Московский государственный социальный университет (Брянский филиал)

 

А. А. Чубур

Краткий курс истории естествознания

(в 20 лекциях)

 

Брянск - 2003

 

ББК 22.3

Ч-81

 

Рецензент – В.Д. Емельяненко кандидат философских наук (Брянский государственный университет)

 

Чубур Артур Артурович 

Краткий курс истории естествознания (в 20 лекциях)

Учебное пособие по курсу «Концепции современного естествознания» для студентов гуманитарных специальностей. Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании кафедры общеобразовательных и гуманитарных дисциплин Брянского филиала Московского государственного социального университета (протокол № 2 от 20 февраля 2003 г.).

Брянск, Издательский комплекс БФ МГСУ, 2003.

 

 

© БФ МГСУ. 2003

© А. А. Чубур. 2003.

 

От автора.

Трудных наук нет, есть только трудные изложения

А.И. Герцен

 

Эта общеобразовательная дисциплина предназначена для подготовки специалистов по гуманитарным направлениям. Ее назначение – содействовать получению широкого базового высшего образования, способствующего дальнейшему развитию личности. Изучение «Концепций современного естествознания» преследует цели ознакомления с неотъемлемым компонентом единой культуры – естествознанием, и формирования целостного взгляда на окружающий мир. Тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно противостоящих компонентов культуры созвучна потребности современного общества в целостном мировоззрении. Идея курса заключается в передаче гуманитариям элементов естественнонаучной грамотности, представлений об основополагающих концепциях естественных наук, складывающихся в единую картину мира. Основное содержание дисциплины – целостное описание природы и человека как части природы на основе научных концепций в историческом контексте.

Приступая к чтению курса лекций по естествознанию в Брянском филиале Московского государственного социального университета, я ознакомился со значительным числом существующих учебников и пособий по Концепциям современного естествознания и понял, что, несмотря на массу достоинств, ни одна из этих книг в полной мере меня не удовлетворяет. Причины этого различны.

Некоторые учебники носят выраженный агрессивно-дискуссионный характер, что идет в ущерб общему восприятию предмета. Прочитав, понимаешь, что, по мнению автора одного такого учебника, к примеру, Альберт Эйнштейн и другие релятивисты не правы и вообще нездоровы психически, узнаешь историю общения того же автора с различными деятелями науки, а вот ощущения стройного и понятного единого курса естествознания за набором антирелятивистских аргументов уже не видишь. И это при оригинальном построении курса, потрясающем объеме подобранного фактического материала и огромной эрудиции автора! Дело видимо в том, что все-таки, учебник не место для полномасштабной научной полемики и мемуаров, хотя и обязан более или менее полно отражать все существующее разнообразие взглядов на ту или иную проблему и при этом заставлять студентов учиться мыслить самостоятельно.

Часть новоиспеченных учебников содержит, между тем, сильно устаревшую неверную информацию (в частности по вопросам антропосоциогенеза, исследований Солнечной системы, эволюции и происхождения жизни). Еще одна беда многих пособий – излишняя сухость, перегруженность терминами, наукообразность изложения. Иной раз складывается впечатление, что авторы излагают мысль для аспирантов физиков или химиков, а не для студентов-гуманитариев. А ведь курс КСЕ задуман-то в первую очередь именно для них – будущих юристов, экономистов, социальных работников!

Некоторые учебники довольно удачно подогнаны под специфику их предполагаемых читателей – слушателей курса. К примеру, будущим экономистам более подробно говорится о связи естествознания с проблемами и потребностями мировой экономики. В таком случае, думается мне, учебник или пособие для студентов социального института должны быть всесторонне «очеловечены», в нем необходимо уделить больше внимания проблемам взаимодействия и взаимоотношений естествознания и общества, личностям в науке, антропосоциогенезу и этногенезу. В таком учебнике должно быть уделено достаточно места биографическим сведениям о первопроходцах науки, возможности краткого курса в этом плане, к сожалению, довольно ограничены, но мною использованы. Быть может, ему следует быть и более популярным, а значит понятным и доступным для гуманитариев (конечно, не в ущерб научности!). Очень важен, в таком случае и историзм изложения материала. В этом плане удивляют астрономические и иные знания древнейших цивилизаций и палеолитической эпохи. Знания эти были облачены в религиозные одеяния, но научными знаниями при этом быть не переставали. Именно поэтому мне представляется совершенно нелогичным начинать рассказ об истории естествознания с античного периода натурфилософии, к чему склонны авторы большинства учебников по «Концепциям современного естествознания» (если они вообще начинают говорить об истории науки!). При таком подходе естествознание начинает напоминать могучее древо без корней. Поэтому мною сделан определенный упор на историзм процесса познания, что отразилось и в названии учебного пособия. Основные понятия даны в первой лекции, становлению естествознания посвящены лекции 2-7, 8-12 – структуре Вселенной и вещества, 13-20 – жизни, человечеству и разуму во Вселенной.

Исходя из всего сказанного, в предлагаемом мною курсе лекций предполагается некоторое изменение по сравнению с типовым курсом (несколько изменен порядок тем программы, некоторые темы объединены, некоторые несколько расширены без ущерба для программы, рекомендованной Госкомитетом РФ по высшему образованию). Так, я счел необходимым дополнить курс более подробными сведениями:

-  о протонаучном этапе первобытности,

-  о последних исследованиях структуры вещества и свойств времени,

-  о достижениях астрофизики и космонавтики,

-  о теории этногенеза Л.Гумилева и теории ритмов истории Г.Кваши,

-  о дискуссионности проблемы происхождении жизни,

-  о новых данных об эволюции жизни и роли в ней глобальных катастроф.

Некоторая часть материала в предлагаемом учебном пособия для Брянского филиала (там, где это возможно) ориентирована на местные брянские реалии, что делает его для студентов более живым, интересным и доступным.

Попытка научить самостоятельному мышлению подразумевает не только передачу «блока классической информации», но и рассмотрение дискуссионных вопросов, в ряде случаев находящихся на грани области ныне не всегда признаваемой «академической» наукой, но так или иначе волнующих человечество (и, несомненно, студенчество, которому и адресовано данное пособие). Среди таких проблем внеземной разум, НЛО, паранормальные явления. Не уделить им внимание в начале XXI века, на мой взгляд, значило бы уподобиться страусу, прячущему голову в песок. Тем более, что это мне позволяют и практический опыт, и наличие дополнительного образования по специальности «уфология, неопознанные летающие объекты», полученное в 1991 г. в школе «Базис» по нетрадиционным направлениям науки и техники при Союзуфоцентре).

Несмотря на все сказанное, предлагаемое вашему вниманию пособие – не что иное, как краткий курс, конспект лекций. Поэтому не только не исключается, но и приветствуется использование студентами при самостоятельной работе других книг. Здесь учащийся, как вполне самостоятельный человек может и должен сам сделать выбор – я не вправе навязывать молодым людям свое субъективное мнение. Но главное – не в учебниках, а в дополнительной литературе. Для того, чтобы ознакомиться детально с той или иной проблемой, затронутой в данном курсе лекций, необходимо обратиться к литературе, приведенной в конце пособия. К составлению этого списка я подошел не вполне традиционно, исходя из своего многолетнего личного читательского опыта (для меня стало правилом, что день, прошедший без общения с книгой, неполноценен).

Многих может удивить наличие в списке раздела «Художественная литература». Однако, смею заметить, что многие (включая научно-фантастические) произведения несут столь яркое и четкое изложение некоторых вопросов, что я не удержался даже от их цитирования в данном пособии. Еще лучше подобные книги ставят проблемы. Это – залог развития самостоятельного мышления у читателей. Поэтому для понимания и осознания курса «Концепций…» я настоятельно рекомендую читать не только учебники физики и биологии, не только классиков науки – Чарльза Дарвина, Михаила Ломоносова, Константина Циолковского, Владимира Вернадского, Альберта Эйнштейна и т.д., но так же «Трудно быть богом» и «За миллиард лет до конца света» братьев Стругацких, философские стихи Федора Тютчева и афоризмы легендарного Козьмы Пруткова, «Солярис» и «Непобедимый» Станислава Лема, «Девять принцев в Янтаре» Роджера Желязны, «Конец Вечности» Айзека Азимова, «Запад Эдема» Гарри Гарриссона и многое другое. Рекомендую еще и потому, что в наш компьютерный век никакая машина не в состоянии, все-таки, заменить живого общения с книгой, заставляющей не только эмоционально сопереживать героям, но и учащей свободно и творчески мыслить. Кстати и в этом, а не только в передаче определенного обязательного набора знаний, я вижу задачи курса «Концепций современного естествознания».

Предлагаемое Вашему вниманию учебное пособие содержит все сведения, оговоренные государственным стандартом высшего профессионального образования ЕН.Ф.03 (Концепции современного естествознания): Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденции развития; корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос; структурные уровни организации материи; микро- макро- и мегамиры; пространство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; взаимодействие; близкодействие, дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принцип возрастания энтропии; химические процессы, реакционная способность веществ; внутреннее строение и история геологического развития земли; современные концепции развития геосферных оболочек; литосфера как абиотическая основа жизни; экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая; географическая оболочка Земли; особенности биологического уровня организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем; многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы; генетика и эволюция; человек: физиология, здоровья, эмоции, творчество, работоспособность; биоэтика, человек, биосфера и космические циклы: ноосфера, необратимость времени, самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; пути к единой культуре.

 

Лекция 1. Место естествознания в современной научной картине мира. Движущие силы науки.

Мир не закончен и не точен, -

Поставь его на пьедестал

И надавай ему пощечин,

Чтоб он из глины мыслью стал.

Николай Ушаков

 

Цель предстоящих занятий – не только понять, как сформировалось и чем занимается современное естествознание, изучить его наиболее универсальные методы и законы, но и научиться самостоятельному независимому научному мышлению, взять на вооружение методы современной науки, осознать, что научные знания – не набор сухих фактов, а живая основа мировоззрения любого человека, желающего быть активным членом социума. Одной из задач можно считать овладение естественнонаучным методом познания и умением использовать его в сфере гуманитарных наук. Для начала же попробуем разобраться в терминологии. Наука – это сфера деятельности разума, в которой вырабатываются и систематизируются объективные знания. Ее целью является описание, объяснение и прогноз процессов и явлений действительности. У каждого направления, раздела Науки – свой предмет изучения. Научное познание идет, в общих чертах, следующим образом: 1) наблюдение (получение информации), 2) обобщение информации, 3) проверка истинности знаний. Вот три уровня познания мира связанные прямой и обратной связью: фундаментальная теория, научная картина, мировоззрение. Одни научные идеи вытекают из других, а общий путь самостоятельного развития естествознания лежит от явления к его сущности, а от этой сущности к более глубокой. Развитие науки, как мы увидим, зависит от целого ряда причин:

-      потребностей материального производства;

-      социально-экономического строя и общественного сознания;

-      общего уровня развития культуры и уровня развития самой науки;

Самые первые знания, конечно, возникали в первую очередь из практических потребностей, а не из теоретических стремлений, однако нельзя приуменьшать и значение даже самых ранних попыток объяснить окружающий мир. Огромную роль в развитии естествознания играет практика (так, развитию астрономии способствовало земледелие с его строго определенными фенологическими сроками, строительство двигало вперед геометрию, ремесло – механику и физику в целом, металлургия - химию и т.д.).

Предмет познания науки вечен и безграничен, и, сколько бы мы его ни изучали, всегда могут возникнуть новые объекты, новые свойства, новые рубежи. Естествознание является совокупностью и интеграцией всех наук о природе. В естествознание входят такие главные компоненты, как физика, химия, биология, психология. Концепция – это совокупность основных идей, определенная трактовка, основная точка зрения на какое-либо явление или совокупность явлений.

Мировоззрение – это система взглядов человека, определяющая его отношение к миру. Если наука изучает природу или человека, то внимание мировоззрения обращено на их связь и отношение в общем виде. Древнейшей формой мировоззрения является миф. Следующая форма – теология, основывающаяся на догматах (бесспорные, не требующие доказательств положения). Со временем догматы подверглись критике со стороны крепнущих естественнонаучных знаний, что потребовало создать логическую систему доказательств, и это отразилось на религии. Последняя форма – научное мировоззрение. Для научной системы взглядов важно именно оно, ибо дает возможность оперировать абстрактными образами и делать определенные умозаключения.

Господствующие в определенный исторический период научные картина мира и методология называются парадигмой. От нее отталкиваются ученые при постановке проблем и их исследовании и решении. Парадигма далеко не всегда является истиной, она – лишь догма, отражение научных представлений на определенном этапе истории. Принятая в данное время парадигма очерчивает круг проблем, имеющих смысл и решение, а так же допустимых методов их решения. То, что вне этого круга, не заслуживает рассмотрения и объявляется «ненаучным». На каждом историческом этапе существует так называемая «нормальная» наука, действующая в рамках парадигмы. В ее задачи входит уточнение фактов, установление количественных закономерностей и уточнение констант, то есть совершенствование парадигмы. Критерием разграничения науки и «ненауки» служит непротиворечие новых теорий современной парадигме.

