим материализмом в качестве социально-экономических закономерностей, присущих только человеческому обществу. Хотя те же закономерности обеспечивают иерархию внутри волчьих стай и оленьих стад, а также сложнейшую социальную структуру, напоминающую структуру макрогородских образований, в муравейниках. В живой природе субсистемы (популяции), связанные с системами своих биоценозов потоками энергии (трофические цепи питания), составляют феномен космического масштаба - биосферу Земли - систему, открытую путем "эмпирического обобщения" и описанную В. И. Вернадским.
Представители вида Homo sapiens, подобно всем иным видам живого, должны группироваться в своеобразные энергетические таксоны, в системы с функциональными характеристиками популяций. Структуры, состоящие из подобных систем, Л. Н. Гумилев отождествил с этносами. Сообщества человека популяционного уровня входят в сверхсистемы биоценозов.
Сами системы биоценозов (комплексы популяций) относятся к феноменам мезомира (явлением на порядок ниже планетарного уровня, наблюдаемого непосредственно, "географически"), оставившим на протяжении биологической эволюции свой "след" в структуре отложений разнохарактерных осадочных пород. Их совокупность является результатом функционирования биосферы в целом и как целого.
9.2.3. Информационные свойства мезомира
Ныне известны и доступны для изучения явления мезомира, классифицируемые здесь, как "информационный след". Это результаты функционирования крупных сообществ животных (залежи нефти или гекатомбы динозавров) и растений (залежи каменного угля) в осадочных породах планетарной биосферы.
Оставлен такой информационный след в верхних слоях биосферных отложений и сообществами человека. Это и известные всем монументальные сооружения древности, остатки городов, замков, дворцов; это и особые почвенные покровы. К ним относятся различные типы почв, подвергнувшиеся антропогенному воздействию со стороны человеческих популяций, и носящие название "пахотные земли" или "фонд землепользования".
Наиболее выражена антропогенизация (изменение, привнесенное людьми) так называемого "культурного слоя" (слоя грязи, мусора и всевозможных отходов, сопровождающих деятельность людей), в основном на местах селитебных систем - различных типов поселенческих структур (городов, крепостей, селений). Он насыщен остатками жизнедеятельности человеческих сообществ - обломками бытовых предметов: утвари, в том числе - керамики, орудий труда, оружия, украшений (различных артефактов). Их комплексы различаются по стилистическим особенностям, поскольку они оставлены различными человеческими сообществами, по-разному адаптирующимися к различной среде обитания. Ведь каждый комплекс ландшафтов, служивший местом развития и местом обитания каждого человеческого сообщества, уникален и неповторим.
Кроме остаточной информации - информационного следа на популяционном уровне - действуют и информационные потоки, связывающие популяционные системы в единое целое планетарной биосферы и в прошлом, и ныне.
"Носители информации", наблюдаемые на уровне мезомира, едины для всех живых особей Земли, - это генетические коды, биохимически модифицируемые цепочками макромолекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Так заданы морфологические и физиологические параметры каждого живого организма, в том числе - каждого человека. Кроме биохимических носителей наследственной информации (ДНК), существуют и иные механизмы межпопуляционного общения и передачи "коллективной памяти", кристаллизующейся в процессе популяционной динамики, т. е. информации, выработанной в разных ландшафтных условиях, разными сообществами живых организмов (популяциями), но относящимися к одному биологическому виду.
Изменения, накапливающиеся в генах, вследствие мутагенных процессов на популяционном уровне протекают в масштабе "геологического времени" (миллионов лет формирования и существования видов), а не в масштабе "исторического времени", где единицей измерения служит век (реже - тысячелетие). Законы внутривидовой конкуренции, борьбы за существование, и связанное с их воздействием выживание популяций, действуют именно в масштабах исторического времени и зависят от скорости информационного потока и скорости накопления информационных объемов.
Животный мир использует для передачи из поколения в поколение "вторую сигнальную наследственность", по определению профессора М. Е. Лобашова, то есть обучение. Обучение присуще разным классам живых организмов - насекомым (муравьи, пчелы), птицам и млекопитающим. Не является исключением и человек, вырабатывающий "коллективную память" в процессе эволюционной динамики своих популяций и передающий эту информацию при помощи механизмов второй сигнальной наследственности - обучения.
Элементы искусственной среды обитания (предметной, вещевой среды) оказались особо значимыми для человека именно в процессе информационной трансмиссии (как принято называть передачу информации и в современной этнографии). Информатика человека - "вторая сигнальная система" - по сравнению с аналогичными "информационными системами" приматов - сверхразвита.
В силу сверхразвитости человеческой "второй сигнальной наследственности", статус элементов искусственной, вещевой среды, создаваемой человеком, приобрел особый характер. Вещи бытового назначения приобрели статус символа - носителя значительного объема информации, передаваемого из поколения в поколение. Часто такие вещевые символы стали специально изготовляться. Они несли информацию о временах года и календарных периодах; о наиболее удачных сроках охоты; о сезонных передвижениях животных.
На Бюраканском Международном симпозиуме по внеземным цивилизациям были сделаны попытки дать определение и человеческой цивилизации, как системе по "накоплению и обобщению информации об окружающем мире и о себе самих, с целью выработки сохраняющих реакций".
Именно накопление и обобщение негенетической информации выделяет человека из животного мира, в результате выработки принципиально новых механизмов сохранения "коллективной памяти" ("метаязык" человека, по сравнению с "субъязыком" прочих приматов; "метаязык", выработавшийся не без участия символических предметов искусственной вещевой среды - материальной культуры, - предметов, ставших носителями информации).
Основной импульсной системой, "первым уровнем кодировки", "начальным модулем" в информатике человеческих сообществ стала речь, относимая физиологами ко второй сигнальной системе. Первая сигнальная система - эмоциональная реактивность, рефлекторные реакции на воздействия окружающей среды, - наряду со второй сигнальной системой присуща и животным, и человеку.
Сигнальная система звуковых модулированных оповещений (язык), например, у ворона, насчитывающая не менее 300 семантически значимых звукосочетаний (слов), не совпадает в географически различных ареалах, в разных группах популяций. Поэтому вороны Канады не понимают воронов Европы.
Вторая сигнальная система, как функция сенсорно-эмоциональной сферы, как реакция этой сферы сознания на воздействие естественной окружающей среды, была различна и в географически разобщенных человеческих популяциях. Своего рода овеществленное или материализованное, обращенное вовне выражение основной импульсной системы имеется и у животных, и у человека, - это система знаковых выражений речи. Ее различия у разных видов живого связаны с особенностями сенсорной сферы - сферы восприятия окружающего.
Человек около 90 % информации об окружающем мире воспринимает зрением (мир зрительных образов), собака - обонянием (мир запахов), кошка - слухом (мир звуков), что закрепилось в выражении, ставшем почти поговоркой: собака видит мир носом, а кошка ушами. Отметим, что данное определение антропоцентрично, - "видит" мир - это от человеческого мировосприятия, где зрительные образы являются основными.
Видимо из-за специфики мировосприятия знаковая функция в животном мире более ориентирована на обоняние: животные метят "свою" территорию выделениями, где набор феромонов (специфических пахучих веществ) является носителем общеразличимой информации.
Пахнущий феромоном смерти (вещество, выделяемое при гибели) муравей, - даже живой, невредимый и очень активный, но смазанный микроскопической дозой этого пахучего вещества, - выдворяется своими сожителями из муравейника и препровождается на специальное муравьиное кладбище. При возвращении отмеченного "запахом смерти" в муравейник, процедура повторяется до тех пор, пока пахучее вещество полностью не выветривается.
Такой механизм, как компонент сложных процессов на уровне подсознания, сохранился и у человека в сфере сексуального выбора и комплиментарности (возможность бессознательно и, казалось бы, беспричинно нравиться друг другу). Зрительная образность, как доминанта мировосприятия человека, и система воздействия человека на окружающий мир при помощи орудий (создание искусственной, "вещевой" среды обитания и "сферы жизнеобеспечения") способствовали специфике своеобразного знакового и зримого воплощения человеческой речи. Речь существовала не только как внутригрупповая или межгрупповая коммуникативная функция, она "вторично материализовалась".
Стремление к самовыражению в зримых образах привело к появлению наскальных рисунков и громадной категории предметов материальной культуры, определяемых как предметы первобытного искусства. Попытки обозначить территорию человеческих сообществ имели человеческий модуль, присущий нашему биологическому виду, - зримые образы, с первого взгляда отличаемые от всего естественного, природного, - наскальные рисунки и пиктограммы, высекаемые, вырезываемые или нарисованные на древесных стволах (как правило, не сохранились), на камнях, на стенках обрывов и скал.
Их первичная роль в механизмах уже упомянутой "второй сигнальной наследственности" иллюстрируется "пещерной живописью", где её роль межевых отметок еще отсутствует. Позднее, в эпоху среднекаменного века - мезолита, появляются изображения на открытых поверхностях, которые могли исполнять и подобную функцию. Все эти рисунки несли известную их создателям семантическую нагрузку (определенный смысл), понятную в контексте синтагматических связей древних информационных систем, почти безвозвратно утерянных и сохранившихся только в наиболее архаичных пластах архетипов человеческого сознания, отраженных наиболее общими и издревле сохранившимися лингвистическими структурами. Синтагматические многоплановые связи таких знаков (способность каждого из элементов сочетаться друг с другом в разных контекстах) характеризуют человеческие сообщества как сложноструктурные системы, с огромным количеством внутренних и внешних информационных коммуникаций.
Различное количество информации, которыми располагают разные категории людей, связывает все человеческие группы в пределах каждого культурного ареала в сложную систему, где каждая группа является блоком единой структуры - человеческого сообщества данного ареала. Все группы обуславливают существование друг друга. Таким образом, информационный обмен является непосредственной движущей силой поступательного развития человечества, его прогресса. Думается, что информационный обмен между разными сообществами людей, имеющими различно модулированное "информационное поле", приводит к еще одному образованию - появлению человеческих групп или группы на стыке контактирующих. Это ведет к количественному увеличению структурных элементов человечества в целом, к его усложнению, а сложные системы, как известно, устойчивее и жизнеспособнее простых. Упрощение системы - это путь к ее деградации и распаду (что и происходило при изоляции отдельных человеческих сообществ), а усложнение - залог эффективного существования и успешного развития, что наблюдается на примере всего коммуникабельного, объединенного информационными сетями человечества.
Если комплексы сохраняющих реакций овеществлялись древними сообществами человека в виде передаваемых из поколения в поколение умений и становились навыками (при обработке каменных орудий, например), то информация, не требовавшаяся сиюминутно, но необходимая во время катаклизмов и потрясений, не закреплялась ежедневной утилитарной практикой. Она могла быть востребована через два-три, или более сменяющих друг друга поколений, и такую информацию, не закрепленную в навыках, пытались сохранить путем знакового овеществления.
9.3. Микромир
Учение об элементарных частицах. Стандартная модель мироздания. От элементарных частиц к фундаментальным законам природы. ( Элементарная структура вещества. Молекулы - атомы - электроны - ядра. ( Устойчивость и неустойчивость частиц. Термоядерные процессы. Взаимопревращения микрообъектов. Лептоны - адроны - кварки. ( Фундаментальные взаимодействия и законы природы. ( Фундамент материи. Физический вакуум и его состояния. Виртуальные частицы.

Одним из наиболее специфических свойств микрообъекта является наличие в его поведении элементов случайности, вследствие чего квантовая механика предстаёт как принципиально статистическая теория, оперирующая вероятностями. В чем же причина того, что в поведении микрообъекта так велика роль случайности? Очевидно, это объясняется спецификой квантовой механики, в которой ни один объект не может, строго говоря, считаться полностью изолированным, полностью независимым от окружения. Какова природа случайных воздействий на микрообъект? Например, в квантовой теории поля она проявляется в явном виде - как взаимодействие микрообъекта с вакуумом (вакуум не пустота, - он "заполнен" виртуальными зарядами). Можно сказать, что микрообъект взаимодействует с окружающим его миром через виртуальные микрообъекты.
Поэтому представляется совершенно естественной интерпретация корпускулярно-волнового дуализма как потенциальной способности микрообъекта проявлять те или иные свойства в зависимости от внешних условий. Это подразумевает органическую связь микрообъекта с окружающим его миром - ведь сама сущность микрообъекта реализуется в том или ином виде в зависимости от конкретных условий, конкретной обстановки.
Квантовая механика восстанавливает диктуемую жизненным опытом идею единства мира и всеобщей связи явлений, которая была в значительной мере утрачена в классическом естествознании. Стираются существовавшие ранее резкие различия между волнами и корпускулами, между частицами и полями, между объектами наблюдения и средой; на первый план выдвигаются взаимопревращения материи.
9.3.1. Учение об элементарных частицах
После той непонятной и запутанной ситуации, которая была характерна для физики 1950 - 1960 годов, когда открываемые "элементарные частицы" исчислялись буквально сотнями, и их число продолжало непрерывно расти, сегодня положение заметно изменилось: мы имеем достаточно простую теорию фундаментальной природы материи и энергии, а также их трансформаций. Возникла так называемая стандартная модель мироздания, согласно которой физический универсум строится на основе двух групп фундаментальных составляющих: кварков* (из которых состоят нуклоны* и атомные ядра) и лептонов* (из которых наиболее известным является электрон). На основе этих двух групп частиц далее строятся атомы и молекулы - основа всей химии и биологии.
Согласно стандартной модели, кварки и лептоны связаны и взаимодействуют между собой посредством другой группы частиц, именуемых калибровочными бозонами*, такими как фотон, W- и Z-бозоны и глюоны. Известные в природе различные взаимодействия сведены к трём фундаментальным видам: электрослабому*, цветовому* и гравитационному, причём первые два сходным и весьма элегантным способом описываются в рамках концепции калибровочного поля*. Кроме того, есть надежда, что в обозримом будущем удастся создать теорию великого единения всех сил природы.
Всё же, несмотря на успех стандартной модели, многие из тех вопросов, которыми задаются сегодня физики в поисках полной "теории всего сущего", остаются неразрешёнными. В число этих вопросов входят:
* Каково происхождение массы и чем определяются массы различных элементарных частиц? Будут ли экспериментально обнаружены хиггсовы бозоны* - гипотетические частицы, специально постулированные в рамках стандартной теории для объяснения явления спонтанного нарушения симметрии?