Кею, герою фантастического бестселлера Эда Соломона и Стива Перри «Люди в черном», авторы вложили в уста следующие слова: «Пятьсот лет назад все знали, что Земля – центр Вселенной, но они ошибались. Четыреста лет назад все знали, что наш мир плоский, и если уплыть подальше, то свалишься за край. Они тоже ошибались. Двести лет назад все знали, что болезни происходят из-за дурного ночного воздуха, и если спать, плотно затворив окна, то никакая хворь не страшна. Пятьдесят лет назад все знали, что если есть на завтрак бекон, яйца, масло и кофе с большим количеством сахара, то будешь здоров до самой смерти. Пятнадцать минут назад ты знал, что люди единственные разумные существа на этой планете. Представляешь, что ты узнаешь завтра? …Ты можешь стать парнем, который знает, что мир круглый, когда этому никто не верит. Парнем, которому известно, что Земля не центр Вселенной, что болезни вызываются микробами, а избыточный холестерин закупоривает артерии и убивает. Или что по планете среди нас разгуливают чужаки».

Смена парадигм в науке происходит регулярно, и это достаточно болезненный процесс. Почему? Что двигает науку вперед? В наблюдаемых явлениях или теоретических построениях парадигмы возникают аномалии, их число растет, их отклонения от предсказаний принятой за основу теории увеличиваются по мере накопления новых фактов. Парадигма терпит крах, наступает кризис в науке. На развалинах старой теории растут новые гипотезы, и одна из них доказывает свою жизнеспособность, успешно объясняя и старые, и новые данные в совокупности. Она то и становится началом новой парадигмы. Так происходит научная революция. Во все времена, борьба с носителями радикальных идей, объявляемых ненаучными (коперникианство, теория относительности, кибернетика, генетика, уфология) не прекращается в рамках самой научной среды. Это связано с тем, что появление и признание новых идей подрывает утвердившиеся общепризнанные авторитеты (а значит, общественное и материальное положение определенного круга лиц) и разрушает существующий порядок вещей. С другой стороны, необходим и определенный консерватизм, который не даст проникнуть в науку фиктивным, недостоверным новшествам. С позиций критерия демаркации (разграничения научного и «ненаучного», не отвечающего господствующей парадигме), предлагая новую научную теорию, следует учесть ряд факторов:

-    позаботиться о том, чтобы теория была экспериментально подтверждена;

-    рассмотреть с помощью новой теории такой эксперимент, отрицательный результат которого опроверг бы эту теорию;

-    быть готовым к яростной неприязни научного сообщества и, тем не менее, не бояться выступить со своей идеей.

Ученые шутят: всякая идея проходит три стадии. 1 – Этого не может быть, потому, что не может быть никогда! 2 – В этом что-то есть! 3 – Ну кто же этого не знает?!

Пример смены парадигм в археологии – борьба концепций эволюционизма и миграционизма. В 1930-50-е гг. в палеолитоведении (науке о каменном веке) безраздельно господствовала стадиальная теория (эволюционизм). Согласно ей, человечество повсеместно проходило ряд закономерных этапов эволюции материальной культуры, связанных с изменением социального строя и хозяйства древних людей. Профессорами П.П. Ефименко, П.И. Борисковским, были разработаны подробные стадиальные схемы, которые, однако, не находили ответ на возникающие при новых исследованиях вопросы. К примеру, отчего находки, относящиеся, согласно теории, к более ранним стадиям, часто оказываются в геологических слоях над находками относящимися к более поздним стадиям? На эти вопросы мог ответить миграционизм, признававший миграции племен с различными культурными традициями. В советской археологии миграционизм, ранее признанный «буржуазным течением» замаскировался под марксистским псевдонимом «конкретно-исторический подход». Его создателем был А.Н. Рогачев. В 1960-е годы теория Рогачева получила в СССР почти всеобщее признание. Палеолитоведы бросили силы на поиск и выделение новых локальных культур, региональной специфики. Постепенно за локальными археологическими культурами начали теряться общие закономерности и единая картина становления и развития палеолитического общества и материальной культуры. Часто культуры стали выделяться даже по одной, отдельно взятой, стоянке, выхваченной из культурно-исторического и хронологического контекста (например, для успешной защиты очередной диссертации). Начался новый кризис в науке. В настоящее время рождается новая теория, объединяющая достоинства эволюционизма и миграционизма, которая признает наличие определенных стадий развития материальной культуры на значительных территориях, и при этом подтверждает наличие локальных вариантов культурных традиций и миграции их носителей – древних родов.

Еще один пример борьбы мнений в науке – эволюция взглядов на роль мамонта в жизни палеолитического человека. На рубеже XIX и ХХ веков бытовало мнение, что древние люди часто использовали для питания мерзлые туши естественно погибших мамонтов, гораздо реже охотясь на это крупное и опасное животное. Однако постепенно стало ясным, что наши далекие предки – вовсе не были диким стадом, а, напротив, вполне организованной, способной на скоординированные действия группой. Гипотеза «трупоедения» была отвергнута сторонниками коллективных действий родовой общины по загону целых мамонтовых стад и последующей утилизации скопления туш. Однако она оказалась не в состоянии объяснить открывавшиеся взору археологов массовые скопления остатков мамонта и жилища, построенные из его костей (на 1 такой дом уходили кости 14-32 животных, а домов на поселении было 3-4 – например, Юдиновская и Елисеевичская стоянки в Брянской обл.). Несмотря на это идеи «мамонтового собирательства» встречались научным сообществом в штыки. Привлечение современных данных геоморфологии и неотектоники, а так же актуалистических наблюдений позволило на новом уровне возвратиться к гипотезе использования «мамонтовых кладбищ» людьми в качестве источников сырья, топлива, стройматериала и, в последнюю очередь, как экстремального пищевого ресурса. При этом охота на отдельных мамонтов под сомнение не ставится.

Охотники на мамонтов и другие их современники были, по сути дела, создателями древнейшей человеческой культуры. Культура (от culture – возделываю) – в широком смысле слова – определенный уровень развития общества, выраженный во взаимоотношениях членов этого общества и создаваемых им материальных и духовных ценностей. Есть и более узкие трактовки культуры (духовный мир общества или уровень развития отдельной личности). В данном случае нас интересует в первую очередь мировая культура, развивающаяся по определенным законам и передающаяся от поколения к поколению. Существуют три типа трансляции (передачи) культуры: 1. Обучение младшего поколения старшим. 2. Обучение у сверстников. 3.Обучение старшего поколения у младшего.

Все они в совокупности позволяют как сохранять традиции, так и вносить в культуру инновации, постепенно изменяя ее. Если ранее культура изменялась очень постепенно, то в настоящее время коренные изменения в культуре происходят уже на протяжении жизни одного поколения. Еще в 1980-х годах персональный компьютер представлялся полуфантастической мечтой, теперь он оказался на столе почти каждого цивилизованного человека, им владеют даже дети. Развитие средств коммуникации, возникновение Интернета не только ускорило информационный обмен, но и породило угрозу глобализации культуры, сведения к единому образцу (вариант – американизация, ставшая одно время популярной не только в Европе, но в России с подачи «реформаторов образца 1991-1992 гг.») – весьма опасное явление, поскольку убивает самобытность различных культурных вариантов, а исчезновение разнообразия повлечет в итоге к культурный застой и возможную деградацию цивилизации. Опасны и обратные процессы, корни которых лежат в самой сущности науки, информационный массив, объем знаний, методов которой в каждой области все нарастает. Даже работающие в смежных областях ученые перестают понимать друг друга. Писатель-фантаст Г. Шахназаров в одной из своих повестей довел эту ситуацию размежевания до абсурда. В его книге специалистов разных областей и в быту разделили языковой и кастовый барьеры. В результате разыгрывается почти шекспировская трагедия во взаимоотношениях двух влюбленных, принадлежащих к разным научным кастам… Стоим ли мы на пути к такому трагикомическому финалу (а в том, что это станет финалом человеческой цивилизации сомневаться не приходится)? Можно ли говорить о том, что юристы, социологи, историки, биологи, физики, химики, астрономы являются представителями одной культуры? Или же каждая наука формирует определенную субкультуру, стремящуюся к все большей самостоятельности?

В 1960-х годах широко (особенно в студенческой среде) развернулась дискуссия о делении людей на «физиков» и «лириков». Философ, физик и писатель Чарльз Сноу высказался более научно, предложив разделение мировой культуры на две – гуманитарную и естественнонаучную. Пропасть между этими направлениями разрасталась. Для естественнонаучной культуры характерен научно-рациональный способ познания (его кредо: существует только то, что есть на самом деле), объектом этого познания является природа. Для гуманитарно-художественной культуры характерен художественно-образный способом познания (духовный мир, который не доступен обычному восприятию), объект познания – человек и общество. К настоящему времени стало ясно, что дуализм, разобщенность культур приводит к неполноценному восприятию мира. Вспомним афоризм Козьмы Пруткова: «Специалист подобен флюсу – полнота его односторонняя». Человек – это часть природы. Значит, целостное представление о единой картине мира может сложиться только при синтезе знаний и культур, когда знания, полученные из разных областей науки друг друга дополняют. К счастью проблема двух культур не перешла в антагонистическую стадию. Вместо разрыва они сошлись на качественно новом уровне. Взаимно дополняя и обогащая друг друга, они позволили выработать универсальные подходы для решения любых проблем. Каждая наука старается подвести свое существование к культуре. Культура – наследие человечества. Связываясь с культурой, естествознание даст возможность науке на вечное существование науки, как части культуры. Культура же многим обязана науке (создание оригинальной архитектуры с использованием достижений науки, поиск, исследование и восстановление культурных памятников). Связь культуры и науки не однобока, это – деятельный симбиоз.

Мы можем наблюдать сложные процессы в области дифференциации и интеграции наук. В первом случае из обширной области знаний выделяются более узкие, специализированные. Так, в археологии возникло палеолитоведение – направление, занимающееся исключительно древнекаменным веком, в палеонтологии – тафономия – наука об условиях захоронения сообществ вымерших организмов (создал ее ученый и писатель И.А. Ефремов), в астрономии – радиоастрономия, рентгеновская астрономия и другие виды, занимающиеся наблюдениями в определенных частотах излучения. Во втором случае – различные, казалось бы, науки начинают работать во взаимосвязи. Необходимость такой взаимосвязи – это объективный процесс, поскольку понимание природы и природных процессов возможно только при обладании всей совокупностью знаний. Так, помимо физики и химии, существует физическая химия и химическая физика – пограничные науки. Уже более полувека активно применяются естественнонаучные методы в археологии, помогающие реконструировать древние технологии и исчезнувшее природное окружение человека, уточнить устройство древних памятников, датировать их. В настоящее время ни один археологический памятник не считается полноценно исследованным без применения методов естественных наук, яркий пример – исследование стоянок Хотылево и Юдиново в Брянской области, где активно применяются спорово-пыльцевой, палеопедологический (изучение древних почв), палеозоологический методы, радиоизотопное датирование и т.д. На стыке наук родилась отрасль археозоология, познающая взаимодействие древнего человека с животным миром…

Естествознание — и продукт цивилизации, и условие ее развития. С его помощью человек развивает производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обучает новые поколения людей, лечит свое тело. Это и важнейший двигатель общественного прогресса. Великие научные открытия и связанные с ними технические изобретения всегда оказывали колоссальное, подчас совершенно неожиданное воздей­ствие на судьбы человеческой истории. Особенно мощным это воздействие стало в настоящее время – в эпоху научно-технической революции (НТР). НТР помимо преимуществ, породила и ряд проблем. Мы сегодня живем в техногенном обществе, постоянно изменяющем бытие, обществе, в котором главной идеей развития является идея преобразования окружающего мира и подчинения природы человеку. Такое общество порождает разнообразные глобальные проблемы. Вот только некоторые из них:

1. Выживание в условиях непрерывного совершенствования оружия массового уничтожения. Впервые человечество осознало свою эфемерность.

2. Нарастающий глобальный экологический кризис. Человек это часть природы, преобразующая саму природу, и масштабы и последствия таких преобразований растут.

3. Проблема сохранения человеческой личности, индивидуальности, как биосоциальной структуры.

Нарастание глобальных проблем человечества повышает ответственность ученых за судьбы человечества. Вопрос об исторических судьбах и роли науки в ее отношении к человеку, перспективах его развития никогда не обсуждался так остро, как ныне.

В мире еще много непознанного. Многие явления природы и самого человека, его биологической и духовной составляющих пока не получили научного объяснения и носят таинственный характер. Но наука и не может немедленно объяснить все загадки. Научное познание – это историческая деятельность. Она развивается по мере совершенствования не только целей, но и средств познания. Многие явления научно не объяснены и остаются загадочными, поскольку еще не сформировались средства и методы их познания. Все, что пока не познано, может быть, в конце концов, исследовано и объяснено (если, конечно, не внесут свои ограничения сами сроки существования человечества), когда для этого сложатся соответствующие средства, способы познания. Развитие науки, особенно в практической ее части, можно прогнозировать. Вот научно обоснованный прогноз открытий на ближайшие десять-пятнадцать лет:

§   способы устранения веществ, загрязняющих атмосферу.