* Будет ли открыто ещё одно поколение кварков и лептонов, а вместе с ним ещё один, более фундаментальный уровень элементарных частиц?
* Существуют ли в природе другие, ещё не открытые нами силы?
* Подтвердятся ли такие теоретические идеи, как, например, идея суперсимметрии* и техницвета*? Удастся ли физикам обнаружить постулируемые ими суперсимметричные частицы? Будем ли мы иметь полную теорию "всего сущего"? Оправдает ли теория суперструн* связываемые с ней надежды91?
Исторически термин "элементарные частицы" был введен для тех частиц, которые считались неделимыми и бесструктурными, и из которых построена вся материя. В современной физике этот термин употребляется менее строго - для обозначения большой группы "мельчайших частичек материи", не являющихся атомами и атомными ядрами (единственным исключением является протон.)
В группу элементарных частиц помимо протона входят нейтрон, электрон, фотон, а также пи-мезоны, мюоны, тяжелые лептоны, нейтрино трех типов (электронное, мюонное и t- нейтрино), странные частицы (K - мезоны, гипероны), огромное количество разнообразных резонансов, мезоны со скрытым очарованием (J/Y, Yв) и другие "очарованные" частицы, ипсилон-частицы (U), "красивые" частицы, промежуточные векторные бозоны (W±, Z0) - число таких частиц продолжает расти - (открыто около 1000) и, скорее всего, неограниченно велико. Большинство перечисленных частиц, строго говоря, не удовлетворяют критерию элементарности, так как являются составными объектами. В соответствии со сложившейся практикой термин "элементарные частицы" употребляется для обозначения всех субъядерных частиц.
При обсуждении частиц, претендующих на роль первичных элементов материи, используют термин "истинно элементарные" или "фундаментальные частицы". При этом, наряду с уже известными частицами, такими как электрон, фотон и нейтрино, теоретики вынуждены вводить новые частицы, которые еще только предстоит обнаружить. Часть же требуемых частиц (например, кварки) оказалось необходимым наделить такими свойствами, что они никогда не будут обнаружены в свободном состоянии (вне составных элементарных частиц).
Изучение элементарных частиц и их взаимодействий представляет прямой (возможно единственный) путь к пониманию фундаментальных законов природы. Информация об элементарных частицах получается либо в результате экспериментов с космическими лучами, либо с помощью построенных ускорителей.
В зависимости от типа ускоряемых частиц различают протонные и электронные ускорители. Кроме того, ускорители бывают кольцевые и линейные. В линейных ускорителях частицы разгоняют вдоль прямой линии. В кольцевых ускорителях, "циклотронах", частицы ускоряются, летая по кругу. Использование ускорителей позволяет изучать свойства элементарных частиц и излучений в самых разных условиях. Подвергая определенные мишени бомбардировкам этими частицами, можно получить атомы других элементов, в том числе - и доселе неизвестных. Именно таким способом получают в научном центре в Дубне новые элементы Периодической системы Д. И. Менделеева.
В кольцевых ускорителях, вдоль всего кольца, в котором движутся разгоняемые заряженные частицы и из которых откачан воздух, стоят электромагниты. Чем сильнее магнитное поле, тем более энергичные частицы могут быть удержаны внутри кольца (камеры). Разгоняются частицы при помощи электрического поля в ускоряющих промежутках, которые расположены вдоль кольца. В кольцевом ускорителе, где частица может многократно пролететь вдоль кольца, пока не наберет нужную энергию, электрическое поле может быть не очень сильным. В линейном ускорителе, напротив, ускоряющие электрические потенциалы должны быть предельно высокими, потому что частица должна набрать всю свою энергию за один пролет. (Линейные ускорители используются также и для получения высокоэнергичных пучков ионов и ядер.) Один из самых больших действующих линейных ускорителей (SLAC) расположен в Стэнфорде (вблизи Сан-Франциско, США).
9.3.2. Элементарная структура вещества. Атом
Все окружающие нас предметы, а также и живые существа состоят из маленьких частиц, обычно - молекул. Молекулы же, в свою очередь, состоят из атомов. В составе молекулы может быть много атомов, пример тому - обыкновенный спирт. Молекула может состоять также из небольшого количества атомов, бывает, даже из одного атома. В таких случаях обычно говорят, что предмет просто состоит из атомов. Медная проволока, например, состоит из молекул, каждая из которых имеет в своем составе единственный атом. Можно сказать, что медная проволока просто состоит из атомов меди
Атомы, в свою очередь, тоже состоят из частиц. В середине каждого атома находится ядро, состоящее из двух видов частиц протонов и нейтронов. Бывают ядра, в которых совсем нет нейтронов (пример тому - ядро атома водорода), но это случается редко. Протоны и нейтроны имеют очень маленькую массу, приблизительно равную массе атома водорода. Каждый протон заряжен положительно, и величина его заряда равна +1. А вот нейтрон не заряжен, то есть заряд его просто равен нулю.
Если посмотреть на ядро в сборе, то оно в целом окажется заряженным положительно, а заряд его будет равен числу содержащихся в ядре протонов. Чтобы уравновесить положительный заряд ядра, необходимо окружить его в атоме отрицательно заряженными частицами, называемыми электронами. Заряд одного электрона равен -1, то есть для нейтрализации положительного заряда необходимо расположить столько же электронов, сколько протонов содержится в атомном ядре. Масса каждого электрона в тысячи раз меньше массы протона (или нейтрона), поэтому любой атом весит примерно столько же, сколько весит его ядро.
Если атом не трогать, то он будет жить своей жизнью в так называемом "основном" состоянии, в котором электроны располагаются вокруг ядра в строго определенных местах в соответствии с известными им законами. Если на атом оказать воздействие, хорошенько нагрев предмет или поместив в сильное электромагнитное поле, то некоторые электроны просто не смогут удержаться на своих местах и начнут от избытка энергии перемещаться на большее от ядра расстояние. Такое состояние атома называют "возбужденным". Бывает, однако, что через некоторое время часть электронов возвращается на свои законные позиции, при этом тот самый избыток энергии выхлестывается наружу, вызывая яркое свечение.
Именно таким образом возникает свечение электрической лампочки, когда под действием электрического тока многочисленные атомы вольфрама дружно переходят то в возбужденное состояние, то обратно. Если еще более усилить воздействие на атом, то часть электронов может совсем улететь, при этом атом в целом приобретет положительный заряд. Такое состояние атома называют "ионизированное", а сам атом называют "ионом". На явлении улетания электронов основано устройство кинескопа телевизора. Из нагретой нити вылетают отрицательно заряженные электроны, которые тут же устремляются к положительно заряженному экрану телевизора, вызывая его свечение. Если хорошо постараться, то можно заставить улететь из атома абсолютно все электроны. Атом в таком состоянии уже никак не называется, потому что это теперь не атом, а обыкновенное ядро. В совсем уж экстремально жарких условиях, например, внутри Солнца, материя как раз состоит из таких вот ядер.
9.3.3. Устойчивость и неустойчивость частиц.
Термоядерные процессы. Ядро атома
Все элементарные частицы, за исключением фотона, электрона, протона и обоих нейтрино, нестабильны. Это означает, что они самопроизвольно, без каких-либо внешних воздействий распадаются, превращаясь в другие частицы. Например, нейтрон самопроизвольно распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино. Невозможно предсказать, когда именно произойдет указанный распад того или иного конкретного нейтрона; каждый конкретный акт распада случаен. Однако если проследить за множеством актов, то обнаруживается закономерность распада.
Каждая нестабильная элементарная частица характеризуется своим временем жизни. Чем меньше время жизни, тем больше вероятность распада частицы. Например, время жизни мюона составляет 2,2 10-6 с, положительно заряженного ?-мезона - 2,6 10-8 с, нейтрального ?-мезона - 10-16 с, гиперонов - около 10-10 с. В 70-х годах были обнаружены около 100 частиц с очень малым временем жизни - 10-22 - 10-23 с, получивших название резонансов. Примечательно, что гипероны и мезоны могут распадаться различными способами. Например, положительно заряженный ?-мезон может распадаться на мюон и мюонное нейтрино, на позитрон (антиэлектрон) и электронное нейтрино, на нейтральный ?-мезон, позитрон и электронное нейтрино. Для конкретного ?-мезона нельзя предсказать не только время распада, но и тот способ распада, который данный мезон "выберет".
Нестабильность присуща не только элементарным частицам, но и другим микрообъектам. Явление радиоактивности (самопроизвольное превращение изотопов одного химического элемента в изотопы другого, сопровождающееся испусканием частиц) показывает, что нестабильными могут быть атомные ядра. Атомы и молекулы в возбужденных состояниях также оказываются нестабильными: они самопроизвольно переходят в основное или менее возбужденное состояние.
Определяемая вероятностными законами нестабильность есть, наряду с наличием спина, второе сугубо специфическое свойство, присущее микрообъектам. Его также можно рассматривать как указание на некую "внутреннюю сложность" микрообъекта.
Однако нестабильность - это специфическое, но отнюдь не обязательное свойство микрообъекта. Наряду с нестабильными существует много стабильных микрообъектов: фотон, электрон, протон, нейтрино, стабильные атомные ядра, а также атомы и молекулы в основном состоянии.
Взаимопревращения микрообъектов. Глядя на схему распада нейтрона, можно предположить, что нейтрон состоит из связанных друг с другом протона, электрона и электронного антинейтрино. Такое представление ошибочно. Распад элементарной частицы отнюдь не является распадом в прямом смысле слова; это акт превращения исходной частицы в некую совокупность новых частиц: исходная частица уничтожается, новые частицы рождаются. Несостоятельность буквального толкования термина "распад частицы" становится очевидной, если учесть, что многие частицы имеют несколько способов распада. Картина взаимопревращений элементарных частиц оказывается существенно богаче и сложнее, если рассматривать частицы не только в свободном, но также и в связанном состоянии.
Повседневный опыт учит: разобрать предмет на части - значит выяснить, из чего он структурно состоит. Идея анализа (идея дробления) отражает характерную сторону классических представлений. При переходе к микрообъектам эта идея в определенной мере еще "работает": молекула состоит из атомов, атом состоит из ядра и электронов, ядро состоит из протонов и нейтронов. Однако на этом указанная идея себя исчерпывает: "дробление", например, нейтрона или протона не выявляет никакой структуры этих частиц. В отношении элементарных частиц нельзя утверждать: "распад объекта на какие-либо части означает, что объект состоит из этих частей". Именно это обстоятельство может служить определением самого термина "элементарная частица".
Распады элементарных частиц далеко не исчерпывают всех происходящих взаимопревращений частиц. Не менее богата картина взаимопревращений, происходящих при столкновениях частиц.
Ядра в различных атомах могут быть стабильными и нестабильными. В первом случае с атомами ничего интересного не происходит. Во втором случае, наоборот, происходит распад ядра. Явление, когда ядра сами по себе распадаются, называется радиоактивностью. Распад ядер обычно сопровождается вылетанием наружу ряда частиц. Чаще всего вылетают положительно заряженные альфа-частицы (это ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов) и отрицательно заряженные бета-частицы (это - попросту электроны). Радиоактивный распад часто сопровождается гамма-излучением, это что-то наподобие радиоволн. При распаде некоторых атомов бывают случаи, когда происходит вылетание и других частиц, скажем, нейтронов. В некоторых случаях вылетает и самая маленькая из известных частиц (до сих пор неизвестно, есть у этой частицы вообще хоть какая-нибудь масса!) - нейтрино. Также встречаются атомы, распад которых сопровождается не гамма-излучением, а каким-нибудь другим, например, рентгеновским.
Образующиеся при радиоактивном распаде частицы и лучи очень опасны для здоровья. К счастью, эти лучи и частицы поглощаются различными материалами. Поэтому людям можно и нужно защищаться от вредных проявлений радиоактивности. Лучше всего поглощаются альфа-частицы, ведь они полностью застревают даже в обычном листе бумаги! Также совсем несложно защититься от бета-частиц. Кстати, нам повезло: альфа - и бета-частицы - самые опасные. Но поскольку они практически не проходят через кожу, бояться таких радиоактивных препаратов не надо (важно только не принимать их вовнутрь - иначе вещество быстро попадет в кровь и все закончится плохо).
К сожалению, чисто альфа - и бета-излучатели встречаются крайне редко, и распад подавляющего числа радиоактивных атомов сопровождается достаточно опасным гамма-излучением, от которого защититься значительно труднее, чем от неповоротливых альфа и бета-частиц. Чем толще и тяжелее слой защитного материала, тем эффективнее получится наша защита от проникающей радиации. От мощного гамма-излучения вполне удается защититься многометровыми слоями бетона. Неплохо также для изготовления защиты использовать материалы из свинца и вольфрама. Но и тут не все так гладко. Например, чрезвычайно опасные частицы - нейтроны - как раз довольно легко проходят через свинец и вольфрам, но зато они неплохо застревают в полиэтилене и даже в обыкновенной воде! Самые проникающие частицы (к счастью, неопасные) - это нейтрино. Эти частицы проходят через любые материалы, совершенно в них не поглощаясь. Они умудряются беспрепятственно пролететь даже сквозь земной шар.
Рост и изменение организма - пример все более развивающейся во времени, все более высокой упорядоченности. Но неизбежно наступает момент, когда человек умирает, машина отправляется в переплавку, а стела, повествующая о деяниях фараонов, трескается. Есть и еще одно, по-видимому, более важное свойство нашего мира, определяющее прямой полет времени: различие между атомами и антиатомами. Антиатомы - это точно такие же атомы, но их заряды изменены на противоположные. Атом водорода похож на маленькую планетную систему из положительного солнца-протона и отрицательной планеты-электрона. Это очень неточное, приблизительное сравнение, но для нашего разговора вполне достаточное. У антиводорода центр системы займет отрицательный антипротон, а вращаться вокруг него станет положительный электрон - позитрон. Физические и химические свойства таких "зеркальных" атомов остаются теми же. Единственное, чего нельзя делать, - это допускать их соприкосновения. Произойдет то, что физики называют аннигиляцией, - взрыв, в котором "сгорят" оба атома, породив поток излучения.
Советские и американские физики установили, что измениться на противоположный может не только заряд, но и "четность". Грубо говоря, это значит, что позитрон станет вращаться вокруг антипротона не по часовой стрелке, как электрон вокруг протона (повторяю, все это крайне грубая аналогия), а против, то есть станет еще и зеркальным отображением атома. Таким образом, можно, по крайней мере, мысленно, представить себе галактику из антиматерии, да к тому же еще и являющуюся зеркальным отображением другой галактики.
И, наконец, были открыты такие взаимодействия между элементарными частицами, которые заставили предположить, что изменяется при этом знак не только заряда и четности, но и времени. "Вполне может случиться, - заключает М. Гарднер, - что во Вселенной нет галактик из антиматерии. Но физики любят уравновешивать все на свете, и если во Вселенной имеется столько же антиматерии, сколько материи, то могут существовать и такие области космоса, в которых все три симметрии меняют знак. События в нашем мире, однозначные относительно заряда, четности и времени, будут все идти противоположным путем в "обращенной" галактике. Материя такой галактики должна быть зеркально отраженной, противоположной по заряду и двигающейся назад во времени".
Элементарные частицы появляются не только при радиоактивном распаде. Как мы уже знаем, если поместить совершенно стабильные атомы в какие-либо неординарные условия (сильное магнитное поле, высокая температура и т. п.), то все электроны быстро улетят, и мы получим голые заряженные ядра. Эти ядра можно затем разогнать до высоких скоростей и энергий в электромагнитном поле. Обычно любят разгонять ядра атомов водорода - эти ядра самые легкие, потому что каждое состоит всего лишь из одного протона. Пучок разогнанных частиц, направленный на какой-нибудь материал - "мишень", выбьет из этой мишени другие интересные частицы, которые можно изучать и направлять на другие мишени.
Существуют атомы, ядра которых при распаде помимо других частиц выделяют нейтроны. К таким атомам относятся, например, некоторые разновидности урана и плутония. В природном уране этих атомов немного, но уран-то можно "обогатить", отделив и отбросив все ненужные атомы. В результате полученный образец урана будет излучать очень интенсивный поток нейтронов. Чем больше возьмем мы такого урана и чем более плотно его упакуем, тем больше будет у нас интенсивность нейтронного потока. При достаточно большой интенсивности выделяющихся нейтронов уже хватит на то, чтобы начать выбивать дополнительные нейтроны из соседних атомов урана. Те, в свою очередь, также будут выбивать еще больше нейтронов из соседних к ним атомов. Пойдет так называемая "цепная реакция". Нейтронов будет становиться все больше и больше, и, в конце концов, дело кончится плохо - весь уран разрушится с образованием большого разнообразия других радиоактивных атомов. Что интересно, при этом выделится огромная энергия. Явление, только что рассмотренное нами, называется "ядерным взрывом", а устройство, которое сжимает образец обогащенного урана до требуемой плотности, называется "атомной бомбой".
Люди сконструировали приспособление, которое при необходимости вводит в зону с большим потоком нейтронов специальные материалы, эти нейтроны поглощающие. Регулируя степень вдвигания этих материалов, можно управлять скоростью цепной реакции, заставляя энергию выделяться постепенно. Такое устройство специалисты называют "ядерный реактор". Выделяющееся тепло подобных реакторов можно использовать для получения электроэнергии (такая электростанция называется атомной), а интенсивный поток нейтронов - для проведения всевозможных ядерных исследований.
Рассмотренные нами до сих пор процессы основаны на радиоактивном распаде ядер или на взаимодействии ядер с элементарными частицами. Удивительно, но существует некий особый класс реакций, основанных на слиянии двух или более ядер в одно. Такие процессы сопровождаются громадным выделением энергии и называются "реакциями термоядерного синтеза". Вот самый простой пример такой реакции. Берется смесь двух типов ядер водорода - ядра первого типа состоят из одного протона и одного нейтрона, а второго типа из одного протона и уже двух нейтронов. Реакцию начинают проводить при очень большой температуре: она нам необходима уже хотя бы для того, чтобы получить эти самые ядра, выгнав электроны из атомов. При взаимодействии двух разных ядер водорода они соединяются в ядра гелия (состоящие из двух протонов и двух нейтронов), а возникающий лишний нейтрон улетает восвояси.
Реакция сопровождается таким огромным выделением тепла, что его с большим запасом хватает для самопроизвольного продолжения соединения остальных атомов водорода. Устройство, в котором с успехом проводят описанную выше реакцию, специалисты называют "водородной бомбой", а сам процесс синтеза - "термоядерным взрывом". По аналогии с цепной реакцией деления ядер урана люди многие годы пытаются найти способ управления термоядерными процессами, чтобы получать энергию постепенно, а не в виде взрыва. К сожалению, пока науке неизвестно, какие материалы следует в этом случае вводить в зону реакции, и эта проблема до сих пор не решена.
Наше Солнце - это огромный источник энергии. Не будь его, жизнь на Земле была бы невозможной. Немудрено, что люди испокон веков стараются разобраться в устройстве нашего светила и понять, откуда же там берется энергия. К сожалению, Солнце само по себе очень плотное, и поэтому ученым удается наблюдать только его поверхность. Но даже скудные знания об интенсивности свечения поверхности, спектре, наличии пятен и температуре позволяют разработать стройную теорию процессов, происходящих в недрах Солнца. И такая теория уже построена. В её основе лежит разветвленная система реакций термоядерного синтеза, продукты которых вступают в аналогичные термоядерные реакции, приводящие к образованию все более тяжелых ядер.
Ученым удалось подобрать такие реакции, которые должны в конечном итоге привести к наблюдаемым ими свойствам поверхности Солнца. Но как проверить эту теорию? Вроде бы несложно, ведь в результате термоядерных процессов образуется большое число самых разных элементарных частиц и ядер, которые можно было бы исследовать. Не тут то было! Эти частицы не долетают до нас по простой причине - Солнце большое и плотное, и все продукты реакции застревают в нем, как в хорошей защите, даже близко не подходя к поверхности. Единственная частица, нейтрино, которая обладает высочайшей проникающей способностью, легко проходит сквозь толщу Солнца и вылетает к нам наружу. Реакции в центре светила сопровождаются образованием нескольких видов нейтрино с известными из солнечной теории свойствами. Все эти нейтрино, без всякого сомнения, долетают до Земли. Осталось только научиться их исследовать, чтобы проверить, верна ли теория строения Солнца.
9.3.4. Фундаментальные взаимодействия и законы
природы92
Основные взаимосвязи между силами в природе описываются с помощью физических законов и принципов. К ним относятся:
* Принцип общей относительности (все законы физики должны быть одинаковы в любых системах отсчета)
* Принцип постоянства скорости света в вакууме в любых системах отсчета
* Принцип эквивалентности (никакими экспериментами невозможно отличить движение с ускорением от нахождения в однородном поле тяжести)
* К этому списку следует добавить фундаментальные соотношения квантовой механики, описывающие микромир. К наиболее важным относится:
* принцип неопределенности Гейзенберга, запрещающий одновременное точное измерение положения частицы в пространстве и ее импульса (количества движения)
* принцип Паули, запрещающий иметь в одном и том же месте пространства более двух частиц с полуцелым спином (т. н. фермионов электронов, нейтронов, нейтрино) с одним и тем же импульсом.
* Кроме того, для любой замкнутой системы должны выполняться первое и второе начало термодинамики (закон сохранения энергии и закон неубывания энтропии). По своей сути законы физики являются феноменологическими, то есть представляют собой обобщение опытных данных. В этом смысле космос часто по праву называют уникальной природной лабораторией, которой надо только умело пользоваться.
Попытки классификации взаимодействий привели к идее выделения минимального набора фундаментальных взаимодействий, при помощи которых можно объяснить все наблюдаемые явления. По мере развития естествознания этот набор менялся. В ходе экспериментальных исследований периодически обнаруживались новые явления природы, не укладывающиеся в принятый фундаментальный набор, что приводило к его расширению (например, открытие структуры ядра потребовало введения ядерных сил).
Теоретическое осмысление, стремящееся к единому, экономному описанию наблюдаемого многообразия, неоднократно приводило к "великим объединениям" внешне совершенно несхожих явлений природы. Так Ньютон понял, что падение яблока и движение планет вокруг Солнца являются результатами проявления гравитационных взаимодействий, Эйнштейн установил единую природу электрических и магнитных взаимодействий, Бутлеров опроверг утверждения о различной природе органических и неорганических веществ. В настоящее время принят набор из четырех типов фундаментальных взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильное и слабое ядерные. Все остальные, известные на сегодняшний день, могут быть сведены к суперпозиции перечисленных.
Гравитационные взаимодействия обусловлены наличием у тел массы и являются самыми слабыми из фундаментального набора. Они доминируют на расстояниях космических масштабов (в мега-мире).
Электромагнитные взаимодействия обусловлены специфическим свойством ряда элементарных частиц, называемым электрическим зарядом. Играют доминирующую роль в макромире и микромире вплоть на расстояниях, превосходящих характерные размеры атомных ядер.
Ядерные взаимодействия играют доминирующую роль в ядерных процессах и проявляются лишь на расстояниях, сравнимых с размером ядра, где классическое описание заведомо неприменимо.
Наблюдения астрономических явлений привело человечество к ряду важнейших открытий. Самый известный и важный пример-закон всемирного тяготения. Этот закон был сформулирован И. Ньютоном на основе законов планетных движений, выведенных И. Кеплером в начале XVII в. Закон всемирного тяготения Ньютона используется до настоящего времени для изучения движения естественных и искусственных космических тел в Солнечной системе, так как релятивистские поправки к движению тела со скоростью в десятки км/с, очевидно, малы.
В XIX в. триумфом теории тяготения Ньютона и математических методов аналитической механики стало предсказание существования новой планеты Нептуна Адамсом и Ле Верье.
В 1916 г. А. Эйнштейн, используя принципы эквивалентности и относительности, сформулировал релятивистское обобщение теории тяготения Ньютона - Общую теорию относительности (ОТО). Согласно ОТО, любая форма материи и ее движение являются источником гравитации, которая математически интерпретируется как "искривление" пространства-времени.
Наиболее известный пример космических источников гравитационных волн - двойные звездные системы, состоящие из двух нейтронных звезд с массами около 1.4 масс Солнца, вращающихся по вытянутым орбитам вокруг общего центра тяжести с периодами несколько часов. Такие системы обнаружены среди двойных радиопульсаров, когда одна нейтронная звезда из пары является радиопульсаром. Изучая времена прихода импульсов от пульсара, можно с помощью эффекта Доплера изучать особенности движения такой нейтронной звезды.
Из-за уноса энергии гравитационными волнами орбитальный период таких систем должен постоянно уменьшаться. Этот эффект был обнаружен у ряда двойных пульсаров (наиболее известный пример - PSR 1913+16), хотя изменение орбитального периода составляет крайне малую величину около одной десятитысячной доли секунды в год! Прямое детектирование гравитационных волн требует создания очень чувствительных детекторов, строительство которых ведется в США, Западной Европе и Японии. Из-за универсального характера тяготения именно ОТО служит основой для описания строения и эволюции Вселенной в целом.
Электромагнитное и слабое взаимодействия следуют за гравитационным по своей распространенности в природе. Основная информация, которую мы получаем о космических объектах, переносится переменным электромагнитным полем - электромагнитными волнами (фотонами).
Генерация электромагнитных волн связана с ускоренным движением электрических зарядов (в основном электронов). В отличие от гравитационных волн, генерация которых требует когерентного движения больших масс вещества, рождение электромагнитных волн в космосе происходит при хаотическом (тепловом) движении отдельных частиц космической плазмы, спонтанных и вынужденных переходах возбужденных атомов и при рекомбинации свободных электронов на атомные уровни.
Кроме этого важным источником электромагнитного излучения во многих космических объектах являются релятивистские электроны, движущиеся в магнитном поле (синхротронное излучение), а также рассеяние фотонов на свободных электронах (комптон - эффект). Свечение звезд обязано происходящим в их недрах термоядерным реакциям синтеза. Рождающиеся при этом рентгеновские фотоны многократно рассеиваются, поглощаются и переизлучаются, прежде чем достичь внешних слоев звезд (фотосферы), из которых они могут свободно покидать звезду.
Температуры фотосфер в тысячи раз меньше, чем в центре звезд, поэтому основное излучение звезд приходится на оптическую, ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра. Фотоны уносят большую часть энергии, освобождаемую при термоядерных реакциях. В звездной плазме температуры (даже в фотосфере) столь высоки, что кинетическая энергия движения частиц намного превышает их потенциальную энергию кулоновского взаимодействия, поэтому вещество в обычных звездах с высокой точностью может рассматриваться как идеальный газ, характеризуемый температурой, плотностью и химическим составом.
Именно давление нагретого идеального газа противостоит сдавливающему воздействию гравитации в обычных звездах. Действие электростатических кулоновских сил, однако, становится определяющим в холодных космических телах-планетах, кометах, твердых частицах пыли. Нет ни одного свойства электромагнитных волн, которое не проявилось бы в космических условиях. Например, по эффекту расщепления спектральных атомных линий в магнитном поле (эффект Зеемана) определяют величину большого магнитного поля на звездах. Слабое магнитное поле в межзвездной среде (с напряженностью в миллион раз меньше поля Земли) может быть измерено по наблюдениям поворота плоскости поляризации электромагнитных волн от источников, "просвечивающих" межзвездную среду (эффект Фарадея).
Мощные токи, текущие в нейтронных звездах, поддерживают их колоссальное магнитное поле с напряженностью, в тысячи миллиардов раз превосходящих поле Земли, практически без затухания в течение миллионов лет. Вращение намагниченной нейтронной звезды приводит к возникновению огромных электрических полей вблизи ее поверхности, которые вырывают частицы с твердой поверхности нейтронной звезды, и ускоряют их до релятивистских скоростей. Синхротронное излучение таких частиц в магнитном поле рождает жесткие гамма кванты и приводит, в конечном счете, к возникновению наблюдаемого радиоизлучения пульсара.
Слабое взаимодействие также играет исключительно важную роль при эволюции звезд. Именно медленность основной реакции протон-протонного цикла в центре Солнца, идущей по каналу слабого взаимодействия, объясняет "долголетие" звезд типа Солнца (10 млрд. лет). Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом. Поэтому звезды "прозрачны" для нейтрино. Нейтрино является прямым свидетелем ядерных реакций в центре Солнца. В настоящее время в ряде экспериментов поток нейтрино от Солнца уверенно зарегистрирован. Он оказался примерно вдвое меньше, чем ожидалось. Это различие может быть связано с фундаментальными свойствами нейтрино как элементарной частицы. По мере эволюции звезды роль нейтрино усиливается и у массивных звезд на финальных стадиях становится определяющей.