§   выяснение механизма возникновения раковых заболеваний, эффективное предотвращение метастазов рака, выявление генов, препятствующих раку.

§   искусственный фотосинтез.

§   компьютер с быстродействием 10 триллионов операций в сек.

§   сверхбольшие интегральные схемы с объемом памяти 1 миллиард бит на одном чипе.

§   прогнозирование землетрясений сильнее 7 баллов за несколько дней до их начала.

§   сортировка мусора с возвратом ценных компонентов в хозяйственный оборот.

§   глобальный контроль над воздушным транспортом через спутниковые системы.

§   разработка методов лечения возрастного слабоумия.

§   перспективные разработки в областях искусственного интеллекта, нанотехнологий, солнечных элементов, сверхпроводимости, изменения климата.

Не изучив, хотя бы вкратце, в виде основных вех, историю возникновения, становления и развития естествознания, трудно будет в полной мере понять и осознать сложившуюся к настоящему времени естественнонаучную картину мира и возможные перспективы развития естественных наук.

 Лекция 2. Становление естествознания.

Исследования каменного века подобны театру – они полны неожиданностей.

Ж. Лалан

 

«Человек ледникового времени равен в искусстве современному европейцу. Но это же скандал!» Так, в свое время, воскликнул Хосе Ортега-и-Госсет, ознакомившись с пещерным искусством кроманьонцев. Трудно поверить, но распространенные представления о первобытных людях, как о дикарях без мысли и творчества, не имеют под собой реальной почвы и являются плодом ущербного воображения и неоправданного высокомерия наших современников. Результаты открытий «троглодитов» можно оценить только в свете осознания многотысячелетнего пути: от первой преднамеренно расколотой гальки до первой кремневой ножевидной пластины лежит дорога длинной в миллион лет.

Не будет ошибочным утверждать, что естествознание зародилось фактически одновременно со становлением на планете Земля вида Homo sapiens – Человека Разумного, то есть еще в далекой палеолитической эпохе, среди приледниковых степей и стад мамонтов, бизонов и лошадей. Потребность познания – одна из основополагающих, фундаментальных потребностей человека, имеющая как чисто практический, так и внутренний духовный стимул. Человек отличается от животных еще и тем, что он, следуя внутреннему побуждению, по выражению братьев Стругацких, «желает странного». Создатель структурной антропологии, исследователь быта и культуры первобытных племен Клод Леви-Строс писал: «Жажда объективного познания образует один из наименее учитываемых аспектов мышления тех, кого мы называем “примитивными”».

Наука, а точнее – донаучное или протонаучное повседневное стихийно-эмпирическое знание возникло практически одновременно с другим не менее важным культурным явлением – искусством. Фактически, наука и искусство – это два вида осознания, анализа и отражения окружающего нас мира: интеллектуальный и чувственный. Повседневное сознание включало массу информации об окружающей среде. Важно было многое: свойства минерального сырья для изготовления орудий и краски, особенности поведения и анатомия животных, полезные свойства сотен растений, климатические и иные природные ритмы, ориентация в пространстве. Простейшие географические схемы-карты, вырезанные на пластинах из бивня мамонта, появились так же еще в верхнем палеолите. Одна из них найдена на стоянке Межиричи в среднем Поднепровье, другая – на стоянке Елисеевичи близ Брянска.

Ритмичные насечки и нарезки на костях, найденных при археологических раскопках древних поселений (например, Елисеевичи, Юдиново, Хотылево 2 в Брянской обл.), неоспоримо свидетельствуют о хорошем знании счета. Счет возник благодаря повседневной практической деятельности, наблюдению за природными ритмами и познавательной процедуре сравнения. Первоначально существовали несколько различных систем счета. Так, чрезвычайно широко применялось число семь – об этом свидетельствуют и археологические, и этнографические данные и даже пришедшие из глубины веков «волшебные» сказки. Причин популярности «магической семерки» несколько: с одной стороны это семь дней при смене фаз Луны, с другой – установленное психологами среднее значение естественной границы оперативной памяти человека. Постепенно в качестве основной закрепилась десятеричная система счисления. Это так же не было случайным явлением: во-первых – десять пальцев на руках, затем – срок беременности в десять лунных месяцев и т.д. Ряд палеолитических предметов, при ближайшем рассмотрении, обнаруживает у наших далеких предков не только элементарные математические знания, но и зачатки астрономических знаний – счет лунных фаз, примечательные моменты движения небесных тел. Свидетельства тому – находки орнаментированных вещей на стоянках Ачинская (жезл) и Мальта (подвески) в Сибири и на стоянке Мезин в Подесенье (браслеты). Археологами В.Е. Ларичевым, Б.А. Фроловым и В.Е. Куриленко в этих орнаментах прослежена лунная ритмика. Не исключено, что далеким предкам, близким к природе, а значит и более чувствительным, чем мы, к влияниям Космоса (например – к солнечной активности, зависящей, в том числе, и от взаиморасположения планет) эти знания были насущно необходимы. Изучение звездного неба было необходимо и для облегчения ориентирования на местности – ведь во время охотничьих рейдов, походов за минеральным сырьем, сезонных переселений люди подчас преодолевали десятки и сотни километров. Календарь, составлявшийся по небесным явлениям, так же был средством решения чисто практических повседневных задач, связанных с определением времени миграций стад животных и самих людей, решения бытовых проблем, проблем воспроизводства рода. Таким образом, математическое и астрономическое знание зарождались в единстве. Оба направления протонауки находили свое отражение в первобытном искусстве.

Произведения изобразительного искусства людей эпохи палеолита свидетельствуют не только о высоком уровне абстрактного мышления, мастерством и чувством гармонии, но и доказывают своим реализмом прекрасное знание анатомии и особенностей поведения животных. Тяга к прекрасному, к необычному, загадочному были одинаково присущи древнейшим нашим предкам вида Homo sapiens. Как иначе объяснить, например, собирание остатков ископаемых организмов – окаменевших кораллов, раковин, костей, использование янтаря? Такие находки встречены на многих верхнепалеолитических стоянках, в их числе – Хотылево 2, Елисеевичи, Юдиново на территории Брянской обл., Костенки под Воронежем, Авдеево и Быки под Курском.

Для получения минеральной краски путем обжига сферосидерита и лимонита необходимо было практическое знание элементарных окислительно-восстановительных процессов. Расщепление кремня вынуждало освоить некоторые стороны (естественно так же чисто практические) такой сложной области знаний, как сопротивление материалов.

Исходя из всего изложенного, можно смело сказать, что именно люди палеолитической эпохи были первыми математиками, физиками, химиками, геологами, палеонтологами, инженерами, астрономами, медиками, биологами и землепроходцами, заложившими фундамент современной цивилизации.

Протонаучные знания в палеолите не только накапливались, но уже и классифицировались. Свидетельствуют об этом многочисленные наблюдения за так называемыми «примитивными» обществами. Так, ведущие примитивное хозяйство чукчи, согласно данным этнографа В.Г. Богораза, имели десятки особых наименований для оленей различного возраста, окраса, качества шерсти – намного больше, чем существует для этой цели слов в языках «цивилизованных» обществ. Только цветов оленьей шкуры чукчи различают 26, возрастных наименований для оленя у них 10. К. Леви-Строс сообщает, что индейцам хопи известно 350 видов растений, индейцам наваха – 500, а у филиппинских племен субанун и хануну, соответственно 1000 и 2000. Племя хануну классифицирует птиц по 75 категориям, змей по 12, рыб по 60, раков по 12, пауков и многоножек по 12, насекомых по 108, пиявок по 4, морских моллюсков по 60 и пресноводных по 25 категориям. При этом, например, в 108 групп насекомых входит не менее 1000 их видов (то есть мы имеем дело даже с усложненной, многоступенчатой классификацией). Такая же сложная классификация растений применяется африканским племенем догонов – 22 семейства, входящие в три больших группы – деревья, кусты и травы. Терминология, применяющаяся «примитивными» обществами для классификации и номенклатура не уступают по сложности принятой Карлом Линнеем, каждый новый термин, зачастую, утверждался на совете племени.

Высшим уровнем обобщения и систематизации накопленной информации в первобытном сознания стало создание мифологической картины мира. Миф – не просто обобщение, а обобщение мира в наглядных чувственно-конкретных, эмоциональных образах. Природа в мифах очеловечивалась, люди переносили собственные черты на весь окружающий мир и он начинал выступать в виде своеобразной «родовой общины» с некими кровнородственными связями. Реки, ветры, звезды, Солнце, Луна, огонь, растения, люди, звери и т. д. – все они были одушевлены, ссорились, мирились, вступали в брак, рожали детей, охотились. В отличие от научно обоснованной картины мира, миф ставил целью не выявление и объяснение действительности, а установление видимости идеального равновесия между родом и природой. С другой стороны древним мифологическим сюжетам свойственно сохранение осколков самых первых научных познаний. Таким образом, для мифологической системы знаний характерны:

-   антропоцентризм,

-   нечувствительность к логическим противоречиям,

-   умозаключения по аналогии,

-   отсутствие противостояния случайного и повторяющегося.

Все события мифов происходят обычно «у начала времен», несмотря на то, что мифы фактически моделируют события, современные их создателям. Из мифов вытекала и система ценностей, поскольку миф придавал вещам символическую значимость. Мифологическая система времен палеолита сложна, трудно восстановима в деталях и отражает чередование мужского и женского начал – к такому выводу пришел французский доисторик Андрэ Леруа-Гуран, исследовавший закономерности размещения наскальной живописи. О высокой сложности первобытной мифологической системы говорят и другие археологические находки. Большое значение в первобытной мифологии играл образ женщины-прародительницы. На множестве стоянок (включая Хотылево 2 близ Брянска) находят статуэтки женщин, как правило – беременных. Некоторые видят в этих статуэтках изображение обычных духов–хранителей очага, но не все так просто. Так, до сих пор не нашло объяснения различное положение на территории древних стоянок внешне практически идентичных статуэток, вырезанных из разного материала: из кости и из мягкого камня. Впрочем, мифологическая основа не мешала древним скульпторам придавать своему произведению портретное сходство с реальной моделью-прототипом. Таково, по крайней мере, мнение археолога Н.Д.Праслова. А вот миниатюрная скульптура с палеолитической стоянки Быки 1 (бассейн Десны) изображает, по всей видимости, тотемного первопредка одного из родов – человека-носорога. Похожие изображения людей-оленей, людей-бизонов и т. д. имеются в наскальной живописи и мелкой пластике палеолита Западной и Центральной Европы. «Сущность тотемизма, заключается во взгляде на мир, в соответствии с которым человек является неотъемлемой частью природы, не имеет резких отличий от других живых видов и обладает той же жизненной сущностью» - считают супруги-этнологи Берндт.

Скульптура из Быков имела, судя по наличию специального ушка для подвешивания, и назначение амулета. Один из древнейших (более 100.000 л.н.) костяных амулетов обнаружен археологом Ф.М. Заверняевым при раскопках неандертальской стоянки Хотылево 1 (Брянская обл.). Так через мифологию и искусство мы подходим к еще одной стороне культуры древнекаменного века – магии. Используя принцип подобия (представление о том, что следствие похоже на причину) и принцип дальнего взаимодействия (представление о том, что вещи, находившиеся в соприкосновении, продолжают взаимодействовать и на расстоянии), магия была попыткой воздействия на мир и других людей путем совершения обряда, ритуала. Мифы так же не только и не столько рассказывались, сколько изображались – как в живописи и пластике, так и в ритуальных танцах. О таких танцах-повествованиях свидетельствуют находки древних ударных и духовых (типа флейты) музыкальных инструментов из костей мамонта и птиц (стоянки Мезин и Хотылево 2 на Десне, Авдеево на Сейме и другие). Свидетельства защитной магии, привлечения силы духов-покровителей тоже известны археологам. Например, на упоминавшейся стоянке Быки 1 над входом в жилище был установлен огромный череп бизона. Магия не исчезла с разложением первобытнообщинного строя и развитием науки и продолжает в видоизмененной форме бытовать и поныне.

Около 12000 лет назад начались глобальные природно-климатические изменения на нашей планете, деградация и исчезновение ледника, смена фауны и растительных сообществ. Биологическая продуктивность ландшафтов резко упала, тундростепи и криофитные саванны сменялись тундрами и лесами. Человечество оказалось ввергнутым в крупномасштабный экологический кризис, и было вынуждено на больших пространствах перестраивать хозяйство, быт, свой экономический уклад. Охота на стадных животных поначалу сменилась охотой на лесного зверя, резко возросла роль рыболовства и собирательства. С активизацией перемещений совершенствовались транспортные средства – сани, лыжи, простейший водный транспорт (плоты, челны).