Нейтрино становится основным источником светимости массивной звезды на стадии сверхновой, когда силам гравитации, сжимающим ядро звезды, не в силах противостоять ни давление горячей звездной плазмы, ни даже квантовомеханическое давление электронов. Происходит процесс нейтронизации вещества, когда протоны соединяются с электронами с образованием нейтронов и нейтрино. В процессе катастрофического сжатия центра звезды формируется компактная нейтронная звезда с массой около массы Солнца и радиусом в 10 км, а нейтрино уносят практически всю освобождаемую энергию, составляющую около 15 процентов от массы покоя нейтронной звезды.
По современным представлениям, малая часть этой гигантской энергии может передаваться от нейтрино, окружающей вновь сформировавшуюся нейтронную звезду, массивной оболочке звезды, состоящей из обычного вещества. Оболочка равная нескольким массам Солнца сбрасывается, и наблюдается колоссальное астрономическое явление-вспышка сверхновой звезды. Правильность наших представлений о процессах слабого взаимодействия при коллапсе ядра звезды подтвердилась регистрацией потока нейтрино от вспышки сверхновой 1987 в Большом Магеллановом Облаке.
Cильные (ядерные) взаимодействия отвечают за многие важные ядерные реакции в недрах звезд и синтез тяжелых элементов. По современной теории "горячей Вселенной", образование основных химических элементов водорода и гелия - завершилось еще на дозвездной стадии эволюции Вселенной в эпоху, когда температура плазмы была около 1 млрд. градусов а "возраст" Вселенной был "всего лишь" 200 с. Более тяжелые элементы образовались в ходе термоядерных реакций синтеза в недрах звезд.
Однако в этих реакциях могут образовываться химические элементы только до элементов группы железа (кобальт, никель, железо). Дальнейшее присоединение нуклонов к ядрам требует затрат энергии. Рождение более тяжелых элементов происходит путем захвата ядрами нейтронов (протон захватить невозможно из-за огромных сил кулоновского отталкивания). Захваченные нейтроны в ядре превращаются в протоны с испусканием электрона и антинейтрино по каналу слабого взаимодействия, и атомный номер элемента, таким образом, увеличивается на 1. Эти процессы эффективно происходят во время вспышек сверхновых звезд. Расчеты показывают, что последовательным захватом нейтронов можно "сконструировать" все стабильные элементы вплоть до трансурановых.
Ядерные силы определяют специфическое состояние сверхплотной материи нейтронных звезд. Действительно, при массе в массу Солнца и радиусе 10 км средняя плотность нейтронной звезды порядка плотности атомного ядра. В некотором смысле нейтронная звезда представляет собой гигантское нейтральное атомное ядро. Принципиальное отличие, однако, заключается в том, что обычное ядро от развала на составные части удерживают ядерные силы, а нейтронная звезда существует из-за колоссальной гравитации собранного в ней вещества. Точного микроскопического описания вещества при таких плотностях в настоящее время нет из-за невероятной сложности этой задачи. Однако из астрофизических наблюдений пульсаров и рентгеновских источников удается восстановить многие макроскопические свойства нейтронных звезд - их массы, радиусы, моменты инерции. В конечном счете это налагает важные ограничения на возможное физическое состояния недр нейтронных звезд.
9.3.5. Фундамент материи: физический вакуум
и его состояния93
Латинское слово materia буквально означает вещество, но в современной науке понимается значительно шире. Еще со второй половины XIX в. видом материи (наряду с веществом) считается также физическое поле. Это установлено работами М. Фарадея, Дж. К. Максвелла и Г. Герца в области электродинамики. Как уже отмечалось, подлинной субстанцией нашей Вселенной современная наука считает так называемый физический вакуум. Он принципиально не может восприниматься нашими чувствами и приборами, так как он ни от чего в нашем мире не отличается; поэтому его и называют vacuum - лат. "пустота".
В то же время, вакуум может рассматриваться как сплошная среда, которой присущи известные свойства, выражаемые рядом физических констант. П. Дирак описал вакуум как море электронов с отрицательной энергией и бесконечной плотностью, в котором постоянно происходит порождение виртуальных пар электрон-позитрон (так называемое море Дирака). Его можно представить и как поле фотонов, либо виртуальных электрон-позитронных пар. А в теориях Великого объединения предлагается рассматривать вакуум как коллективное возбуждение гипотетических хиггсовых скалярных бозонов.
Иногда физический вакуум называют третьей формой материи. Но он может быть истолкован как нулевое состояние квантованного поля, в котором средняя напряженность всех полей равна нулю. Тем не менее, активность вакуума давно доказана рядом физических экспериментов. Два важнейших результата получены еще в 1947 г. Это, во-первых, "эффект Казимира" - притяжение близко расположенных металлических пластин в вакууме. Во-вторых, это так называемый лэмбовский сдвиг - смещение энергетических уровней электрона в атоме в результате его "дрожания" на орбите под воздействием вакуума.
Дело в том, что всякое равновесие в природе имеет динамический характер, то есть, осуществляется через небольшие колебания параметров вокруг точки равновесия. Так и в физическом вакууме постоянно происходят "нулевые флуктуации" (колебания) полей различной природы. В частности, между пластинами в опыте Казимира образуется пространство с отрицательной плотностью энергии. Согласно квантовой теории поля, флуктуации полей сопровождаются порождением так называемых виртуальных частиц (принцип корпускулярно-волнового дуализма). Их действием на обычные частицы можно объяснить и лэмбовский сдвиг, и принципиальную неопределенность состояния квантовых объектов вообще. О действии вакуума на тела догадывался еще Эпикур, в IV в. до н. э. предложивший свое знаменитое "clinamen" - "самопроизвольное" отклонение атомов от движения по прямой линии.
Слово virtualis в средневековой латыни означало "возможное", а по смыслу восходит к аристотелевской оценке возможного бытия как бытия несовершенного. И сегодня виртуальное понимается именно как неполноценное бытие, вроде "виртуальной реальности" в компьютерном пространстве. То же относится к виртуальным частицам. Время их жизни ограничено соотношением неопределенностей Гейзенберга. Это величина порядка 10-43с (так называемый планковский масштаб времени), то есть в миллиарды миллиардов раз меньше, чем время жизни резонансных частиц.
Ее незначительность не позволяет зафиксировать такие частицы на опыте. Можно сказать, что они ни мгновения не существуют в ставшем виде, а существуют только в становлении, возникают и тут же исчезают, как лопнувшие мыльные пузыри. Интересно, что для них (вследствие того же соотношения неопределенностей Гейзенберга) не выполняется обычное соотношение между импульсом и энергией. Тем не менее, они успевают подействовать на другие квантовые объекты, а в некоторых случаях могут рассматриваться как переносчики взаимодействия между частицами.
Флуктуации вакуума проявляются не только в порождении виртуальных частиц, но и в спонтанных нарушениях исходной симметрии вакуума. В результате получаются состояния с наименьшей возможной энергией, при отличном от нуля значении некоторых силовых полей. Может образоваться и так называемый вакуумный конденсат - состояние с отличным от нуля вакуумным средним. Возможен непрерывный спектр таких вырожденных состояний поля, которые различаются числом (гипотетических) голдстоуновских бозонов с нулевой массой и спином.
Но это такие асимметрии, которые зиждутся на существовании исходной симметрии, и выступают только как следствия ее неустойчивости под воздействием некоторых макроскопических ситуаций. А в момент (или в пунктах) порождения Вселенной вакуум (как ныне считается) пребывает в "ложном", то есть сильно неравновесном состоянии. Оно нестабильно и кратковременно, но характеризуется большим выходом энергии. Эта энергия и проявляется в "Большом взрыве" или вздувании (инфляции) "пузырей вакуума", образующих начало нашей Вселенной. Одновременно это начало космической эволюции вещества.
9.4. Виртуальные реальности
О понимании термина "виртуальная реальность". ( Техническое содержание термина "виртуальная реальность". ( Компьютерная виртуальная реальность. ( Способы существования виртуальной реальности. ( О философии виртуальной реальности и киберпространства. Виртуальное как неметрическая форма объективного существования.

Попробуем перечислить ныне существующие истолкования понятия "виртуальная реальность":
1. Двусмысленность, возникающая из сочетания противоположных по смыслу слов.
2. Средневековой смысл "бытия-в-сущности". Близость к умопостигаемому бытию.
3. Искусственная реализация в знаково-графической форме той или иной мыслимой возможности, которая не может осуществиться естественным путём.
4. Способ бытия системных и тотальных свойств.
5. В физике понятие виртуальной частицы определяет её как нечто обладающее второстепенным статусом существования, неуловимое, фиксируемое лишь по косвенным данным.
6. Истолкование термина связано с витализмом, преформизмом, идеей первопричины и Универсума.
7. Окружающий человека мир, генерируемый его сознанием.
8. "Трёхмерное, генерируемое компьютером, имитируемое окружение, предъявляемое пользователю в реальное время его поведения". - Психологический феномен.
9. Креативный статус виртуальной реальности и её связь с виртуализатором - демиургом виртуальных миров.
Вхождение в употребление термина "виртуальное" свидетельствует о кризисе в области онтологии. Это свидетельство наших бурно меняющихся под напором научных открытий представлений о том, что такое реальность. Оно заставляет пересмотреть нас не только привычные понятия объективной реальности, но и само понимание объективности.
Вероятно, все вышеперечисленные толкования понятия "виртуальная реальность" имеют смысл и могут быть соответствующим образом прокомментированы. Но мы рассмотрим только наиболее близкие к естествознанию варианты понимания этого термина.
9.4.1.Значение термина "виртуальная реальность"
Virtual reality - мнимый мир, создаваемый аудиовидеосистемой в воображении пользователя. Термин виртуальная или мнимая реальность в 1984 г. был придуман Яроном Ланьером, который затем основал фирму, производящую различные устройства, необходимые для ее создания.
Синтезируется виртуальная реальность путем использования видеофильмов, в том числе мультипликации с широким применением стереофонического звука и отдельных цветных изображений. Причем, они могут быть объемными. Естественно, что для создания виртуальной реальности среди внешних устройств аудиовидеосистем обязательно должны быть экран и динамики. В отличие от действительной реальности, в которой живет пользователь, виртуальную реальность он создает и динамично изменяет сам. Для этого, пользователь воздействует на входные устройства системы: клавиатуру, микрофон, сканер, световое перо, электронную кисть, мышь.
В особых задачах, для более глубокого восприятия виртуальной реальности, используются специальные устройства. К ним, в первую очередь, относится шлем, надеваемый на голову пользователя. Он имеет два цветных экрана, расположенные перед глазами и наушники со стереозвуком. Разработаны, также, "электронные" перчатки с датчиками, которые преобразуют движение пальцев в электрические сигналы. В соответствии с ними аудиовидеосистема на экране монитора как бы передвигает или поворачивает предметы, открывает двери, выдвигает ящики и выполняет другие операции. Создан даже костюм с датчиками, преобразующий любые движения тела пользователя в сигналы системе.
Появились купола, внутри которых находятся люди, наблюдающие панорамные изображения, проецируемые на сферический экран. Здесь создается полная иллюзия трехмерного пространства. Панорамные технологии в корне изменяют ситуацию, так как позволяют работать с ней без специальных устройств (шлемов, перчаток и т. д.). При этом рассматриваемые технологии создают на экранах изображения очень высокого качества.
Панорамные технологии позволяют строить виртуальную среду, в которой можно наблюдать изображения, поворачиваясь на все 3600. Использование здесь больших экранов дает возможность рассмотреть нужные детали. В зависимости от необходимости пользователь меняет точки обзоров, как бы перемещая наблюдателя в пространстве круговой сцены.
Созданием соответствующего программного обеспечения удается получить совершенно новые эффекты воспроизведения реальной действительности либо создавать образы, которые лежат за пределами обычного видения. Например, объемное изображение мозга человека, полученное на основе томографических исследований. Благодаря такой технологии, повышается производительность труда разработчиков, становятся более эффективными процессы обучения. Для компоновки прикладных программ, описывающих части виртуальной реальности, созданы трехмерные интерфейсы, виртуальная сеть.
Одно из известных определений виртуальной реальности таково: "совокупность средств, позволяющих создать у человека иллюзию, что он находится в искусственно созданном мире, путем подмены обычного восприятия окружающей действительности (с помощью органов чувств) информацией, генерируемой компьютером".
Виртуальная реальность - это то, что позволяет перемещаться в трехмерном мире с шестью степенями свободы и обозревать его в реальном времени. Это означает, что программа задает, а аппаратура распознает шесть видов движения:
1. Перемещение вперед - назад,
2. Перемещение вверх - вниз,
3. Перемещение налево - направо,
4. Наклон вверх - вниз,
5. Крен налево - направо;
6. Вращение налево - направо.
Виртуальная реальность - по существу как бы имитация физической реальности. Впечатление виртуальной реальности создается взаимодействием и усиливается интерфейсом.
Создание виртуальной реальности основано на использовании имитационного моделирования, теории дистанционного управления, автоматизированного проектирования, компьютерной графики, техники взаимодействия человека с машиной. В последние 10 лет виртуальная реальность представляет собой вполне самостоятельное направление компьютерной технологии.
9.4.2. Компьютерная виртуальная реальность
Это соединение компьютерной графики с системой "человек - компьютер". Использование компьютера требует от нас изучения не столько нового языка, сколько новой культуры. Новая культура - это киберпространство. Его впервые описал в 1985 г. У. Гибсон в научно-фантастическом романе "Neuromancer" как единую, согласованную галлюцинацию миллиардов людей. Он написал о сверкающем мире, создавшем новую вселенную электронной медиации, где факты воспринимаются в своем физическом проявлении - не только слышатся и видятся, но и чувствуются.
Обычно киберпространство воспринимается через экран. Теперь, благодаря технологиям виртуальной реальности, становится возможным превратить этот двухмерный взгляд в прямое трехмерное управление реальностью. Киберпространство - это сфера информации, полученной посредством электроники. В настоящее время мы окружены океаном фактов. Их можно воспринимать не только как числовые ряды, но и как текст, образы, голос, музыку.
Идея компьютерной виртуальной реальности в том, что эти интерфейсы должны быть не просто представлением, но замещением реальности во всех смыслах; пользователь должен не просто дергать "мышь" или другое средство контроля, но поворачивать виртуальную ручку так же, как и реальную. Это не только подразумевает использование зрения и, возможно, слуха, но и затрагивает чувственное восприятие в процессе обратной связи. Более того, пользователь виртуального мира должен быть готов брать и передвигать объекты, существующие внутри этого мира, а также перемещать внутри киберпространства свое тело или его части.
Первый инструмент проникновения в виртуальную реальность дан нам от рождения - это мозг и его сенсорные рецепторы. Главным средством нашего восприятия является визуальная система. Остальные чувства помогают обрести нашему взгляду на мир полноту. У нас семь основных чувств: зрение, слух, осязание, обоняние, вкус, равновесие и ориентация. На наше восприятие влияют пересечения этих чувств, как, например, чувство движения (жеста), различающееся не только глазами, но и самим телом. Мозг интегрирует все получаемые им сигналы от всех рецепторов и сопоставляет новые данные с теми, что уже имеются в нашей памяти.
Одна из основных проблем в освоении виртуальной реальности состоит в том, чтобы эти частично совпадающие (перекрывающиеся) данные были удовлетворительны в информационном отношении. Диссонанс восприятия, когда сигналы разноречивы, может вызвать дезориентацию, растерянность и даже болезнь. Визуальные сигналы вовсе не обязательно обусловлены стереоскопическим видением. Линии перспективы, тени световых бликов, освещения и фактуры могут придать двумерной графике трехмерный вид. Современная технология виртуальной реальности - это ответвление компьютерной графики, повлиявшей на все - от составления карт до телерекламы. Компьютерная графика открывает широчайшие возможности для манипуляции трехмерными образами, но при этом требует огромных затрат энергии.
Современная технология виртуальной реальности начинается с попытки соединить визуальное восприятие с восприятием движения и звука. Ее первоначальное применение предшествует изобретению компьютера. В настоящее время виртуальная реальность отождествляется с более глубоким подходом, чреватым многими препятствиями. Требуются, как минимум, головной дисплей и перчаточное устройство (или другие средства управления виртуальными объектами). Полное погружение требует от пользователя надеть сенсорный костюм, передающий данные о движениях в компьютер.
Головной дисплей - это два очень маленьких видеомонитора, установленных так, что каждый из них находится перед соответствующим глазом; на него смотрят через специальные широкоугольные линзы. Размещение этих устройств в маске или шлеме таково, что глаза могут принимать изображение, которое мозг идентифицирует как трехмерное. Некоторые дисплеи снабжены наушниками, создающими звуковую среду. Ранние головные дисплеи были тяжелыми и неуклюжими, более поздним стремятся придать форму легкого шлема, создающего уникальный эффект присутствия в виртуальном пространстве. Другие методы, как, например, специальные электронные очки, скорость изображения в которых сопоставима с видеодисплеями, позволяют пользователям работать в реальной среде, одновременно обращаясь к изображениям в среде виртуальной.
Поиск более тесного взаимодействия с виртуальными объектами толкает на поиски средств управления ими. Создание перчаточного устройства представляет собой резкий выход за пределы привычных джойстиков, "мышей" и т.д. Оно дает пользователю возможность буквально проникать в киберпространство и изменять его. Перчатка может оценивать положение и изгиб каждого пальца. Это обеспечивается использованием особых оптико-волоконных нитей, фиксирующих количество света, проходящего через каждую нить, или, напротив, измеряющих переменное электрическое напряжение в цепи.
Еще один важный элемент системы погружения - это устройство слежения за положением, создающее классическую декартову трехосную систему. Это устройство может работать с помощью либо электромагнитного поля, либо ультразвуковых или инфракрасных лучей. При использовании электромагнитных полей фиксатор позиции получает последовательные сигналы о положении относительно трех декартовых осей. Это дает пользователю так называемые шесть степеней свободы. Лучевые фиксаторы для определения позиции используют простые волны в пределах прямой видимости и тригонометрические исчисления. Одно устройство слежения контролирует движение головного дисплея, а другое - каждую перчатку или иную часть тела, которую пользователь сочтет нужным поместить в киберпространство. У каждого из этих устройств, однако, есть жесткие пределы эффективности.
9.4.3. Способы существования виртуальной
реальности
Наиболее очевидным путем развития виртуальной реальности является индустрия развлечений. Такие пассивные масс-медиа, как кино и ТВ, уже постепенно вытесняются примитивными интерактивными формами. Только за 1992 год доход от первого проката кинокартин по всему миру составил около 5 миллиардов долларов, тогда как продажа видеоигр интерактивного характера дала прибыль в 7 миллиардов. В настоящее время на рынке немало и того, что можно назвать "пассивными" или околовиртуальными играми. Как правило, это отростки военной технологии летных тренажеров: они-то и составили быстрее всего растущую часть индустрии развлечений.
Сравнительно недавно предложены концепции виртуальных библиотек и музеев. В качестве доступа к книгам и другой печатной продукции библиотеки будет использоваться телеприсутствие. Пользователь сможет перемещаться внутри визуального изображения книжных полок, находить то, что ему нужно, и сразу погружаться в чтение, а при наличии разрешения делать копии.
Концепция виртуального музея слегка иная. Смитсоновский музей в Вашингтоне располагает коллекцией более чем в миллиард единиц хранения. Одномоментно в нем может быть выставлено не более двух процентов от общего числа экспонатов. Виртуальный музей даст пользователям возможность увидеть любой экспонат коллекции в его натуральном, трехмерном виде, а также, в идеале, все тематически связанные с ним экспонаты и материалы. Однако эта концепция, предполагающая полное погружение, требует дисплеев более высокой разрешающей способности, чем те, которые пока нам доступны.
Наконец, большое применение виртуальная реальность находит и найдет в бизнесе: при обработке информации, оценке оптимальной цены и рынка сбыта, уменьшения себестоимости товара и т. п. Все процессы бизнеса объединяются в одну информационную сеть, ключ к которой - у шефа компании по информации.
Каковы же перспективы виртуальной реальности? Предпочтительная метафора для новой парадигмы нам знакома - это театр, искусство, заставляющее поверить в свою правдивость. "В киберпространстве в рамках театральной парадигмы, - пишет Р. Уолсер, - у зрителей всегда есть виртуальные тела, и они всегда играют роли виртуальных существ, именуемых характерами. Попав в киберпространство, вы каким-то образом становитесь связанными с виртуальным телом, которое вы контролируете посредством движений вашего физического тела. Роль характера играет интеллект - человеческая или искусственная программа понимания".
Другой исследователь, Г. Фольц, пишет о новом способе раздела мира путем распределения его ценностей. Он предвидит создание "киберкланов" - избранных групп людей, всей своей жизнью включенных в киберпространство.
Доктор У. Брикен из ХИТ-Лаборатории озабочен отсутствием строгой терминологической базы в исследованиях по философии виртуальной реальности. Если подходить к этому вопросу строго, то виртуальная реальность вряд ли будет когда-либо сильно походить на реальный мир. Человеческое воображение стремится не повторить этот мир, а заполнить его лакуны (пустоты). Подобно другим ученым, У. Брикен сформулировал свои правила виртуальной реальности:
* Психология - физика виртуальной реальности.
* Наше тело - интерфейс.
* Знание - это эксперимент.
* Факт - это среда.
* Пространство и время подлежат изучению.
* Реализм необязателен.
9.4.4. О философии виртуальной реальности и
киберпространства
Такие современные философы, как Нельсон Гудмэн и Ричард Рорти, считают все миры - не только мир рассказов и фильмов - возможными символическими конструктами. Наука, религия и искусство предлагают свои версии миров, которые по-разному создаются, проверяются и усваиваются, - каждую версию со своей функцией и степенью правильности. Каждый мир создается из предыдущего мира, и всякий процесс "миротворения" идет путем композиции или декомпозиции предыдущего материала, повторений или создания новых моделей, путем вычеркивания и дополнений, путем организации и упорядочивания различных аспектов этого мира.
После И. Канта, философия постепенно двигалась от идеи уникальной реальности единственного неизменного мира к идее множества миров. Кант поместил основные формы внешнего мира в человеческое сознание. Категории рассудка (причинность и материя) вместе с формами чувственного созерцания (пространство и время) упорядочивают хаотические данные чувственного восприятия, отливая опыт в умопостигаемую и коммуникабельную структуру. Но и Кант, чтобы упорядочить наше представление о мире, исходил из идеала его единства.
Философы после Канта всё настойчивей подвергали сомнению идею единства мира. В ХХ столетии квантовая теория лишила науку той связности, которую Кант считал для науки существенной. Теперь, когда наука открыта множественности и неопределенности, многие философы приветствуют множественность мира. Например, в наши дни Н. Гудмэн говорит: "Наше пристрастие к одному миру удовлетворяется в разное время и в разных целях множеством различных способов. Не только движение, происхождение, вес, порядок, но даже сама реальность относительна". "Пути творения мира" Гудмэна, в которых он выдвигает учение об ирреализме, могут стать для творцов виртуальной реальности букварем.
Реализм и ирреализм одинаково нереалистичны в виртуальной реальности. Причём у ирреализма может оказаться короткое дыхание. Возможно, нам понадобится опереться на понятие реального мира - пусть не из абстрактных убеждений, но, по крайней мере, из-за препятствий, чинимых нашим системам виртуальной реальности реальностью объективной. Необузданное умножение миров взывает к здравому смыслу, к связи с реальностью, наконец, к метафизическому обоснованию. Кант отбросил метафизические теории как пустые софизмы и интеллектуальные игры. Философы ХХ столетия от Витгенштейна и Хайдеггера до Карнапа и Айера в вытеснении метафизики последовали примеру Канта, считая ее либо пустым вращением языковых колес, либо поиском следов призраков, либо просто логической ошибкой. Для этой линии мышления реальность как серьезное понятие потеряла свое значение. Будущие ВР- технологии могут привести к изменениям в этой общей мыслительной направленности и бросить на классическую метафизику новый свет. Следующее столетие может снова углубиться в древнюю область метафизики, раскопанную орудиями смоделированной компьютером виртуальной реальности, метафизической машиной. И, напротив, виртуальные реальности могут обогатиться, сохраняя с реальным миром некоторые отношения, но, не становясь скучными или приземленными.
"Виртуальный" в "виртуальной реальности" восходит к лингвистическому разграничению, сформулированному в средневековой Европе логиком Дунсом Скотом. Его латинское virtus было главным пунктом его теории реальности. Он настаивал на том, что понятие вещи содержит в себе эмпирические атрибуты не формально (как если бы вещь существовала отдельно от эмпирических наблюдений), но виртуально. Хотя для понимания свойств вещи нам может понадобиться углубиться в наш опыт, продолжает Скот, сама реальная вещь уже содержит в своем единстве множество эмпирических качеств, но содержит виртуально - в противном случае все они не закрепились бы как качества этой вещи. Термин "виртуальный" Скот использовал для того, чтобы преодолеть пропасть между формально единой реальностью (предполагаемой нашими концептуальными ожиданиями) и нашим неупорядоченно разнообразным опытом. Сходным образом в наши дни мы используем термин "виртуальный", чтобы пробить брешь между данной нам средой и будущим уровнем достижимой человеческой деятельности. Виртуальное пространство - как противоположность естественному физическому пространству - содержит информационный эквивалент вещей. Виртуальное пространство заставляет нас чувствовать, будто бы мы имеем дело прямо с физической реальностью.
Виртуальный мир должен быть не вполне реальным, иначе он перестанет будить воображение. "Нечто-не-вполне-реальное" стимулирует силу нашего воображения и представления. Воображение позволяет нам взять то, что мы читаем или слышим, и перевести символические компоненты в духовное зрение. Это видение выходит за пределы нашей физической реальности, так что с точки зрения телесного существования воображение - это бегство даже притом, что воображение часто вносит в нашу жизнь новые факторы, которые иногда побуждают нас изменить реальные условия.
Киберпространство также пробуждает наше восприятие. Киберпространство - это большая электронная сеть, в которой свернуты виртуальные реальности. Виртуальная реальность - только один из многих типов явлений внутри электронного пространства. Подобно всякому медиуму, киберпространство вовлекает в общение. В структуре сегодняшнего мира киберпространство - это набор ориентированных точек, по которым мы находим наш путь среди невероятного количества информации.
Как можно сохранить контраст между виртуальным и реальным мирами? Как могут виртуальные реальности сохранить присущий им контраст с реальностью настоящей - так, чтобы у нас оставался метафизический стимул к творчеству и активному использованию нашего воображения в киберпространстве? Какой якорь удержит виртуальные миры в виртуальности. Следует указать на некоторые экзистенциальные аспекты реального мира, позволяющие предотвратить уплощение мира виртуального. Эти экзистенциальные свойства, вытекающие из философии ХХ века, остаются открытыми для обсуждения. Виртуальные миры будят воображение только в том случае, если они не просто воспроизводят существующие свойства реальности, но преобразуют их, выводя за рамки простого распознавания. К таким чертам реального мира следует отнести:
* смерть и рождение;
* переходы между прошлым и будущим;
* тревогу.
Экзистенциально осмысляемый реальный мир функционирует, имея в себе встроенные рамки. Эти рамки задают параметры значению человека. Один из этих параметров, неизбежность нашей смерти, маркирует человеческое существование как конечное. Из-за ограниченности жизни мы делим наши жизни на периоды подобно тому, как расписываем порядок работы. Мы рождены в определенное время и растем внутри различных взаимодействий (родственные отношения). Эти рамки накладывают на реальность экзистенциальные параметры, давая нам почувствовать нашу укорененность на земле (отдельной планете с хрупкими экосистемами). Смерть и рождение принадлежат к якорям реальности.
Другая рамка реальности - темпоральность (временность), предопределенный переход событий из прошлого в будущее, в нашу память или историю. В принципе невозможно стереть ничего из того, что произошло с нами за время жизни. Это свойство переноса отличает реальность от любого преходящего развлечения или мгновенной галлюцинации. Наконец, в силу временного характера форм биологической жизни наш реальный мир пронизан чувством хрупкости и ненадежности, часто обманывает наши ожидания. Возможность физического ущерба в реальном мире придает нам подчеркнутую серьезность, острота которой скрывается за случайными фразами типа: "Будь внимателен". Мы беспокоимся, потому что хрупки. Человеческое существование и отмечено этими тремя свойствами, которые придают нашему опыту разные степени реальности. Они нас привязывают.