Постепенно, с накоплением нового опыта и новых практических знаний и освоением таких принципиально новых видов деятельности, как земледелие и скотоводство, начался переход от присваивающего хозяйства к производящему. После крушения «ледникового Эдема» человечество впервые нашло способ в должной мере обеспечить себя необходимыми продуктами питания, входя в эпоху стабильности. Этот переход английский археолог Гордон Чайльд назвал неолитической революцией. Именно этот революционный переход в хозяйстве был важным шагом к возникновению техногенной цивилизации, а одновременно – превращения доисторической протонауки в науку. В это время было освоено и широкое производство изделий из первой в истории пластической массы – керамики. Изобретена она была еще в палеолите, о чем говорят находки на стоянках Костенки, Майнинская, Дольни Вестонице, однако кроме, как в малых формах пластики (терракотовая скульптура), применения тогда не нашла.

Неолитическая революция происходила не сразу и не повсеместно на значительной же территории умеренной климатической зоны сложилась ситуация, которую можно назвать «экспортом» неолитической революции – в места обитания более отсталых племен приходило население с уже сложившимся земледельческо-скотоводческим укладом, ассимилируя или изгоняя местных жителей. Такая ситуация, в частности, имела место в Подесенье около 4000 лет назад. Однако древнейшие очаги цивилизации, науки и письменности возникли гораздо раньше. Наиболее ранний прорыв в новую эпоху произошел на территориях южнее умеренного климатического пояса. Первыми очагами земледелия стали следующие области Ойкумены (населенного мира): Передняя Азия, Юго-Восточная Азия, Северо-Восточная Африка, Центральная Америка, Анды. В этих экономически передовых регионах раньше всего сложились условия для возникновения цивилизации и превращения протонауки в науку. Но и здесь процесс смены типов хозяйства занял тысячелетия. Вопрос о том, когда и где человек впервые стал обрабатывать землю, давно обсуждается специалистами. Большинство из них до недавнего времени полагали, что это произошло около 10000 лет назад на территории современных Израиля и Иордании. Агроном С. Лев-Ядун, археолог А. Гофер и ботаник Ш. Аббо из Израиля, обобщив археологические, ботанические и генетические свидетельства, пришли к выводу, что родиной земледелия следует считать небольшую область в верхнем течении Тигра и Евфрата, на стыке нынешних Юго-Восточной Турции и Северной Сирии. Дикие предки всех семи главных сельскохозяйственных культур неолита – пшеницы-однозернянки, эммера (двузернянки), ячменя, чечевицы, гороха, вики горькой, мелкого «турецкого» горошка и льна встречаются вместе только в этом районе. Маловероятно, что такие редкие виды были 10.000 лет назад порознь окультурены вне пространства их совместного произрастания. Мифологическое сознание начало активно дополняться и преобразовываться рациональным. Начали расти знания в областях не только биологии (приручение животных, простейшая селекция), но и географии, медицине, зародившейся металлургии и других областях прикладной химии. Грандиознейшим изобретением древних цивилизаций была письменность – первый принципиально новый способ передачи информации после возникновения речи. Жречество Двуречья и Египта, друиды Европы, волхвы индоевропейских племен обладали уже весьма обширными астрономическими и математическими знаниями. Об этом свидетельствуют Зиккурат (ступенчатая пирамида, являвшаяся одновременно храмом и обсерваторией) Вавилона, Великие Пирамиды и храм Амона Ра, Стоунхендж и другие мегалитические комплексы в Британии, городище-обсерватория Аркаим на Южном Урале, а так же многочисленные письменные источники. Не в меньшей степени были знакомы с астрономией и цивилизации майя и ацтеков, создавшие на основе многолетних наблюдений не только совершенную календарную систему, но и предсказавшие на сотни лет вперед ряд других астрономических явлений. С древней астрономией и мифологией индейских племен связаны знаменитые ступенчатые пирамиды-храмы и гигантские рисунки в пустыне Наска.

Жрецы Двуречья (халдеи) поведали Александру Македонскому, что к моменту их встречи непрерывно вели астрономические наблюдения в течении 1903 лет, отметив за этот период 832 лунных и 373 солнечных затмения. А для отдельных выводов, по мнению современных археоастрономов, жрецам Вавилона были необходимы данные за последние 30000 лет! Древневавилонская математика уже была способна оперировать не с числом конкретных объектов, а с абстрактными числами.

Стоунхендж, согласно кельтской легенде, сотворил учитель короля Артура волшебник Мерлин, перенеся громоздкие каменные глыбы из Ирландии и крайнего юга Англии в графство Уилтшир, и возвел там пережившее века святилище. Оно представляет собой двойную круговую ограду-кромлех из вертикально установленных крупных камней, возведенную между III и II тысячелетиями до Рождества Христова в пять этапов. Большая часть кровельных плит Стоунхенджа весит по несколько тонн. Стоунхендж создавался и совершенствовался тысячелетиями. 5000 лет назад святилище обнесли рвом, оградив его с внешней стороны невысоким земляным валом шириной около 100 м. Перевезенные в Стоунхендж за много километров глыбы использовались при строительстве первой ограды – ее возвели около 4500 лет назад. Около 4000 лет назад – в Стоунхендже были установлены трилиты и 30-тонные эоловые столбы - их пришлось перетаскивать за 30 км. Самый же грандиозный этап строительства начался с доставкой синих менгиров. К тому времени не завершенный первый пояс был разрушен для того, чтобы уступить место еще более величественному сооружению. Стоунхендж был постоянно совершенствовавшейся лунно-солнечной обсерваторией. Судя по положению камней, неолитические астрономы смогли зафиксировать даже отклонения орбиты Луны под влиянием Солнца. Вновь такой точности смог в дальнейшем достигнуть лишь Тихо Браге в XVI веке. Наиболее известным святилищем-обсерваторией на территории России является городище Аркаим на южном Урале. Следы древних астрономических знаний выявлены археологами и непосредственно на территории Брянской области. В 1949 году Борис Рыбаков (1908-2001, академик АН СССР – РАН и директор Института Археологии с 1956 по 1987 гг.) произвел раскопки городища Благовещенская гора в селе Вщиж Жуковского района. Там было обнаружены остатки святилища с полукольцом деревянных идолов, сориентированных осью на точку восхода Солнца в день весеннего равноденствия – брянский Стоунхендж. Возраст Вщижского святилища – около 2000 лет.

Многочисленные рассуждения, гипотезы, и, увы, околонаучные спекуляции связаны с проблемой Атлантиды. Цивилизация атлантов, освещенная в трудах Солона и Платона, могла быть источником многих древних научных знаний. Наиболее вероятным следует признать атлантами создателей высокой минойской цивилизации, возникшей около 8000 лет назад и погибшей при катастрофическом извержении вулкана Санторин. Вполне возможно, что мезолитическое искусство Испании, и часть древнеегипетских и античных знаний происходят именно от атлантов-минойцев. Большинство же версий на тему Атлантиды в Атлантике и ее гибели в результате удара астероида (например, «гипотезы» писателя В. Щербакова) – либо пример недобросовестного отношения к научным фактам, либо, что еще хуже, прямой фальсификации научных данных и некритического отношения к античным источникам.

 

Лекция 3. Античная натурфилософия.

Незнание природы – великая неблагодарность.

Плиний Старший

 

Кому не известны ставшие символами древней культуры Парфенон, Афинский Акрополь, Олимпийские игры, Колизей? Великая и прекрасная античная цивилизация относится к цивилизациям второго круга, собравшим в своей основе главные достижения и знания более древних сообществ, сложившихся в зонах орошаемого земледелия.

Еще в бронзовом веке, в около 1500 лет до н.э. греки-ахейцы разрушили крито-минойскую цивилизацию и начали активную колонизацию Малой Азии и Восточного Средиземноморья (к этому времени относится описанная Гомером Троянская война и последующие злоключения царя Одиссея). Завоевание Греции северо-балканскими племенами в XIII в. до н.э. отбросило созданную ахейцами цивилизацию на несколько столетий назад, XII-IX вв. до н.э. историки называют «темными веками». Однако, именно в это время греки осваивают технологию сыродутной выплавки и обработки нового металла – железа. Распад родового строя и формирование классового общества с новыми экономическими отношениями дали предпосылки для расцвета материальной и духовной культуры. Началась новая активная колонизация греками Средиземноморья и Причерноморья, так же стимулировавшая развитие торговых и культурных связей, ибо колонии выступали посредниками между метрополией и местным населением со своими традициями. Антропологи, по результатам раскопок некрополей, отмечают даже факты смешанных браков колонистов с местными жителями в Ольвии, Херсонесе и других Причерноморских полисах и их пригородах. Колонизация окраин Ойкумены способствовала развитию инициативы, здравомыслия, предприимчивости, энергичности, рациональности, гражданского образа мышления в личностях. Аристократическое правление постепенно сменялось в полисах различными видами олигархии и демократии. Все это способствовало качественному скачку в древнегреческой культуре.

Одним из выдающихся достижений античной цивилизации стала натурфилософия (философия природы, целостное учение об окружающем мире) – первая историческая форма научного знания. Древнейшая, известная нам, научная школа, еще являвшая собой смесь математики, астрономии, философии, магии и мифологии была основана в конце VI в. до н.э. мудрецом Пифагором в Кротоне (Италия). Пифагорейский союз просуществовал более 150 лет и дал огромный толчок не только науке, но и политической жизни.

Пифагор (около 540-500 до н.э.) – математик и геометр, философ, целитель. Подлинных проверенных сведений о нем не столь уж много. Многие женщины и мужчины его аскетической школы-общины считали его божеством – Аполлоном Гиперборейским. Доподлинно известно, что родился и вырос он на острове Самос, много путешествовал, учился у жрецов Египта, Вавилона и Индии. «Все есть число» - утверждал Пифагор, считая, что мир можно познать с помощью «божественной» математической логики. И не только познать, а даже овладеть тайнами реинкарнации – переселения душ. Несмотря на мистическую оболочку, на счету у Пифагора доказательства положений египетской и вавилонской математики (включая знаменитую теорему), теория пропорций, теория музыкальной гармонии, теория чисел. Важным было заключение, что за качественным разнообразием вещей стоит их количественное единство. В области астрономии пифагорейцы научились различать на небе 5 планет, первыми высказали идеи шарообразности Земли и центрального положения Солнца в нашей планетной системе. После смерти Пифагора его ученики открыли несоизмеримость диагонали и стороны квадрата, равной единице (2), что повергло их в шок, ибо разрушало ставшую для них привычной теорию числовой гармонии мира.

Объявленное пифагорейцами основой мира Число было нематериальным. Возник извечный спор о приоритете материи либо идеи в мироустройстве. С той поры идет с переменным успехом непримиримая борьба материалистов и идеалистов. В Элладе их философские программы можно условно назвать «атомистической» и «математической». Математические, идеалистические взгляды Пифагора оказали огромное влияние на его последователя – Платона, жившего более ста лет спустя. Кстати, Пифагор стал одним из героев высокохудожественных «Диалогов», созданных Платоном.

Платон (428-348 до н.э.) – выдающийся древнегреческий ученый, считавший, что все компоненты Вселенной упорядочил Бог. Материя была для Платона лишь проекцией мира идей, все чувственные предметы – порождениями определенных идей, их тенями. Что же касается материальных тел, в том числе и живых, то по Платону они сочетают в себе в разных пропорциях четыре компонента: огонь, воду, землю и воздух. Все учение Платона изложено в диалогах, главные из которых «Федр» (здесь дается учение о бесплотных идеях и их материальных отражениях), «Теэтет» (изложение теории познания) и «Тимей» (натурфилософия Платона). Большое значение Платон придавал математике, лишь с помощью которой, как он считал, можно было приблизиться к пониманию идеального нематериального мира. Не случайно над воротами его Академии было написано «Несведущим в геометрии вход воспрещен». Академия, созданная Платоном в оливковом саду на окраине Афин просуществовала затем почти тысячелетие. Среди учеников Платона наибольшую славу приобрел Аристотель.

Аристотель (384-322 до н.э.) – величайший древнегреческий ученый, философ, известный так же, как наставник будущего полководца и императора Александра Македонского (с 343 г.). Родился он в Стагире, жил в Афинах, где после обучения в Академии Платона создал собственную школу – Ликей (Лицей). Его ум позволял ему даже не соглашаться с учителем по многим вопросом, произнося «Платон мне друг, но истина дороже!» В первую очередь это касалось невозможности, по мнению Аристотеля, отрыва идеи от реальной вещи. Мир един – утверждал он. Любая вещь состоит из материи (пассивное начало) и формы (активное начало). Форма форм – Бог, движущее начало мира. Неопределенная хаотичная субстанция – первоматерия – приобретает свойства благодаря простейшим формам-антагонистам – теплому, сухому, холодному и влажному. Парное сочетание этих форм дает четыре стихии-первоэлемента – огонь (Т+С), воздух (Т+В), воду (Х+В) и землю (Х+С). В «надлунном» космическом мире, по Аристотелю, властвует пятая, неизменная и непревращаемая стихия – эфир (ибо «природа не терпит пустоты», что континуально противоречило атомистической модели, которую мы рассмотрим ниже). Заложил Аристотель и начала механики, а так же придумал первую в истории систематику животных, исследуя их анатомию и морфологию.

Теофраст (372-287 до н.э.) – ученик Аристотеля. Главной его заслугой была систематизация в 18 томах всей античной философии от Фалеса до Платона. Кроме того, он и сам создал ряд трудов по биологии, минералогии, физике, психологии, философии. Наиболее значительны его ботанические работы, в которых он классифицировал и систематизировал известный ему растительный мир по морфологическим, географическим и медицинским свойствам. Теофраст вместе с Аристотелем могут считаться одними из первых ученых-ботаников.

Теперь рассмотрим атомистическую программу. Интересно, что подавляющее большинство античных стихийных материалистов придерживались гилозоизма (от «гиле» – материя и «зое» – жизнь) – то есть, считали, что всей материи присуща способность к ощущению, восприятию. Это, видимо, было не новым словом в мировоззрении, а, напротив, пережитками, отголосками первобытного анимизма, бытовавшего ранее и одушевлявшего силы природы, природные явления.

Фалес (624-546 до н.э.) – древнегреческий философ, математик, астроном, физик, путешественник и купец, один из Семи мудрецов Греции. Сформулировал понятие субстанции или стихии, как основы материального мира. Считал первородной стихией воду, из которой получаются все остальные. Первым начал исследовать электрические явления (он обнаружил, что камень янтарь – «электрон» по-гречески – в результате трения приобретает свойства притягивать легкие тела, а так же изучал свойства магнита). Его мировоззрение сформировались в результате знакомства с знаниями жрецов Египта. Именно благодаря этим знаниям он смог предсказать солнечное затмение 28 мая 585 г. до н.э., умел измерять расстояния до недоступных предметов. Основал в Милете философскую школу. Среди непосредственных учеников Фалеса Милетского наиболее известны Анаксимандр и Анаксимен.

Анаксимандр (около 610-546 до н.э.) был автором философского сочинения «О природе». Первовеществом он считал уже не воду, а «апейрон», породивший воздух и воду. Предками человека считал рыб, что подразумевало эволюцию.

Анаксимен (около 588-525 до н.э.) – древнегреческий философ. Первоначальной стихией называл воздух, являвшийся по его представлениям источником не только всех остальных стихий (разреженный воздух по Анаксимену – огонь и небесные светила, сгустившийся – вода и даже земля), жизни, но и психических, духовных явлений.

Гераклит (554-483 до н.э.), философ из Эфеса, в отличие от предшественников, основой всего сущего считал стихию огня. Логическое обоснование такой трактовки следующее: природа изменчива так же, как изменчив и непостоянен огонь. Гераклит утверждал, что мир существует извечно, не будучи созданным богами или людьми. Его основу составляет умирающий (становящийся водой и землей) и возрождающийся (в виде покидающего воду огненного смерча) огонь. Таким образом, огонь объединяет Вселенную и вечно перетекает из одной формы в другую. Развитие извечно существующего мира, согласно Гераклиту, является результатом непрерывной борьбы противоположных начал. «Противоречивость сближает, разнообразие порождает прекраснейшую гармонию, и все через распрю создается» - писал он 2,5 тысячи лет назад. От века, по Гераклиту, весь мир пронизан и Логосом (мировым смыслом, мировым разумом). Таким образом, Гераклит обогатил античное научное знание следующими идеями:

-      единство и вечность Вселенной;

-      закономерность явлений;

-      вечное движение;

-      единство жизни природы и жизни духа.

Эмпедокл (493-433 до н.э.) – философ из города Агригента (Сицилия) – развил учение Гераклита о единстве и борьбе противоположностей. Все многообразие мира он считал порождением взаимодействия через любовь и вражду четырех стихий: огня, эфира (воздуха), воды и земли. Важной следует считать и догадку Эмпедокла об эволюции живых существ, хотя его «теория естественного отбора», в отличие от предложенной через 2300 лет Ч. Дарвином, была весьма наивной. Он полагал, что отдельно возникшие органы случайно соединяются и выживают существа наиболее гармонично сложившиеся. Эмпедокл так же интересовался медициной, был активным политиком. Погиб бросившись в кратер вулкана Этна.

Анаксагор (500-428 до н.э.) родившийся в городе Клазомены в Малой Азии и ставший не только ученым, но и видным государственным деятелем в Афинах. Представлял движущей силой Вселенной ум – некую тончайшую материальную субстанцию. Каждая из частиц материи, по мнению Анаксагора, могла делиться до бесконечности. Это был первый шаг к знанию о структурной организованности мира и атомистическим представлениям, развитых в виде атомистического материализма Левкиппом и Демокритом. За безбожие в 433 г. до н.э. был изгнан из Афин и основал свою школу в Ласпах.

Левкипп (около 500-440 до н.э.) – ученик Зенона Элейского, весьма загадочная для историков личность, автор утраченных впоследствии сочинений «Великий Диакосмос» и «Об уме», выдвинувший идею атомного строения материи. Некоторые считают, что труды писались им в соавторстве с учеником – Демокритом из Абдер во Фракии.

Демокрит (460-370 гг. до н.э.), написавший труд «Малый Диакосмос» (как и другие его работы, не дошедший до наших дней и известный лишь в пересказах) и развивший атомистические идеи – ученик Левкиппа. Левкипп и Демокрит считали, что в основе материального мира лежат мельчайшие неделимые, подвижные, различные по форме (но строго геометрически совершенные) частицы – атомы. Благодаря их разнообразию и сложным сочетаниям достигается все многообразие мира. Вторым первоначалом мира считалась пустота. В народе Демокрит получил прозвище «смеющегося философа», поскольку его забавляла людская глупость. Продолжателями атомистических идей Демокрита и Левкиппа стали греческий философ Эпикур и римлянин Лукреций.

Эпикур (около 341-271 до н.э.) – автор трактата «О природе», в 306 г. до н.э. основал в Афинах не уступавшую Академии Платона философскую школу «Сад Эпикура», где обучал своей системе философии. В качестве учеников допускались женщины и даже рабы. Философию Эпикур подразделял на три направления – физику, изучавшую природу, канонику, занимавшуюся законами познания, и этику, связанную с поведением, взаимоотношениями людей и поиском смысла жизни и счастья. Последний, согласно воззрениям Эпикура, заключался в отсутствие страданий, здоровье тела и безмятежном состоянии духа. Философ называл это «Теорией разумного наслаждения». Боги, по Эпикуру, существовали, но не вмешивались в дела людей, ввиду чего их не нужно было ни бояться, ни умилостивлять. Знание законов природы, считал Эпикур, освобождает от суеверий, страха смерти и всякого рода религий.

Тит Лукреций Кар (96-55 до н.э.) – римский поэт и философ, написал поэму «О природе вещей», в которой он пропагандировал и развивал идеи Демокрита и Эпикура. Это многогранное, талантливое и высокохудожественное произведение, дало пищу для ума не только философам и естествоиспытателям, но также археологам и историкам. Так, например, Лукреций выделил несколько эпох становления человечества, впоследствии названных каменным, бронзовым и железным веками. Красочно описаны в поэме и разнообразные природные явления и их причины. Основные же естественнонаучные положения его произведения таковы:

-    в мире нет ничего, кроме пустоты и извечной движущейся материи, состоящей из неделимых, различных по форме атомов;

-    Вселенная бесконечна и состоит из бесконечного множества возникающих, развивающихся и гибнущих миров;

-    жизнь существует как на Земле, так и в других мирах;

-    «из ничего не творится ничто по божественной воле»;

-    живые существа не сотворены, а возникли естественным путем, через стадии уродливых превращений вплоть до жизнестойкой формы.

Вернемся из Древнего Рима в конец IV в. до н.э., к концу эпохи Александра Македонского, создавшего за двенадцать лет невиданную по масштабам империю, ознаменовавшую начало эпохи эллинизма. Развивались торговля, экономика, культура и наука. В дельте Нила был заложен первый в истории мегаполис – город Александрия (к 1 в. до н.э. его население достигло миллиона человек) с храмом муз – Музеем, включавшим обсерваторию, зоологический и ботанический сады, помещения для работы ученых всего мира и библиотеку в 700.000 папирусных свитков. Музей Александрии был прообразом современных академических научных учреждений и академгородков. Александрия прославлена именами множества выдающихся ученых.

Евклид (около 300 до н.э.)- стоял у истоков Александрийской математической школы. Тринадцатитомный труд «Начала» излагал все математические достижения, включая теорию чисел, геометрию на плоскости, стереометрию. «Начала» лежат даже в основе современного школьного курса геометрии. Правившему тогда в Александрии царю Птолемею I, посетовавшему на сложность книг ученого, Евклид с достоинством сказал: «Нет царского пути в геометрию!»

Эратосфен (276-194 до н.э.) – родившийся в Кирене александрийский ученый-энциклопедист, проявил себя в математике, географии, истории, филологии, музыке, философии и астрономии. Первым измерил длину меридиана.

Архимед (287-212 до н.э.) – этот великий ученый получил образование в Александрии, но родился и жил в Сиракузах, будучи советником царя Гиерона II. Вычислил значение числа (отношение длины окружности к диаметру), открыл, что сфера занимает 2/3 объема цилиндра того же диаметра, открыл несколько фундаментальных законов геометрии, механики, изобрел архимедов винт, архимедово колесо (для подъема воды), катапульту. Его знание законов рычага позволило ему говорить: «Дайте мне точку опоры и я переверну Землю!» - иначе говоря, большие массы можно было двигать малой силой. Знаменитый выкрик Архимеда «Эврика!» (Нашел!) связано с открытием способа измерения объема сложных тел, сделанным в ванной (Гиерон поставил Архимеду задачу определить, из чистого ли золота сделана его новая корона). Был убит невежественным римским солдатом во время взятия Сиракуз. Архимед чертил на песке, последними его словами было: «Не трогай мои чертежи!»

Клавдий Птолемей (83-161 н.э.) – александрийский географ, математик, музыкант и астроном. Известны его труды «География» и «Альмагест», обосновывавшие сложную геоцентрическую систему мира. Согласно последней, светила движутся по эпициклам, а центры эпициклов – уже по окружности-дифференту вокруг неподвижной Земли. Несмотря на ошибочность, теория Птолемея позволяла весьма точно вычислять движения Солнца, Луны и планет.

Среди александрийской плеяды можно вспомнить так же имена математиков Никомеда и Аполлония Пергского. В эллинистическую эпоху развивались не только математика и механика. Значительные шаги сделали биология и медицина. О достижениях в этой области Аристотеля и Теофраста уже говорилось выше, но есть и другие выдающиеся имена.

Гиппократ (460-356 до н.э.) – ученый-врач из города Коса, где у гробницы Асклепия располагалась его школа (впрочем, он странствовал по всей Греции, обучая медицине). Он первым выделил медицину из натурфилософии в качестве самостоятельной науки, считая жизнь процессом взаимодействия четырех жидкостей тела – крови, слизи, и черной и белой желчи. «Лечить надо не болезнь, а больного» - говорил первый медик, имея в виду, что все назначения должны быть индивидуальны для каждого человека. Учениками Гиппократа были великие античные врачи Герофил и Праксагор, основавший Александрийскую медицинскую школу. Помимо научных основ медицины Гиппократ сформулировал и ее этические основы, получившие название Клятвы Гиппократа, приносимой поныне молодыми медиками.

Клавдий Гален (129-199 н.э.) – родился в Пергаме, жил в Риме, став другом и придворным врачом императора Марка Аврелия. Написал свыше 250 работ. Главным объектом его исследований была «запретная тема» (вскрывать трупы было запрещено под страхом смерти) – анатомия человека и животных. Созданная Галеном терминология используется до сих пор, велико значение познаний о функциях спинного мозга, верно оцененное лишь в XIX в.

Плиний Старший (23-79 н.э.) – Гай Плиний Секунд замыкает наш ряд античных естествоиспытателей. Из обширного наследия этого римского администратора и писателя-энциклопедиста, до нас дошла его «Естественная история» в 37 томах, собравшая более 20000 фактов и основанная на собственных наблюдениях, рассказах и данных 400 других авторов. Погиб, наблюдая извержение Везувия, погубившее Помпеи и Геркуланум.

В первых веках новой эры античная наука стала постепенно приходить в упадок, не будучи востребованной утратившей передовые позиции, дряхлеющей рабовладельческой системой. Сменялись вехи истории. Начиналась эпоха Средневековья.

 

 Лекция 4. Положение естествознания в эпоху Средневековья

Все, что видим мы – видимость только одна

Далеко от поверхности мира до дна

Полагай несущественным явное в мире,

Ибо тайная сущность вещей – не видна.