В таком случае должны ли искусственные миры быть свободными от смерти, боли, раздражителей? Отказ от этих ограничителей может лишить виртуальность какой бы то ни было степени реальности. Однако просто встроить их, как иногда делает литература, значит, получить поверх реального мира пустое зеркало, простое отображение, к которому мы привязаны. Настоящее киберпространство должно делать большее - будить воображение, а не повторять мир. Виртуальная реальность могла бы стать местом отображения, но отображение должно порождать философию, а не избыточность. "Философия, - сказал У. Джеймс, - это привычка всегда видеть альтернативу". Киберпространство может содержать много чередующихся миров, но альтернативность другого мира сосредоточена в его способности пробуждать в нас другие мысли и чувства.
При взгляде вперед нам открывается прекрасная возможность для исследования, в том числе исследования самих себя. Что такое для нас реальность? К чему мы можем привыкнуть? Восприятие будет изучаться скорее как часть активного, нежели пассивного, поведения. Коммуникация будет изучаться постольку, поскольку становится возможным уловить все, что происходит между двумя людьми.
9.5. Поиск внеземных цивилизаций
О возможности существования жизни и разума во Вселенной. ( О возможности информационного контакта с внеземными цивилизациями. ( О возможных формах технологической активности разума во Вселенной. "Космокреатика". Проблема скрытого вещества. ( Роль астрономии и астрофизики в обнаружении разумной деятельности во Вселенной.

Нашему миру около 5 млрд. лет, а нашей технической цивилизации всего лишь примерно 100 лет. Первые звёзды нашей Галактики сформировались около 10 млрд. лет назад и, хотя на их планетах ещё не было необходимых для цветущей жизни тяжёлых элементов, у этих звёзд было достаточно времени, чтобы пройти свой жизненный цикл и выбросить в космос синтезированные элементы. Из них за миллионы и миллиарды лет до Солнца образовались звёзды второго поколения. Если рядом с одной из них появилась жизнь, то она могла развиваться длительное время, ещё до образования нашей планеты и сегодня цивилизация на ней может быть на миллионы и миллиарды лет старше нашей. Если развитые цивилизации действительно существуют, вполне вероятно, что они точно так же, как и мы, стремятся найти другой разум и связаться с ним94.
9.5.1. О возможности существования жизни
и разума во Вселенной
Достижения астрономии приблизили нас к пониманию эволюции всех объектов Вселенной от момента Большого Взрыва до настоящего времени. Но вот поиск внеземных цивилизаций (ВЦ) пока не дал положительных результатов. В чем причина неудач? Для примера назовём некоторые из них:
1. Первая связана с "земным шовинизмом": большая часть целенаправленных экспериментов предполагает поиски цивилизаций, подобных нашей в XX веке. Но найти такую цивилизацию - событие крайне маловероятное.
2. Вторая проблема - невозможность описания возникновения и эволюции цивилизаций на космически значимых интервалах времени. В связи с этим предлагаем принять как аксиому: существует ненулевая вероятность возникновения жизни во Вселенной, и нет принципиальных причин, ограничивающих уровень ее развития.
3. Третья проблема. Мы слишком переоцениваем наши знания о строении Вселенной, возможно, бесконечной в пространстве и во времени и в многообразии форм и законов. Достаточно вспомнить, что современная астрономия изучает лишь менее 5% средней плотности окружающей нас материи, а более 95% составляет скрытая масса, проявляющаяся только по ее гравитационному воздействию. Скрытая материя, возможно, составляет основную долю массы нашей и других галактик и доминирует в межгалактическом пространстве, а ее исследование - важнейшая нерешенная проблема современной астрономии.
Сегодня, рассуждая о возможности существования жизни и разума во Вселенной, мы основываемся исключительно на умозрительных предположениях, в лучшем случае логически экстраполирующих закономерности нашего общественного развития на развитие возможных внеземных обществ. Одним из многих примеров может служить гипотеза В. С. Троицкого, изображающая в схематическом виде эволюционное развитие Вселенной. Оно начинается с элементарных частиц. Потом возникают ядра, атомы, молекулы, макромолекулы, микробы, колонии микробов, организм, социальные структуры. Последние могут образовывать в своем развитии планетные экосистемы, околосолнечные сообщества, галактические цивилизации. Этот ученый описывает глобальную эволюцию Вселенной, следующим образом:
* Жизнь во Вселенной возникает непрерывно, начиная с образования звезд второго поколения, то есть примерно в течение последних двенадцати миллиардов лет.
* Внеземные космические цивилизации возникают эволюционным путем непрерывно последние восемь миллиардов лет.
* Существует закон неограниченной экспансии разумной жизни, то есть стремление исследовать и занять максимальное пространство.
* Цивилизации достигают уровня, при котором возможна практически неограниченная скорость непрерывного производства энергии.
Первое положение основывается на молчаливо принятом мнении, что жизнь возникает непрерывно по мере достижения определенной организации материи во Вселенной. Начало этого процесса после Большого взрыва определяется сроками синтеза всего набора тяжелых элементов, образования звезд и планет.
После этого начинается эволюционное развитие форм жизни около каждой из звезд, где она возникала, от клетки до технологической цивилизации, на что на Земле ушло около 4 миллиардов лет. Принимая этот срок за некоторую среднюю оценку, необходимую для возникновения разума и цивилизации, автор получает второе положение, которое, очевидно, является переносом земного опыта на всю Вселенную. Это может быть основано только на убеждении, что законы эволюции живого, установленные эволюционной биологией, являются универсальными и действуют во всей Вселенной.
Попытки системного представления идей универсальной эволюции мирового целого выражаются и в создании формул для оценки числа внеземных цивилизаций, существующих в нашей Галактике. Простейшая из них, предложенная Ф. Дрейком, служит рабочей гипотезой для всех расчетов обитаемых миров Вселенной. Она опирается на следующие, схематически представленные предположения, которые выступают в формуле в виде сомножителей:
* Во Вселенной существуют планеты, пригодные для возникновения жизни.
* На некоторых из этих планет возникла жизнь.
* На каких-то планетах появились разумные общественные существа.
* Некоторые общества этих существ развили науку и технику до уровня, позволяющего установить межзвездную радиосвязь.
* И пытаются это сделать.
* Таких обществ "достаточно" много, чтобы эксперименты по межзвездной связи имели смысл.
Считается, что по формуле Дрейка можно оценить вероятность возможности развития разума во Вселенной или возможности развития фазы общественных отношений, обеспечивающих межзвездную связь. Основой суждений, подлежащих формализации, здесь служат представления о типичности процессов усложнения материи в их движении в направлении разума и технологического общества.
Такое понимание ситуации оставляет открытыми много вопросов. Среди них вопросом первостепенной важности является проблема естественнонаучного обоснования глобального эволюционизма.
Дело в том, что образование представлений об общем процессе направленного развития только на Земле (которое привело здесь к возникновению жизни и разума) сопровождается включением большого числа непроверенных, гипотетических моментов во многих существенных звеньях этой линии. Особенно велик элемент недоказуемого в представлениях о существовании и способах функционирования в космосе высших форм движения материи - биологической и социальной (которые являются необходимой составляющей представлений о глобальном эволюционизме).
Это отчетливо видно из различия в оценках значения величин сомножителей формулы Дрейка, введенной для определения численной вероятности существования внеземных цивилизаций. Каждый из этих сомножителей отражает определенный узловой момент в развитии материи; возникновение планет вокруг звезды, зарождение жизни на планетах, возникновение разума на Земле и на других телах Вселенной, появление технологического общества и т. д.
Л. М. Гиндилис показывает, что элемент гипотетического при включении в глобальный эволюционизм высших форм движения материи последовательно возрастает. В настоящее время можно более или менее надежно определить только величину, определяющую долю звезд, имеющих планетные системы, основываясь на изучении скорости вращения звезд различных спектральных классов; на анализе распространенности двойных и кратных систем; на наличии невидимых спутников звезд; на представлениях звездной и планетной космогонии.
Согласно этим оценкам, не менее 10%, а может быть подавляющее большинство звезд Галактики, имеют планетные системы. Это положение, конечно, нельзя считать строго доказанным, тем не менее, оно представляется достаточно обоснованным совокупностью многих данных.
Определение доли звездных систем, имеющих планеты пригодные для возникновения жизни, сопряжено уже с гораздо более серьезными трудностями. Обычно при ее оценке, прежде всего, исключаются горячие молодые звезды ранних спектральных классов. Помимо ограничений, связанных со спектральным классом звезды, существуют ограничения для размера планетных орбит (орбита должна находиться внутри "зоны жизни", определяемой температурными условиями), при которых может активно функционировать известная нам белковая форма жизни; ограничения для радиуса и массы планеты, скорости ее вращения и т. д.
Однако для оценки этой величины, надо знать не только какие условия существуют на других планетах, но и какие условия необходимы для возникновения и развития жизни. Эти представления содержат еще больший элемент неопределенности. Исчисление же доли планет, на которых действительно существует жизнь, еще более сложно. Это вопрос о том, в какой степени возникновение жизни можно считать закономерным процессом. Многие специалисты, занимающиеся изучением происхождения жизни на Земле, полагают, что хотя образованию живого из неживого сопутствовала масса случайностей, в целом этот процесс статистически закономерен.
За длительный период времени жизнь неизбежно должна возникнуть на любой планете с подходящими условиями. Время возникновения жизни должно быть меньше времени существования планет. Незначительное отличие физических условий на других планетах по сравнению с земными условиями может увеличить срок химической эволюции на 1-2 порядка. В этом случае для зарождения жизни потребуется время большее, чем возраст Вселенной. Но поскольку нам ничего не известно о сроках химической эволюции на других планетах, мы не можем сказать ничего определенного и о вероятности происхождения жизни на планете с подходящими условиями.
Значение других сомножителей - доли планет, населенных разумными существами, доли планет, на которых разумная жизнь достигает фазы технологической цивилизации, а также длительности существования технически развитой цивилизации - вызывает противоречивые оценки. Задача определения их связана с огромным числом допущений, выходящих за рамки научного знания. Не ясно, например, насколько закономерен процесс эволюции, приведший к образованию разумной жизни на Земле, поскольку по мере усложнения организмов пути эволюции разветвляются и, по-видимому, только некоторые из них ведут к появлению разума.
На основе всего этого можно согласиться с Л. М. Гинделисом, что сам тезис о существовании внеземных цивилизаций точно также недоказуем сегодня, как и альтернативный ему тезис об уникальности земного разума.
Ещё один важный момент связан с тем, что всё вышесказанное относится к привычной для нас форме жизни, основанной на углероде. Хотя нам до сих пор известна лишь земная белково-нуклеиново-водная жизнь, это не означает, что в безграничном космосе не могут существовать другие её формы. Некоторые ученые, например, Г. Файнберг и Р. Шапиро, моделируют такие гипотетически возможные варианты жизни как:
* плазмоиды - жизнь в звездных атмосферах за счет магнитных сил, связанных с группами подвижных электрических зарядов;
* радиобы - жизнь в межзвездных облаках на основе агрегатов атомов, которые находятся в разных состояниях возбуждения;
* лавобы - жизнь на основе соединений кремния, который может существовать в озерах расплавленной лавы на очень горячих планетах;
* водоробы - жизнь, которая может существовать при низких температурах на планетах, покрытых "водоемами" из жидкого метана, и черпать энергию из преобразований ортоводорода на параводород;
* термофаги - разновидность космической жизни, которые получают энергию из градиента температур в атмосфере или океанах планет.
Конечно, такие экзотические, на наш взгляд, формы жизни пока что существуют лишь в воображении ученых и писателей-фантастов. Тем не менее, не исключена возможность реального существования некоторых из этих форм, например, плазмоидов. Во всяком случае ничто не запрещает нам считать, что где-то в космосе или даже на Земле параллельно с "нашей" формой жизни существует другая её разновидность, похожая, например, на упомянутых плазмоидов. Если уж идти дальше в этом направлении, то к проявлениям их активности можно отнести некоторые виды НЛО (неопознанных летающих объектов), образования, похожие на шаровые молнии, а также невидимые для глаза, но фиксируемые цветной фотопленкой летающие в атмосфере энергетические "сгустки". Разумеется, пока это не более чем ни на чём не основанные предположения.
9.5.2. О возможности информационного контакта с внеземными цивилизациями
Любая связь предполагает обмен информацией посредством каких- либо посредников. При непосредственном контакте достаточно ясно как общаться, а вот при связи на некотором удалении... Так, например когда мы разговариваем по телефону, информация передается за счет изменяемого значения электрического напряжения определенным образом оговоренного заранее. То же самое происходит, когда мы слушаем радио или смотрим телевизор, только носителем информации здесь выступают радиоволны. Хотя на первый взгляд все просто, снял трубку, набрал номер и говори, но при этом мы забываем, что существует множество телефонных станций, операторов и т. д. Вся система связи была кем-то заранее разработана, принята определенная система кодирования сигналов, которая должна быть одинакова у всех абонентов, иначе не будет связи. Кстати в разных странах системы различны, поэтому если вы купите телефонный аппарат, предназначенный для другой страны, то он может и не работать у нас и наоборот. При этом не следует думать, что какая-то система связи лучше, а какая-то хуже, они просто разные.
Если мы попытаемся установить радиосвязь с внеземными цивилизациями, то, даже настроившись на одну волну, мы вряд ли сможем понять друг друга, например, из-за разного типа модуляции сигналов. Ведь у нас нет возможности заранее договориться о типе связи. В связи с этим возникают следующие вопросы:
1. каким будет носитель связи (радио, свет, космический зонд...);
2. тип модуляции сигнала (иными словами способ передачи информации).
Вообще-то эти два вопроса довольно тесно связаны между собой, и не всегда их можно рассматривать по отдельности.
Рассмотрим традиционную радиосвязь. Для этого потребуется большая мощность радиопередатчика. Большие радиотелескопы, существующие сегодня, позволяют посылать направленный сигнал такой мощности, что если на близлежащих звездах имеется технически развитая цивилизация, то она сможет принять эти сигналы и распознать их искусственное происхождение. Итак, передатчик радиосигналов подходящей мощности есть.
Каким же должен быть сигнал? Видимо таким, чтобы инопланетная цивилизация при получении его однозначно могла определить искусственное происхождение сигнала. При этом необходимо, чтобы этот сигнал вообще был обнаружен, то есть он должен обладать каким-то качеством, которое заставило бы обратить на него внимание. Например, можно использовать определённую периодичность и т. д.