Омар Хайям

 

Средневековое сознание было ориентировано, прежде всего, на межличностные отношения, на эмоциональную сторону жизни. Любая вещь воспринималась с точки зрения ее полезности, без учета ее объективных связей с миром. Точно так же и человек характеризовался не по своим объективным чертам – талант, деловитость, ум и т.д., а через социально-иерархические ценности – власть, авторитет, богатство, престиж. Знание же рассматривалось всего лишь как побочный продукт духовно-религиозной деятельности. Во многих житиях святых мы можем встретить мнение о том, что даже совершенно неученый человек способен получить премудрость и знание напрямую от Бога. Коли так – наука теряла смысл, все стала определять вера. Ценностно-эмоциональное восприятие доминировало над познавательно-рациональным, а точкой отсчета в ценностной системе духовного мира религиозный дуализм поставил антагонистические понятия: добро и зло, Бог и Сатана, небесное и земное, божественное и человеческое, святое и грешное. Отношение к Богу довлело над отношением к второстепенной, по мнению средневековых людей, природе. Ориентация на выявления ее объективных закономерностей отсутствовала. Но, поскольку производство нового знания – историческая необходимость, то и в крайне консервативном средневековом обществе наука продолжала развиваться.

Новым словом в истории образования стали университеты. Возникновение таких светских учебных заведений стало возможным только в эпоху развитого средневековья, когда, благодаря успехам агрономии и ряду изобретений возросло сельскохозяйственное производство (трехпольная система, колесный плуг), расширились ремесло и торговля, начали поощряться облегчающее физический труд изобретательство (кривошип, маховик) и инженерное дело. В каждом из них было четыре факультета: подготовительный или философский (факультет свободных искусств, где обучали основам грамматике, риторике, диалектике, математике, астрономии и музыке), медицинский, юридический и высший, но непопулярный – теологический. Первые университеты появились в Болонье и Оксфорде (XII в.), Париже (1200), Кембридже (1209), Неаполе (1224), Тулузе (1229), Праге (1349), Вене (1365), Гейдельберге (1385).

В средневековой науке можно выделить три традиции познания:

-    Схоластическую традицию, опирающуюся на простейшую логику, предание и умозрение, и ставившую основным вопросом соответствие реального бытия понятиям разума. В основу традиции легли принципы античного платонизма, истолкованные в духе христианства. Главные ее достижения лежат в областях теологии и космологии, в которых предмет познания реально не представлен и разум остается единственным средством анализа предмета на основе умозаключений;

-    Герметическую традицию (от имени легендарной «полубожественной» личности из Египта первых веков н.э. Гермеса Трисмегиста – то есть Трижды Величайшего, заложившего основы герметизма), опирающуюся на ритуал, магию, рецептурно - манипуляторное и предметно-преобразовательное начала, сверхъестественные силы. Ритуалы сопровождали почти все действия не только в ремесленно-мануфактурном производстве (отсюда, кстати, берут начало «вольные каменщики» - масоны) и других отраслях хозяйства, но и в политике, юриспруденции, познании мира. Самые яркие воплощения герметизма – средневековые алхимия, астрология, медицина.

-    Опытно-эмпирическую традицию, в которой критерием истинности и точкой отсчета был личный опыт. Эта традиция развивалась под влиянием античных естественнонаучных идей Аристотеля. Представители этой традиции видели в научном знании средство расширения практического могущества, улучшения реальной жизни людей.

Несомненной заслугой схоластов было то, что в их трактатах предвосхищались идеи математической логики. Среди средневековых ученых схоластического направления можно назвать немало ярких имен, обладатели которых зачастую непримиримо противостояли друг другу:

Иоанн Дунс Скот (1266-1308) – шотландский философ-схоласт, профессор Оксфордского университета, францисканец, автор «Оксфордского сочинения», в котором он утверждал первенство воли над интеллектом и единично-конкретного над абстрактно-всеобщим. Противостоял доминиканской схоластической школе Фомы Аквината.

Оккам Вильям (1285-1349) – английский философ-схоласт, профессор Оксфордского университета, автор трудов «Распорядок», «Свод всей логики», «Об истолковании», францисканец. В своих трудах Оккам подчеркивал значение научного знания. Особо известно в современном естествознании правило «бритвы Оккама», звучащее так: «не умножай число сущностей сверх необходимого». Иначе говоря, несводимые к опытному и интуитивному знанию понятия должны удаляться из науки. В 1327 году Оккам был отлучен папой римским от католической церкви за противостояние учению Фомы Аквинского.

Буридан Жан (около 1300-1358) – французский философ, распространитель идей Оккама. Один из создателей теории «импетуса», связавшей динамику Аристотеля с динамикой Галилея. Теория эта утверждала, что в падающем теле благодаря тяжести накапливается импетус (поэтому скорость при падении возрастает), в процессе движения импетус расходуется на преодоление трения, исчерпав импетус тело останавливается. Теория импетуса способствовала развитию физических понятий инерции и силы. Известен Буридан и парадоксом детерминизма воли, названным так же «Буридановым ослом» - осел помещенный на равном расстоянии от двух одинаковых связок сена должен околеть от голода, будучи неспособным сделать выбор в пользу одной из них.

Фома Аквинский (1225-1274) – монах-доминиканец из Италии, создатель томизма – философской основы католицизма. Фомой Аквинским были сформулированы пять логических доказательств существования Бога. Он рассматривал мир, как иерархическую систему, на нижней ступени которой находится природа, материальный мир, а на высшей – Божественный дух, творящий все сущее. В своих сочинениях «Сумма теологии», «Сумма против язычества» Фома Аквинат утверждал, что природа завершается в благодати, разум в вере, познание – в сверхъестественном откровении. Считал вредной любую науку, которая не направлена на познание Бога. Он сочетал в своем творчестве и исследованиях схоластическое и герметическое направление, будучи философом-схоластом (и даже систематизатором схоластики) и алхимиком. Несмотря на это, в 1323 году был канонизирован, как святой католической церкви.

Алхимия – одно из наиболее известных направлений герметизма. Она преследовала, как основные цели, поиски философского камня и иных способов «превращения» неблагородных металлов в золото или серебро, эликсира бессмертия, алкагеста (универсального растворителя). Алхимики в процессе проводимых ими исследований попутно решали многие практически важные задачи: ими были получены сведения о многих процессах и открыты различные методы производства продуктов, пользовавшихся большим спросом. Именно алхимики заложили фундамент для создания химии. Различают три пути развития алхимии: греко-египетский, арабский и западноевропейский, выделение которых в структуре алхимических исследований обусловлено, прежде всего, особым пониманием целей и предмета в каждом из них.

Еще в Египте растущий спрос на благородные металлы подтолкнул ученых к реализации предполагавшейся тогда возможности «трансмутации» - превращения одного металла в другой, (в частности, свинца или железа в золото). В ходе поиска философского камня углублялись и расширялись знания о химических процессах. В период правления римского императора Диоклетиана алхимия впервые была запрещена, а труды алхимиков сожжены, так как властитель боялся, что дешевое золото подорвет уже шаткую экономику империи. Следующий этап развития алхимии – раннее и развитое средневековье (VIIXIII вв.).

Джабир ибн Хайям (721-815) - прославившийся в Европе под именем Гебер наиболее известен среди раннесредневековых арабских алхимиков. Он, в частности, описал нашатырь, способ перегонки уксуса для получения уксусной кислоты, технологию получения свинцовых белил. Но главной его целью была все та же трансмутация металлов. По мнению Гебера, жидкая ртуть, была наиболее чистым металлом. Другой необычный элемент – сера, способная самовоспламеняться. Семь основных металлов, таким образом, по Геберу представляли собой смесь ртути и серы: чем меньше серы, тем они более прочны, блестящи и ковки. Для превращения одного металла в другой необходимо иметь некое вещество – эликсир или философский камень, обладающий целым набором чудесных свойств: исцелять от всех болезней, давать бессмертие, превращать неблагородные металлы в серебро и золото.

Последний этап развития алхимии – западноевропейский. Во время эпохи крестовых походов европейцы заимствовали у арабов многие научно-практические знания, включая алхимию. Самым важным достижением европейской алхимии было открытие серной и азотной минеральных кислот, с помощью которых удалось осуществить многие новые реакции, растворить вещества, считавшиеся нерастворимыми (даже золото в «царской водке»). Европейские химики ввели в качестве третьей части металлов (наряду с серой и ртутью) соль, считая, что соли придают ртути свойство затвердевать и противостоять огню. В связи с этим изучено было огромное количество солей. Особой заслугой западноевропейских алхимиков следует назвать изучение продуктов брожения: вина и уксуса. В результате именно в Западной Европе научились получать чистый спирт путем перегонки крепких вин и водки. В 1317 году папа Иоанн XXII, подобно Диоклетиану предал алхимию анафеме, как сатанинское искушение, но это не помогло – она продолжала развиваться. Таким образом, были подготовлены условия для исследования химических соединений, их применения в медицине и практической науке. Поскольку герметизм был тайным, а часто и запретным учением, имена герметистов малоизвестны. Впрочем, одно такое имя рубежа эпох Средневековья и Ренессанса в последующие времена упоминается весьма часто.

Нострадамус (1503-1566) – Мишель Нотрдам. Легендарный врач, астролог и лейб-медик при дворе французского короля Карла IX. Всемирную известность получили его стихотворные произведения «Центруии» (Столетия) и «Знамения», в которых в характерной для герметизма иносказательной форме была предсказана история Европы и человеческой цивилизации в целом. Точность предсказаний и дешифровка стихотворных катренов Нострадамуса по сей день вызывает бурные дискуссии не только среди магов и астрологов, но и среди ряда академических ученых. Имеется и множество спекуляций, особенно политических (вспомним пришедшую на этой волне к власти в 1991 г. команду Ельцина), «на темы Нострадамуса», не имеющих ничего общего с реальными текстами.

Что касается представителей опытно-эмпирической традиции средневековой науки, то наиболее яркими ее представителями могут быть названы Гроссетест и Бэкон.

Гроссетест Роберт (1175-1253) – профессор Оксфордского университета, а затем епископ Линкольнский. Он одним из первых в средневековой науке Англии уделил должное внимание естествознанию. Наряду с богословскими сочинениями и комментариями к трудам Аристотеля, Гроссетест написал ряд трактатов по математике, оптике, астрономии, о природе звуковых колебаний и морских приливов и отливов. Важны и интересны его методологические разработки. По его мнению, изучение явлений должно начинаться с опыта, затем в результате его анализа происходит обобщение, приводящее к созданию некоего общего положения – гипотезы. Ее следствия, полученные методом дедукции, вновь подвергаются опытной проверке уже на новом уровне.

Бэкон Роджер (1214-1294) – магистр Оксфордского университета, ученик и близкий друг Роберта Гроссетеста, философ и естествоиспытатель. Прослыл одним из самых смелых и передовых умов средневековья. Из трех источников познания (авторитет, разум и опыт) Бэкон отвергал авторитет, считая его недостаточным без доводов разума. Разум же в свою очередь, может отличить истинное от ложного лишь базируясь на опыте. Таким образом, опыт – основа науки. Следуя этому постулату, Роджер Бэкон стремился к практическому применению знаний. Он предвидел создание в будущем быстроходного судна без гребцов (с мощным двигателем), самодвижущейся повозки, летательных машин. Изучая законы оптики, Бэкон предсказал изобретение очков, телескопа и микроскопа. Первым из европейцев Бэкон составил рецепт пороха. Такое опережение эпохи не прошло даром: клерикалы обвинили ученого в черной магии, выслали из Оксфорда в Париж лишив права преподавать, а затем заключили на 14 лет в тюрьму, откуда он вышел нищим дряхлым стариком.

Мы уже упоминали арабского алхимика Гебера. Средневековая арабская наука достигла более значительных успехов, чем европейская, поскольку не была столь жестко связана с религиозными воззрениями. В VII веке обширные территории Ближнего и Среднего Востока объединились в Арабский Халифат с единой, централизованной политической системой и растущей экономикой. Это, как и начавшийся между объединенными народами обмен знаниями, стало прекрасной предпосылкой для развития науки. К IX веку на арабский язык были переведены все основные труды античных ученых, знания на Востоке ценились очень высоко.

Еще в начале нашей эры арабы заимствовали из Индии и развили десятичную позиционную систему счисления. Арабские ученые совершенствовали вычисления уравнений, вычисляли корни, суммировали арифметические прогрессии. Необычайное развитие получили физика и астрономия. Широко применялось на практике понятие удельного веса, который измерялся исключительно точно. Обсуждалась проблема существования пустоты в природе, характер и механизм передачи движения, кинематика применялась при анализе и описании движения небесных тел. Вершиной наблюдательной астрономии стали исследования великого Улугбека. Большинство ученых арабского Востока были универсалами-энциклопедистами, поэтому в предлагаемом очень кратком обзоре трудно распределить рассказы об их достижениях «по отраслям знаний».