* Для того чтобы связь была установлена необходимо:
* во-первых, чтобы уровень развития внеземной цивилизации был не ниже нашего;
* во-вторых, чтобы во время прихода сигнала инопланетяне осуществляли радиопрослушивание нашей солнечной системы, да еще на той частоте на которой мы ведем передачу;
* в-третьих, невозможно вести длительную передачу сигналов, так как из-за высокой мощности передатчика это опасно для окружающих и требует больших энергозатрат, а, следовательно, и больших финансовых вложений;
* в-четвертых, непонятно в направлении какой звезды надо осуществлять передачу, а ведение передачи одновременно по нескольким направлениям пока технически невозможно (из-за недостаточной мощности передатчика).
При этом следует иметь в виду, что длительность даже самого короткого сигнала должна составить несколько часов, иначе сама попытка не имеет смысла. Это связано с особенностью обнаружения и приема сигнала на больших расстояниях в условиях сильных помех. Помехи для радиосвязи обусловлены мощным излучением нашего солнца и электромагнитными полями в межзвездном пространстве.
Кроме того, неизвестно на какой волне нужно вести передачу, чтобы ее можно было обнаружить. Технически приемлемой может быть одна частота, а логически следует использовать какие-то другие частоты (например, частоту спектра водорода - 21см). Если вести передачу в широкой полосе частот, то это потребует больших энергозатрат. Поэтому нам пока остается только вести радиопрослушивание, в надежде обнаружить сигнал от других цивилизаций. Следует отметить, что подобные эксперименты по радиопрослушиванию ставились уже 30 лет назад и пока не увенчались успехом.
Существуют различные предположения о попытках установления дальней связи. В соответствии с некоторыми из них несколько необычные излучения некоторых звезд можно представить как такую попытку. Но их можно объяснить и вполне естественными причинами. Например, периодичностью в излучении звезд или наличием в спектре излучения спектров редких материалов. В частности источник радиоизлучения СТА-102 является переменным во времени с периодом примерно полгода вдобавок его спектр излучения и спектр излучения источника СТА-21 похожи на спектры излучения искусственного характера. Однако впоследствии эти источники были идентифицированы как квазары, что объяснило их "ненормальное" излучение естественными причинами.
Другой способ связи это использование сверхмощных лазеров. Здесь трудностей еще больше: такой сигнал труднее обнаружить на фоне излучения звезды; необходима точная направленность даже не на звезду, а на планету; по техническим причинам необходима установка лазеров за пределами атмосферы; требуются высоко мощные источники излучения и прочее. Технически этот способ сегодня еще менее приемлем, чем радиосвязь.
Еще одна идея - (разумеется, фантастическая) использовать в качестве передатчика наше Солнце. Например, сбросить на Солнце многие миллионы тонн какого - либо редкого вещества, горение которого изменит спектр Солнца. Или построить вокруг Солнца сплошную сферу из вещества с переменной прозрачностью. Меняя прозрачность можно изменить мощность и спектр излучения в межзвездное пространство. Таким образом, можно даже вести кодированную передачу информации. На сегодняшний день эти идеи практически невыполнимы, но у них есть очень интересная особенность- передача информации будет происходить сразу по всем направлениям и на довольно большое расстояние.
Другая идея - это общение при помощи космических зондов. Запущенный с Земли зонд через несколько десятков или сотен лет способен достичь близлежащих звезд, там он должен выйти на постоянную орбиту вокруг звезды и проинформировать о своем присутствии: например подачей радиосигналов, или иным, более сложным способом. Впоследствии зонд либо сам передаст информацию на планету о том, откуда он прилетел и о землянах, либо инопланетяне сами доберутся до этого зонда и получат информацию о нашей Солнечной системе.
Определённую пользу в понимании технологии контакта с внеземными цивилизациями может оказать интенсивное исследование различных древних земных цивилизаций, с особой активностью проводившееся на протяжении последнего столетия на нашей планете. Оно наглядно продемонстрировало их существенное многообразие, значительную вариантность по целому ряду как ключевых, так и факультативных характеристик. Осознанная в процессе этих исследований принципиальная возможность существования культур, коренным образом различающихся между собой как по содержанию, так и по принципам и формам организации, не может не оказать благотворного влияния на изыскания в сфере контактов с внеземными цивилизациями. Эти исследования существенно расширяют спектр эвристических подходов, избавляют исследователя от искусственных ограничителей, диктуемых ожиданием подобия уже известным прецедентам.
Однако следует иметь в виду, что сопоставление различных человеческих культур между собой, с одной стороны, и какой-либо земной культуры или совокупности подобных культур с гипотетической внеземной цивилизацией, с другой, есть исследовательские процедуры, во многом между собой несходные. При всем многообразии человеческих культур прошлого они обладают определенным единством, порожденным единой психофизической природой их создателей. Кроме того, необходимо учитывать различие информационного потенциала культурных объектов, сопоставляемых между собой в каждом из названных случаев.
Любая земная культура - даже в случае минимального нашего с ней знакомства - предъявлена нам в определенной динамике, позволяющей реконструировать ее жизнь, а, следовательно - и характер, тогда как единичное столкновение с гипотетической внеземной цивилизацией являет нам эту динамику предельно скудно. Даже задача различения природных и искусственных (культурных) объектов требует зачастую наличия развернутого контекста; в противном случае возможны неправильные интерпретации даже в рамках земных культур, чему существуют хорошо известные примеры. Имеется и ряд иных сходных проблем95.
Все сказанное заставляет с осторожностью подходить к оценке эвристического значения опыта исследования земных культур в деле поисков внеземных цивилизаций, хотя вовсе исключить его значение, разумеется, нельзя.
В заключение, в качестве оптимистического прогноза возможности контакта с внеземными цивилизациями обратимся к мнению известного американского исследователя в этой области Марвина Минского, который считает, что контакт принципиально возможен, так как мы и они должны мыслить одинаково. Он подкрепляет это утверждение следующими логическими доводами:
* Решение всех интеллектуальных задач зависит от одних и тех же факторов: времени, пространства и используемых материалов.
* Чтобы эффективно действовать в рамках этих ограничений, необходимо научиться формировать представления о ситуации и оперировать этими понятиями.
* Свойства любого интеллекта должны быть основаны на универсальных принципах: а/ экономность мышления; б/ уникальность простых идей.
9.5.3. О возможных формах технологической
активности разума во Вселенной
Жизнь и разум, будучи важными атрибутами материи, могут быть существенным и при том не только пассивным, но и активным фактором эволюции космоса. В концепции биосферы и ноосферы это выражается в планетарных масштабах. Но и здесь уже намечается переход к следующей ступени. Подтверждение этому можно видеть в изменении глобальных характеристик Земли, как космического тела (например, по уровню радиоизлучения) и в первых попытках освоения Солнечной системы.
Идея вмешательства высокоразвитых цивилизаций в эволюцию космоса была развита уже К. Э. Циолковским. Он считал, что высокоразвитые внеземные цивилизации, освоившие наблюдаемую нами область Вселенной, в широких масштабах воздействуют на ход природных процессов. По выражению Е. Т. Фаддеева, они "могут сознательно и по-новому организовывать материю, регулировать ход естественных событий". Сходных взглядов придерживался и известный американский астроном О. Струве. По его мнению, наука в середине XX века достигла уже такого уровня в изучении Вселенной, когда, "наряду с классическими законами физики, необходимо принимать во внимание деятельность разумных существ". Н. С. Кардашев, в связи с проблемой поиска внеземных цивилизаций, высказал мысль о том, что расширение наблюдаемой области Вселенной может быть "результатом сознательной деятельности суперцивилизаций"96. Во всяком случае, ничто не запрещает нам делать и принимать во внимание подобные предположения.
В современных моделях эволюции космических цивилизаций рассматриваются различные варианты "космокреатики", под которой подразумевается деятельность внеземного разума, направленная на "фундаментальную перестройку структуры материального мира, включая, быть может, изменение его пространственно-временных свойств и некоторых основных законов". Ряд вариантов космокреатики (космогоническое конструирование, создание миров, конструирование законов природы) рассмотрены известным писателем-фантастом С. Лемом в "Сумме технологий". Л. В. Лесков указал на принципиальную возможность воздействия на другую метагалактику через микроскопическую горловину фридмона, а также путем воздействия на фридмон в целом с помощью ускорителей элементарных частиц. Им же рассмотрены модели эволюции, основанные на интеграционных процессах и приводящие к объединению космических цивилизаций, к образованию Метацивилизаций, а также - еще более высоких структур.
Технологическая активность человека в космосе, конечно, не сравнима с гипотетической активностью высокоразвитых внеземных цивилизаций, но, тем не менее, человечество уже делает первые шаги в этом направлении. Европейское космическое агентство в 1995 г. запустило на орбиту инфракрасный телескоп "ISO". Телескоп показал, что примерно у половины звёзд есть планеты, а в космосе - в любой его части - много водяных паров. Это означает: жизнь в нашей Вселенной явление вполне вероятное.
Эти и многие другие удивительные открытия стали возможны благодаря практически только что начавшимся исследованиям Вселенной в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне. Именно в нём сосредоточена основная часть излучения Вселенной. Инфракрасный спектр излучения характеризуется очень низкой температурой, что-то около -2000 по Цельсию. Определить столь низкую температуру можно прибором охлаждённым ещё сильнее. Поэтому приёмники низкотемпературных излучений охлаждают жидким гелием до -2710 С. По такому принципу были построены инфракрасные спутники-телескопы: первый "IRAS", а затем "ISO" Вне этих приборов в межпланетном пространстве гораздо "теплее".
Благодаря этим технологиям было, например, сделано следующее удивительное открытие. Облака молекул и пыли, которые протянулись в космосе на сотни световых лет, астрономы считают инкубаторами звёзд. Но долго было непонятно, почему первоначальное сгущение в этом облаке имеет шанс превратиться в звезду, хотя из расчётов следовало, что по мере превращения сгущения в раскалённый шар и соответствующего нагрева окружающего газа этот шар должен был бы остыть. Но оказалось, что в межзвёздных тучах медленно плывущих в Млечном пути сосредоточены огромные массы водяного пара. В них непрерывно соединяются водород и кислород в молекулы воды за счёт энергии звёздного излучения. Присутствие водяных паров, о которых раньше не было известно, меняет всё. Водяной пар способствует охлаждению газа, он не разлетается и способствует увеличению массы будущей звезды до возникновения в ней термоядерных реакций. Например, около созвездия Ориона обнаружено облако, которое за один день производит из водорода и кислорода столько воды, что ею можно заполнить все моря и океаны Земли 60 раз. Вода, как известно, - это жизнь...
Другая область исследований, еще более трудная, но еще более важная в связи с поиском ВЦ: современная космология, в частности модели хаотически возникающих мини-Вселенных в разных частях и в разное время, открывают возможность существования ВЦ сколь угодно высокого уровня развития. В связи с этим возникает вопрос: есть ли возможность исследовать другие мини-Вселенные?
Современная физика элементарных частиц принимает в качестве гипотетического фундамента симметрию между правым и левым: каждая элементарная частица имеет зеркальный аналог, то есть могут быть зеркальные электроны, позитроны, протоны, нейтроны, мезоны, нейтрино, фотоны, глюоны, кварки и др. - все виды известных частиц.
"Наши" частицы могут взаимодействовать с зеркальными частицами, по-видимому, только гравитационно. Из этих частиц могут быть образованы зеркальные атомы, звезды с планетными системами, галактики и их скопления. Не исключено, что где-то там существуют и внеземные цивилизации. В зеркальной Вселенной должен быть свой, невидимый для нас, спектр электромагнитного излучения.
Предположим, что значительная часть скрытой массы является зеркальным веществом. Если принять, в соответствии с наблюдениями, что в нашей Вселенной 70% плотности составляет однородная среда (например, вакуум), а 5% - нормальное наблюдаемое вещество, то зеркальное нормальное вещество может составлять от 5 до 25%. Нижняя граница соответствует модели, когда плотности нормальной и зеркальной материи одинаковы и соответственно эволюция Вселенной идет одинаково. Верхняя граница плотности зеркальной материи предполагает большую плотность в зеркальном мире. В этом случае количество тяжелых элементов в зеркальном мире будет больше, а момент рекомбинации, образование астрономических объектов и возникновение цивилизаций могут произойти раньше, чем в нашем мире.
Объекты из зеркальной материи могут располагаться в отдельных районах пространства или быть перемешаны с нормальной материей. Вопросы о возможном пространственном разделении нашего и зеркального вещества, так же как и существование зеркальных объектов внутри Земли, Солнца и в нашей Галактике, например в виде двойных звезд, когда одна или обе зеркальные, представляются исключительно интересными для исследователей.
Необходимо обратить внимание на обнаружение нового типа галактик с очень большой долей скрытой массы. Их вращение, по данным радиоастрономических наблюдений, согласуется со структурой Галактики, состоящей из плоского диска, спиральных рукавов и сферического Гало, однако нормального звездного свечения не видно. Темная материя имеет необычно высокую плотность и в ядре галактики, где обычная звездная компонента все-таки видна.
Возможен ли обмен информацией с зеркальным миром? Если взаимодействие только гравитационное, то и обмен информацией может осуществляться с помощью измерения переменной величины тяжести. Простейший обмен информацией возможен при воздействии гравитирующих зеркальных масс на специальные приборы - гравиметры с близких расстояний. Со сколь угодно далеких расстояний информация может быть передана и принята с помощью гравитационных волн. Первые гравитационно-волновые телескопы должны быть запущены в эксплуатацию в ближайшие годы.
Современные представления о Вселенной базируются на инфляционных моделях, согласно которым мы живем в одном из расширяющихся "пузырьков", образующихся в кипящем и бесконечно существующем вакууме. К этим представлениям теоретики пришли, отталкиваясь от первоначального требования построить модель Вселенной, бесконечной во времени и пространстве и неизменной в среднем по времени.
Нам представляется весьма важным аксиоматически принимаемое предположение о существовании в Большой Вселенной цивилизаций любого уровня и любой длительности развития. Необходимо также отметить несколько направлений дальнейших исследований скрытого вещества, связанных с достаточно обоснованными предположениями о существовании зеркального вещества, топологических пространственных туннелей и больших искусственных конструкций как возможных составляющих скрытой массы:
1. Развитие исследований планетных систем и поиск новых объектов в Галактике, учитывая возможность обнаружения гигантских искусственных конструкций как возможной доли скрытой массы.
2. Исследования с целью поиска объектов, состоящих в основном из зеркального вещества. Большой интерес представляет исследование галактик с аномально большим отношением массы к светимости, поиск зеркальных звезд и планет, анализ сигналов телескопов гравитационных волн как возможных передач ВЦ.
3. Развитие теории Вселенной со сложной топологией и туннелями; - поиск и исследование первичных черных дыр и объектов типа "черная дыра - белая дыра" с целью выявления топологических туннелей и астроинженерных конструкций около них97.

ЛЕТОПИСЬ естественнонаучных
ОТКРЫТИЙ
Период становления физики как науки
Начало XVII в. - 80-е гг. XVII в. Физика развивается как самостоятельный раздел науки. Основоположником её становится Г. Галилей.
* 1600 г. Вышел в свет трактат У. Гильберта "О магните, магнитных телах и о большом магните Земле", в котором заложены основы электро- и магнитостатики.
* 1603 г. Открыта фосфоресценция (В. Каскариоло).
* 1604 г. Вышел в свет трактат И. Кеплера по оптике "Дополнения к Вителлию", где помещены его теория зрения, теория камеры-обскуры, сформулирован один из основных законов фотометрии - закон обратной пропорциональности между освещенностью и квадратом расстояния до источника света.
* 1607 г. Попытки Г. Галилея измерить скорость света с помощью сигналов фонаря.
* 1609 г. В труде "Новая астрономия" И. Кеплер излагает первые два закона движения планет и высказывает мысль о том, что вес тела составляет общую тенденцию всех тел к соединению. Г. Галилей сконструировал зрительную трубу и использовал ее как телескоп для астрономических наблюдений, что привело к революционным изменениям в астрономии, в частности к возникновению оптической астрономии.
* 1610 г. Г. Галилей при помощи, сконструированной им зрительной трубы с 30-кратным увеличением, открыл четыре спутника Юпитера. Вышел в свет труд Г. Галилея "Звездный вестник", где помещены его астрономические открытия гор и впадин на Луне, четырех спутников Юпитера, новых звезд, которые невозможно видеть невооруженным глазом. Высказана мысль о том, что Млечный Путь состоит из бесконечного множества звезд. Вскоре Галилей открыл также фазы Венеры и пятна на Солнце.
* 1610...1614 г.г. Г. Галилей конструирует свои микроскопы. Благодаря Галилею линзы и оптические приборы стали мощными орудиями научных исследований.
* 1611 г. Вышел в свет труд И. Кеплера "Диоптрика", в котором дана теория зрительной трубы, в частности конструкция трубы, которую теперь называют кеплеровой. В этом труде и в предыдущем ("Дополнения к Вителлию") изложена элементарная геометрическая оптика.
* 1619 г. Вышел в свет трактат И. Кеплера "Гармония мира", в котором содержится третий закон движения планет.
* 1621 г. В. Снеллиус экспериментально открыл закон преломления света.
* 1625 г. Открытие вариации магнитного склонения (Г. Геллибранд).
* 1627 г. Вышел в свет труд Р. Декарта "Рассуждения о методе".
* 1628 г. Итальянский ученый Б. Кастелли установил закон обратной пропорциональности скорости течения жидкости в трубах площади поперечного сечения.
* 1632 г. Вышел в свет известный труд Г. Галилея "Диалог о двух основных системах мира - птолемеевой и коперниковой", где, в частности, содержатся два важных принципа современной физики - принцип инерции и принцип относительности.
* 1636 г. Вышел в свет трактат М. Мерсенна "Универсальная гармония", где изложены его исследования по акустике.
* 1637 г. Вышел в свет труд Р. Декарта "Диоптрика", где излагается идея эфира как переносчика света, дается теоретическое доказательство закона преломления, которое было высказано Декартом еще в 1630 г. Экспериментально закон преломления установлен в 1621 г. В. Снеллиусом. Р. Декарт ввел понятие переменной величины и функции.
* 1638 г. Вышел в свет труд Г. Галилея "Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых областей науки...", в котором, в частности, содержится идея конечности скорости распространения света и постановки эксперимента для ее определения, утверждение, что при отсутствии сопротивления среды все тела падают с одинаковой скоростью; законы свободного падения (пропорциональность скорости падающего тела времени падения, и пропорциональность пройденного пути квадрату времени), закон сложения перемещений и т. п. Итальянский ученый Дж. Б. Бальяни впервые четко разграничивает понятие веса и массы тела и указывает на пропорциональность веса массе.
* 1643 г. Открытие атмосферного давления, способа получения вакуума и создание первого барометра (Э. Торричелли). Установление Э. Торричелли формулы для скорости истечения жидкости из узкого отверстия в открытом сосуде (формула Торричелли).
* 1644 г. Вышел в свет труд Р. Декарта "Начала философии", в котором впервые четко сформулирован закон инерции, дана теория магнетизма и изложена первая космогоническая гипотеза. Здесь же помещен и его закон сохранения количества движения. М. Мерсенн дал количественное описание наблюдений, выполненных У. Гильбертом.
* 1646...1647 гг. Б. Паскаль подтвердил существование атмосферного давления, повторив опыт Торричелли, и экспериментально обнаружил уменьшение атмосферного давления с высотой.
* 1647 г. Итальянский математик Б. Кавальери в трактате "Шесть геометрических упражнений" дал формулу линзы.
* 1648 г. Открытие дисперсии света (И. Марци).
* 1650 г. О. Герике изобрел воздушный насос.
* 1653 г. Установление Б. Паскалем закона распределения давления в жидкости (закон Паскаля), опубликован в 1663 г.
* 1655 г. Изобретение ртутного термометра.
* 1657 г. Х. Гюйгенс сконструировал маятниковые часы со спусковым механизмом, ставшие основой точной экспериментальной техники (проект соединения маятника со счетчиком предлагал Галилей еще в 1636 г.). Изобретен водяной барометр (О. Герике).
* 1659 г. Р. Бойль и Р. Гук усовершенствовали воздушный насос Герике.
* 1660 г .Х. Гюйгенс и Р. Гук установили постоянные точки термометра - точку таяния льда и точку кипения воды. Вышел в свет труд Р. Бойля "Новые опыты..., касающиеся упругости воздуха". О. Герике сконструировал основанную на трении электрическую машину.
* 1661 г. Р. Бойль в труде "Химик-скептик" сформулировал понятие химического элемента как простейшей составной части тела.
* 1662 г. Р. Бойль открыл зависимость давления газа от объема, Независимо от Бойля этот же закон установил Э. Мариотт в 1676 г. Отсюда и современное название - закон Бойля - Мариотта. П. Ферма сформулировал оптический принцип, названный его именем (принцип Ферма).
* 1665 г. Опубликован труд Ф. Гримальди "Физико-математический трактат о свете, цветах и радуге", в котором содержится открытие явления дифракции (интерференции) света. Вышел в свет трактат Р. Гука "Микрография", в котором описаны его микроскопические наблюдения. И. Ньютон вывел обратно пропорциональную зависимость силы тяготения квадрату расстояния между притягивающимися телами.
* 1666 г. Открытие И. Ньютоном явления разложения белого света в спектр (дисперсия света) и хроматической аберрации.
* 1667 г. Вышел в свет труд Л. Магалотти "Очерки о естественнонаучной деятельности Академии опытов", в котором изложены результаты коллективной работы, проводимой академиками флорентийской Академии опытов в 1657...1667 гг. Описаны термометры, ареометр, гигрометр, маятник с бифилярным подвесом, опыты по тепловому расширению тел и получению вакуума. Дж. Борелли вывел закон столкновения неупругих тел.
* 1668 г. И. Ньютон сконструировал первый зеркальный телескоп (телескоп-рефлектор).
* 1669 г. Х. Гюйгенс дал теорию удара упругих тел и установил закон сохранения количества движения (mv) и закон "живых сил" (mv2/2). Э. Бартолин открыл двойное лучепреломление света в кристаллах исландского шпата. Открыт 15-й элемент - фосфор (Г. Брандт). Немецкий химик И. Бехер выдвинул гипотезу флогистона.
* 1670...1671 г. г. В сочинении "Метод флюксий" (опубликовано в 1736 г.) И. Ньютон наиболее полно разработал дифференциальное и интегральное исчисления.
* 1684 г. систематическое изложение дифференциального исчисления, а в 1686 г. изложение интегрального исчисления опубликовал Г. Лейбниц.
* 1672 г. Вышел в свет труд О. Герике "Новые, так называемые магдебургские опыты о пустом пространстве". Впервые с приемлемой точностью измерено расстояние до Солнца (Ж. Ришар, Д. Кассини).
* 1674 г. Р. Гук в трактате "О движении Земли" высказал идею тяготения и представил свою систему мироздания. В 1680 г. Р. Гук пришел к выводу, что сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния.
* 1675 г. Р. Гук открыл основной закон упругости (закон Гука) и Ньютон выдвинул корпускулярную гипотезу света. Исследуя интерференцию и дифракцию света, И. Ньютон открыл так называемые "кольца Ньютона".
* 1676 г. О. Ремер в результате наблюдений спутников Юпитера сделал вывод о конечности скорости распространения света и по данным наблюдений впервые определил ее величину - 214000 км/сек, (до этого Дж. Порта, И. Кеплер, Р. Декарт и др. считали скорость света бесконечной). Э. Мариотт предложил рассчитывать высоту места по данным барометра.
* 1678 г. Х. Гюйгенс обнаружил явления двойного лучепреломления в кварце и поляризации света. Создание Х. Гюйгенсом волновой теории. Вышел в свет труд Х. Гюйгенса "Маятниковые часы", в котором приведены теория физического маятника, понятие момента инерции и законы центробежной силы.
* 1680 г. Открытие зависимости точки кипения воды от давления (Д. Папен). В 1680 г. Д. Папен изобрел паровой котел с предохранительным клапаном.
* 1681 г. Х. Гюйгенс объяснил изменение периода колебаний маятника изменением ускорения силы тяжести, выдвинул идею об измерении ускорения силы тяжести при помощи секундного маятника и первым пришел к выводу о том, что Земля у полюсов сплюснута.
* 1686 г. Найдена барометрическая формула (Э. Галлей). Введение Г. Лейбницем понятия "живой силы" (энергии) как произведения массы тела на квадрат его скорости.
Первый этап развития естествознания
(кон. XVII в. - 60 годы XIX в.)
Возведенная Ньютоном, его предшественниками и последователями грандиозная система классической физики (конец XVII в. - конец XIX в.) просуществовала почти два века и только в конце XIX в. начала рушиться под напором новых фактов и концепций, не укладывающихся в рамки существующих теорий.
Первый ощутимый удар по физике Ньютона нанесла еще в 60-х годах XIX в. теория электромагнитного поля Максвелла - вторая после ньютоновской механики великая физическая теория, дальнейшее развитие которой углубило ее противоречия с классической механикой и привело к революционным изменениям в физике.
Поэтому период классической физики делится на два этапа: первый этап - от И. Ньютона до Дж. Максвелла (конец XVII в. - 60-е гг. XIX в.); второй этап - от Максвелла до 1895 г (60-е гг. XIX в. - 1894 г.).
* 1687 г. Вышел в свет труд И. Ньютона "Математические начала натуральной философии" ("Начала"), содержащие основные понятия и аксиоматику механики, в частности три основные ее закона (законы Ньютона) и закон всемирного тяготения. Выход в свет "Начал" открыл новый период в истории физики, так как в них впервые содержалась законченная система механики, законы которой управляют большим количеством процессов в природе. Французский механик П. Вариньон в книге "Проект новой механики" формулирует понятие момента силы и дает в общей геометрической форме теорему о моменте равнодействующей.
* 1690 г. Вышел в свет "Трактат о свете" Х. Гюйгенса (завершен в 1678 г.), в котором помещены волновая теория света (световые возбуждения являются упругими импульсами в эфире), принцип построения огибающей волны (принцип Гюйгенса) и описано открытое им явление поляризации света. Д. Папен дал описание замкнутого термодинамического цикла паровой машины.
* 1693 г. Э. Галлей вывел общую формулу линзы.
* 1694 г. К. Ренальдини предложил в качестве фиксированных температур при градуировке термометра использовать температуры таяния льда и кипения воды.
* 1698 г. Открытие электрической искры (Вольт).
* 1702 г. Г. Амонтон усовершенствовал воздушный термометр Г. Галилея, сконструировав термометр, в основном похожий на современный газовый. Этот термометр дал возможность Амонтону прийти к понятию абсолютного нуля, который по его данным составлял -239,5°C.
* 1703 г. Вышел в свет труд Х. Гюйгенса "О центробежной силе".
* 1704 г. Вышел в свет труд И. Ньютона "Оптика".
* 1705 г. Т. Ньюкомен изобрел тепловую машину - первую машину, успешно применяемую для подъема воды.
* 1706 г. Начало исследований разрядов в газах (Ф. Гауксби).Построена первая стеклянная электрическая машина (Ф. Гауксби).
* 1710 г. Открыто свечение воздуха в стеклянной трубке при электрическом разряде (Ф. Гауксби).
* 1714 г. Введение Г. Фаренгейтом термометрической шкалы, названной его именем (шкала Фаренгейта).
* 1717 г. И. Бернулли сформулировал в общей форме принцип возможных перемещений.
* 1718 г. Э. Галлей открыл собственное движение звезд, чем разрушил давние представления об их неподвижности. Ж. Жюрен открыл закон подъема жидкости в капиллярных трубках, названный его именем (закон Жюрена). Обратная пропорциональная зависимость высоты подъема жидкости в капиллярах диаметру капилляра была известна еще в 1670 г. Дж. Борелли.
* 1721 г. Выдвинута теория теплорода.
* 1725 г. Дж. Брадлей открыл аберрацию света и в 1728 г. дал ей правильное объяснение, чем окончательно подтвердил факт конечности скорости распространения света.
* 1729 г. Вышел в свет "Оптический трактат о градации света" П. Бугера, в котором, в частности, помещен закон ослабления света.
* Открыто явление электропроводности (С. Грей).
* 1730 г. Р. Реомюр предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, названную его именем (шкала Реомюра).

<<

стр. 2
(всего 3)

СОДЕРЖАНИЕ

>>