Аль-Хорезми Мухаммед бен Муса (787-850) – среднеазиатский ученый, написал математический трактат «Китаб аль-джебр валь-мукабала» (Книга о восстановлении и противопоставлении), именно из него об алгебре узнали уже в XI веке европейские ученые. Кроме математики прославил свое имя трудами по географии и астрономии.

Аль-Фараби Абу Наср ибн Мухаммед (870-950) – один из крупнейших философов и ученых-энциклопедистов арабского Востока, последователь Аристотеля и Платона, жил в Багдаде, Алеппо, Дамаске. Разработал учение о несотворенности мира и вечности материи. При этом он отрицал бессмертие индивидуальной души. Отстаивал познаваемость мира. В сфере его интересов были религия, космогония, общественное устройство, и даже музыка, которой он посвятил отдельную книгу.

Аль-Бируни Абу Рейхан Мухаммед ибн Ахмед (973-1050) – среднеазиатский ученый-энциклопедист из Хорезма. Бируни первым среди ученых Востока заговорил о гелиоцентрической системе мира, известен трудами по минералогии, географии, истории Индии, физике, медицине.

Абу Али ибн Сина (Авиценна, 980-1037) – великий медик, ученый, философ, музыкант, политик. Был врачом и везирем (первым министром) при разных правителях в Средней Азии и Иране. В своих трактатах «Книга исцеления» и «Книга указаний и наставлений» изложил свои философские, естественнонаучные и музыкальные воззрения. Кроме прочего, сформулировал в своих трудах физическую теорию импетуса на триста лет раньше француза Жана Буридана. Настоящей медицинской энциклопедией стал «Ал-Канун фи-т-тиб» («Канон врачебной науки») в пяти частях, собравший воедино врачебные знания античности, индийских и среднеазиатских ученых, и использовавшийся сотни лет медиками Европы и Азии. Многие положения «Канона» до сих пор не утратили своего практического значения.

Омар Хайям (1048-1132 или 1123) –уже в 25 лет создал наиболее значительное произведение в области алгебры – «Трактат о доказательствах», посвященный в основном решению кубических уравнений. Как и другие арабские ученые (например, геометр и астроном Насреддин ат-Туси), он вел математические изыскания не только в области, алгебры, но и в области геометрии. Хайям был не единственно математиком, но и выдающимся физиком, минералогом, философом, астрономом, астрологом, метеорологом, врачом и, наконец, великим поэтом, создавшим бессмертные «Рубайи».

Ибн Рушд (1126-1198) – философ, судья и придворный врач, живший в Андалусии и Марокко. Интерпретировал труды Аристотеля в духе материализма и пантеизма (божественности природы), считал мир вечным, но расположенном в конечном пространстве. Методологически он отделял философский (научный) путь познания, от теологического, говоря, что природа независима от Аллаха, не влияющего на частности мирового процесса. Этим он опровергал популярного мусульманского теолога, философа и мистика Мухаммеда аль-Газали (1058-1111). Научный (логико-доказательный) путь и религиозный (чувственно-эмоциональный) объединяла «Теория двух истин».

Улугбек Мирза Мухаммед ибн Шахрух ибн Тимур (1411-1449) – любимый внук создателя империи, завоевателя и жестокого властителя Тимура (Тамерлана). Создал «Новые астрономические таблицы» с основными положениями астрономии и каталогом 1018 звезд, планетными таблицами. Результатами наблюдений и вычислений Улугбека в течении столетий пользовались европейские ученые. Астрономическая обсерватория Улугбека в Самарканде – один из выдающихся культурных памятников мира. Поныне сохранилась часть гигантского двойного квадранта – крупнейшего угломерного прибора того времени, вообще же это была совершеннейшая в мире для своего времени и наиболее оснащенная астролябиями, армиллярными сферами, азимутальным кругом обсерватория.

Отдельно необходимо остановиться на вопросе становления и развития естествознания в средневековый период на нашей Родине. Как утверждал Б.А. Рыбаков, «Познание природы и мира в целом может быть вполне достоверно определено по данным праславянского языка: многие названия деревьев, трав, зверей, птиц, рыб, элементов ландшафта, имена звезд восходят к отдаленной праславянской поре, а это означает, что на протяжении многих сотен лет происходил непрерывный педагогический процесс». Постоянное общение с иноземцами, открытие диковинных вещей и животных порождало в языке неологизмы, такие как «вельблуд», т.е. «многоходящий», примененное к главному животному пустынных купеческих караванов. Повсеместное, необычайно широкое, по сравнению с Западной Европой, распространение грамотности (даже на территории древнего Дебрянска найдены железные писала), знание основ математики способствовало активному проявлению интереса к познанию мира. Первые русские энциклопедии-»Изборники», созданные в 1073 и 1076 гг., несут в себе статьи по философии, грамматике и другим дисциплинам. Летописец Нестор создал выдающееся историко-географическое произведение «Повесть временных лет», в котором описаны не только земли славян, но и другие территории вплоть до Индии, Британии, Китая и даже островной Индонезии. Зодчие древней Руси прекрасно владели не только арифметикой, но и премудростями геометрии, включая «золотое сечение». Известен математический и астрономический трактат Кирика Новгородца «Учение», излагающий основы счета времени, теории лунного и солнечного календаря датированный 1136 г.

Роль эпохи средневековья в истории естествознания состоит в умножении связей чувственных образов. Чтобы перейти от них к научному знанию, необходимо было научиться отбирать из этого множества связей те, которые носят существенный, рациональный характер. Такой качественный переход в сознательной деятельности и несла эпоха Ренессанса – Возрождения.

Лекция 5. Естествознание в эпоху Возрождения.

Ничто великое в мире не совершается без страсти!

Галилео Галилей

 

Пришедшая на смену средневековью эпоха Ренессанса (Возрождения) принципиально отличалась от него. Это время краха феодализма и становления капиталистического общества; время жестоких религиозных войн и жестких социальных конфликтов, время сложения абсолютистских монархий и становления буржуазного индивидуализма, приходящего на смену феодальной сословной иерархии; время зарождения книгопечатания и возрождения античной культуры на новом витке диалектической спирали развития. В наступившем времени был преодолен средневековый дуализм сознания и восприятия мира, мир Дольний и мир Горний представлялись уже близкими и даже взаимопроникающими: все связано со всем, а значит все, а не только божественное, достойно быть предметом познания. Не божество, а человек – мерило всего сущего. Такой вектор мышления породил множество гениальных умов. Титанами мысли ренессанса на базе бескорыстного, объективного познания мира, была подготовлена основа классического естествознания, испытавшего невиданный взлет в XVIIIXIX вв.

Множество достижений было связано с областями биологии и химии, освобождавшейся от пут герметизма. Велась огромная работа по описанию многообразия животного и растительного мира. Развивались морфология и анатомия, расширявшая сведения о внутреннем строении различных организмов. Большое внимание стали уделять человеку и способам исцеления его от недугов. Не перечислить всех имен известных и великих натуралистов и медиков эпохи ренессанса, среди них – погибший при кораблекрушении первый анатом Андреас Везалий (1514-1564), создатель микроскопической анатомии (первооткрыватель капилляров), врач Марчелло Мальпиги (1628-1694), размышлявший о природе света и тяготения и открывший клеточное строение живых тканей Роберт Гук (1635-1703), врач и ботаник-систематик Андреа Цезальпини (1519-1603).

Парацельс (1493-1541) он же – Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гоненгейм – родился в Швейцарии и изучал медицину и химию, путешествуя по Франции, Италии и Германии. Он исходил из того, что медицина покоится на четырех столпах: философии, астрологии, химии и добродетели. Парацельс (что значит «превосходящий Цельса» – римского ученого-медика) основал натрохимию, приписывая определенным соединениям способность устранять нарушения равновесия в организме. Он верил, что коль тело человека состоит из веществ, то происходящие в них изменения и вызывают болезни, которые можно излечить, лишь применяя лекарства, восстанавливающие химическое равновесие. До Парацельса в качестве лекарств использовались в основном растительные препараты, он же полагался лишь на эффективность минеральных лекарств. В химических изысканиях Парацельс заимствовал из алхимии учение о триаде ртуть-сера-соль, отражающей основные свойства материи: летучесть-горючесть-твердость. Эта триада составляет основу макрокосма (Вселенной), но относится и к микрокосму (человеку), состоящему из духа, души и тела. Парацельс утверждал, что лихорадка и чума происходят от избытка в организме серы, параличи от избытка ртути, а избыток соли может вызвать расстройства желудка и водянку. Следует сказать, что Парацельс активно боролся с догматической наукой, и иногда не совсем привычными методами: публично сжег в Иванов день учебник медицины, основанный на устаревших античных представлениях, преподавал медицину в университете Базеля на немецком, а не на традиционной латыни. Натрохимия оказала химии большую услугу, освободив ее от влияния замешанной на магии алхимии и расширив знания о жизненно важных соединениях (тем самым благотворно повлияв и на фармацию).

Антони ван Левенгук (1632-1723) – нидерландский натуралист – изобрел микроскоп. Это была настоящая революция в биологии – прорыв в совершенно доселе неведомый микромир. Конструкция микроскопа Левенгука была гениально проста – несмотря на использование всего одной линзы, он позволял получать увеличения в сотни раз! С помощью нового инструмента были открыты микроорганизмы, сперматозоиды и недоступные ранее глазу тонкости строения обыденных, казалось бы предметов – волоса, ножки пчелы и многое другое. Микроскоп был еще и выдающимся инженерным изобретением. Лишь в 1980-х гг. российским инженерам удалось доподлинно выяснить как без длительной и утомительной шлифовки хитроумный голландец с помощью пламени изготавливал из стеклянных нитей сотни линз для своих микроскопов с уникальными для того времени препаратами. Оказалось, что простая технология, созданная Левенгуком 350 лет назад, вполне современна и весьма практична, а изготовить такой микроскоп под силу даже аккуратному и усидчивому школьнику.

Леонардо да Винчи (1452-1519) – гениальный ученый-энциклопедист, достигший больших познаний в области геологии, ботаники, анатомии, механики, оптики. Известно свыше 7000 листов с его записями научного и философского характера. Поскольку он считал основой познания опыт, то уделял много внимания практическому применению науки. Среди его изобретений, к примеру, такие опередившие время на века машины, как танк, парашют и вертолет. В биологии он изучал связь нервной системы и мускулатуры, открыл щитовидную железу. Знание анатомии и пропорций было необходимо да Винчи и для правильного изображения человеческого тела. Он досконально изучил связь эмоционального состояния и поведения, отражения эмоций в жизни тела, в мимике. Его учение о пропорциях стало основой современной антропометрии. Великого Леонардо навсегда прославили его художественные полотна, фрески, скульптуры – «Мона Лиза», «Тайная вечеря», «Поклонение волхвов» и многие другие.

Френсис Бэкон (1561-1626) – был не только ученым-естествоиспытателем и философом, но и ярким политиком, и удачливым придворным: он стал членом Тайного совета, хранителем королевской печати, а затем лорд-канцлером при дворе короля Якова I и пользовался таким доверием монарха, что временами правил Англией вместо него. В трактате «Новый Органон» он провозгласил целью науки подчинение природы интересам человека. При этом философ писал: «Природу легче подчинить, повинуясь ей». Иными словами, для управления природой необходимо хорошее знание ее законов. В познании, основанном на индукции, главным методом Бэкон считал эксперимент: “Природа, если ее раздражить и потревожить с помощью искусства, раскрывается яснее, чем когда ее предоставляют самой себе».

Но главная научная революция состоялась не в области медицины или биологии, а в космогонии. Это полная драматизма история приключений человеческого разума и незаурядных личностей. Неудовлетворенность страдавшей отсутствием целостности и простоты геоцентрической системой Птолемея с ее заумными эпициклами, проявлялась давно. Так король Кастилии и Леона – Альфонсо Х Мудрый (1221-1284) заметил, что если бы он был вправе давать Богу советы при сотворении мира, то рекомендовал бы устроить его попроще. Космогония по Птолемею давала сбои в юлианском календаре – например дата равноденствия – точка отсчета Пасхи (важного религиозного празднества) сместилась за 1400 лет на 10 дней. Лютеранский собор 1512-1517 гг. призвал астрономов решить календарную проблему. Среди взявшихся за это был польский ученый Коперник, уже усомнившийся в неподвижности Земли и изучавший труды античных философов (в том числе Аристарха Самосского) на эту тему.

Николай Коперник (1473-1543) – сын краковского купца и каноник Вармийской епархии – еще в 1505 году изложил принципиальные основы новой, гелиоцентрической системы в «Малом комментарии». В центре мира он поместил Солнце, вокруг которого движутся планеты, включая Землю с ее спутником – Луной. Всю замкнутую Вселенную окружала сфера неподвижных звезд. Планеты, по мнению Коперника, совершали свои движения по совершенным круговым орбитам. Свою итоговую книгу «Об обращении небесных сфер» Коперник увидел лишь на смертном одре. Мартин Лютер осмеял великую книгу, церковь и хотела бы наказать еретика, да было уже некого. Труд был запрещен в 1616 году и католическим «Индексом запрещенных книг», как богопротивный, вплоть до 1828 года. При этом уже в 1582 году на основе системы Коперника был введен новый григорианский календарь, а основные особенности перемещения планет по небосклону (петли, прямое и попятное движение) легко находили свое объяснение. Наконец, именно Коперник впервые в истории познания доказал, что сущность явления можно понять лишь после его тщательного изучения, а не в результате схоластического размышления (справедливости ради следует вспомнить, что Коперник был еще и прекрасным врачом, некоторые выписанные им рецепты сохранились до сих пор). Наступало время новых свершений в науке.

Джордано Бруно (1548-1600) – бывший монах неаполитанского монастыря Святого Доминика, философ, поэт, политический деятель – предложил новую теорию. Коперник уничтожил восприятие Земли, как центра мироздания. Бруно проделал то же самое с Солнцем. Он оставил его в центре лишь одной звездной системы, применив идеи философа Николая Кузанского, утверждавшего, что ни одно тело не может быть центром вселенной ввиду ее бесконечности. Когда говорят, что Бруно просто развил модель Коперника, это не вполне адекватно. Если мир Коперника был заключен в «хрустальную сферу» неподвижных звезд, то мир Бруно – принципиально иной. Границы Вселенной раздвинуты до бесконечности, вместо «сферы» - многочисленные солнца, и, более того – многочисленные обитаемые миры. Эти обитаемые и необитаемые миры и звезды объединяла общность элементов. Не подлежала сомнению для Бруно и изменяемость небесных тел, вопреки церковному мнению о постоянстве совершенных небес. Это доказывало и появление комет, и взрыв сверхновой звезды в 1572 году. Яркие выступления Бруно на диспутах, преподавание в университетах Франции, Чехии, Швейцарии, Германии, Англии, критика нравов стяжательства, процветавших в клерикальных кругах, привели ученого в лапы инквизиции. Он, после жестоких восьмилетних пыток, был сожжен невеждами на площади Цветов в Риме. Бруно говорил: «Невежество – лучшая в мире наука, она дается без труда и не печалит душу». В конце XIX века на месте его трагической гибели был возведен памятник с эпитафией: «От века, который он предвидел…»

В те же годы, что и мятежный ноланец Бруно, жил и заносчивый датский дворянин, дуэлянт и выдающийся астроном, который превзошел средневекового Улугбека по точности своих наблюдений.

Тихо Браге (1546-1601) в 26 лет тоже стал свидетелем уникального явления – вспышки Новой звезды в созвездии Кассиопеи. Это побудило его всерьез заняться астрономией. Король Фредерик II обратил внимание на труды Браге и дал ему во владение остров Вен близ Копенгагена, где была построена обсерватория Ураниборг. Из-за ссор с придворными и помощниками Браге был вынужден в конце концов переехать в Прагу, где у него в 1600 году появился новый молодой ученик и помощник – испытавший в детстве нищету и нужду безгранично преданный науке немец Иоганн Кеплер, уже издавший математическую трактовку совершенного геометрического строения небесных сфер. В наследство ученику остались оскорбления со стороны учителя, его завещание с просьбой опровергнуть Коперника и сундук с бесценными записями наблюдений.

Иоганн Кеплер (1571-1630) долгое время зарабатывал на жизнь составлением гороскопов, живя впроголодь и продолжая астрономические наблюдения. Однако в 1609 году вышла в свет его «Новая астрономия», а через десять лет «Гармония мира». Десять лет между изданием двух книг были страшными: смерть жены и сына от эпидемии оспы, скитания, спасение матери от костра инквизиции, религиозные преследования во время Тридцатилетней войны  Но именно в этих трудах ученый сформулировал три гениальных положения, названных ныне законами Кеплера:

-    каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;

-    планеты движутся по своим орбитам с переменной скоростью таким образом, что площади, описываемые радиус-вектором от центра Солнца до планеты за равные промежутки времени, оказываются равными;

-    квадраты периодов обращения планет пропорциональны кубам больших полуосей их орбит.

Так родилась небесная механика. Осенью 1630 г. Кеплер, проехав 400 км верхом и пытаясь добиться выплаты десятилетнего долга по жалованию, умер от простуды. Все рукописи Кеплера после трехсотлетних злоключений оказались в Петербурге и бережно хранятся в архиве Российской Академии наук. Революция в космогонии объясняла физическую суть новых явлений, и потому закономерно переросла в возникновение классической механики.

Галилео Галилей (1564-1637) – родился в семье бедного дворянина и композитора из Пизы – Винченцо Галилея. В Пизе и в Падуе он стал преподавать математику, астрономию и механику и с интересом решать разнообразные прикладные задачи – строить машины и механизмы, заниматься фортификацией. Главным критерием истинности Галилей считал опыт (классическим примером стали его опыты по свободному падению тел, проводившиеся на знаменитой Пизанской башне). Благодаря такой установке ему удалось сформулировать:

-          понятие ускорения (скорости изменения скорости), как результата действия силы на тело, разграничить равномерное, неравномерное и ускоренное движения;

-          принцип инерции и понятие инерциальных систем (т.е. движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга);

-          принцип относительности (на ускорения тел, явившиеся следствием их силового взаимодействия, относительное движение систем отсчета никакого влияния не оказывает, и никакими механическими опытами невозможно установить, какая из систем движется);

-          закон независимости действия сил (принцип суперпозиции).

7 января 1610 года Галилей, изготовивший «перспективу» - первый в истории телескоп – взглянул на небо вооруженным глазом. Были открыты тайна Млечного пути, состоящего из мириадов звезд, спутники Юпитера, горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, странный вид Сатурна (малое разрешение не позволило опознать кольцо, Галилей принял его за тройную планету). Более того, он за 233 года до открытия, смог наблюдать Нептун, правда, не опознав в нем новую планету. Трудно сказать, что более известно и важно – открытия Галилея в области механики или же в области астрономии. Однако, инквизиция судила 70-летнего старика именно за то, что он поддержал космогонию Коперника. Сломленный церковными палачами ученый, прочитав с веревкой на шее текст отречения от движения Земли, по преданию, тихо произнес, поднявшись с колен: «И все-таки она вертится!» Несмотря на двух, приставленных к нему монахов и домашний арест, почти ослепнув, он последние 7 лет жизни продолжал заниматься наукой. Через 337 лет католическая церковь, наконец, с неохотой признала свою неправоту в позорном судилище.

Рене Декарт (1596-1650) – французский философ и естествоиспытатель, чаще называвший себя по-латыни Картезиусом, дабы не обращали внимания на его дворянское происхождение, достиг многого в математике (создатель аналитической геометрии), физике (принцип инерции, закон сохранения количества движения, объяснение природы радуги) и даже физиологии (именно он ввел понятие рефлекса). Он был одним из основателей рационализма – учения о разуме, как основе познания и поведения людей. «Мыслю, следовательно, существую» - говорил Картезиус, и отталкиваясь от факта существования собственного «Я», доказывал существование мира. Мир по Декарту – протяженная материя, не имеющее границ однородное пространство. Оно, как утверждал философ, создано Богом, но упорядочено без его участия законами природы, иными словами, современный мир – результат эволюции материи. Предложенная им теория вихрей объясняла вращение Земли и других планет и их орбитальное движение. Однако, объяснить законы Кеплера и ряд других особенностей космогонии Декарт не смог. Впоследствии Ньютон заявил: «Если я вижу теперь дальше Декарта, то это потому, что стою на плечах гиганта».

Исаак Ньютон (1643-1721), родившийся в фермерской семье, в английской деревушке Вульсторн, с детства склонный к размышлениям в одиночестве, окончил Кембриджский университет. Практически все свои самые великие открытия он сделал в молодости, спасаясь от чумы в родной деревне. Здесь чудаковатый и рассеянный гений физики Ньютон завершил создание фундамента классического естествознания. Его кредо звучало так: «Гипотез не измышляю». Он последовательно описал механические процессы движения и взаимодействия тел на основе созданного им математического языка бесконечно малых. Понадобилось почти семьдесят лет, чтобы этот подход, привычный уже для современных школьников, окончательно утвердился в умах ученых. Определив понятия скорости, ускорения, массы и силы, Ньютон сформулировал законы динамики в виде связей между этими величинами, а проанализировав законы движения небесных тел, обнаруженные Кеплером, установил закон всемирного тяготения, введя в науку меру гравитационного взаимодействия тел в нашей Вселенной: сила тяжести обратно пропорционально квадрату расстояния между телами и пропорциональна массе тела, независимо от его формы и иных свойств. 28 апреля 1686 года он представил результаты своих изысканий Лондонскому королевскому обществу. В результате удалось научиться предсказывать солнечные затмения, понять природу морских приливов, объяснить экваториальное сжатие планет, рассчитывать орбиты комет (чем вскоре воспользовался английский астроном Эдмунд Хэйли (1656-1742), более известный под неправильной транскрипцией «Галлей», благодаря предсказанной им комете. Как сам сэр Ньютон вспоминал в старости, на мысль о тяготении его навело падающее в саду яблоко, ставшее впоследствии известнейшей научной притчей.

Другой стороной необъятного научного наследия Ньютона (достижения в области физики, химии, металлургии, математики, геометрии и т.д.) была оптика. После открытия сложного состава белого света, он приступил к исследованию законов преломления монохромных лучей, оказавшихся различными для каждого цвета. Это объяснило дефект линз – хроматическую аберрацию. Чтобы избежать этих искажений, Ньютон построил зеркальный телескоп собственной конструкции – рефлектор. Все крупнейшие телескопы современности несут в своей основе именно конструкцию Ньютона. В 1672 году ученый доложил Лондонскому королевскому обществу корпускулярную концепцию света (свет состоит из частичек-корпускул). Чуть позже, в 1676 году датчанин Оле Ремер (1644-1719), на основании наблюдения затмений спутника Юпитера установил, что скорость света конечна и равна 300000 км/сек.

Идеи Ньютона неосторожно и неоправданно упрощались его последователями. Так, утвердился принцип дальнодействия – мгновенной передачи действия тяготения через пустоту, хотя, сам Ньютон считал, что для этого необходим некий, пусть и нематериальный агент. Простые законы геометрической оптики с прямолинейными лучами, разработанные Ньютоном, так же требовали дополнительного объяснения. В большинстве случаев его можно было дать, считая свет потоком корпускул. Но в таком случае неясно: как частицы решают, кому отражаться, а кому преломляться, проходя в прозрачное тело? Кроме того, два пересекающихся потока-луча никак не воздействовали друг на друга. Как объяснить разложение белого света в радугу, таинство, так и не объясненное Ньютоном? Может быть свет все-таки волна, распространяющаяся в очень разреженном и упругом эфире? Голландец Христиан Гюйгенс (1629-1695) предложил в 1690 году иную теорию света – волновую (свет есть волна, распространяющаяся в мировом эфире), на которую Ньютон так же обратил внимание, но в итоге посчитал несостоятельной.

С 1702 года до самой смерти сэр Исаак Ньютон возглавлял Лондонское королевское общество, а с 1705 был пожалован дворянским титулом указом британской королевы. Ньютон словно соединил своей скромной, без подвигов, путешествий и приключений, и вместе с тем великой биографией две эпохи – ренессанс и «золотой век просвещения».

Лекция 6. Золотой век Просвещения и путь к новой научной революции (XVIII – XIX вв.)

Только две вещи удивляют меня: звездное небо

 над моей головой и моральный закон во мне.

И. Кант

 

Золотой век просвещения – такое название получил период подлинного расцвета классического естествознания, наступившего после ньютонианской революции в физике. Множество открытий и смелых гипотез охватывали области физики, космогонии, биологии и химии, основанные на них изобретения оперативно внедрялись в повседневную жизнь.

Одним из важнейших вопросов в области космогонии стало возникновение Солнечной системы. Иммануил Кант (1724-1804) и Пьер Симон Лаплас (1749-1827) полагали, что все начиналось с газово-пылевой туманности, которая впоследствии превратилась в звезду, вокруг которой вращались планеты. При этом Кант полагал, что туманность была холодной, затем она стала сжиматься, образовав Солнце, а затем из него, в свою очередь, выделились планеты. Лаплас же считал, что туманность была изначально горячей, сжимаясь, она сформировала кольца, которые впоследствии стали планетами, центральная же часть сжалась еще сильнее и превратилась в Солнце. Проблема обеих гипотез – распределение момента количества движения в Солнечной системе. Составить представление об этой характеристике можно на примере фигуристки, резко сводящей разнесенные в стороны руки во время вращения – при этом ее вращение ускоряется. В Солнечной системе более 98 % полного момента количества движения приходится на орбитальное движение планет, и всего около 2 % - на вращение Солнца, которое, хотя и содержит подавляющую часть массы всей системы, вращается сравнительно медленно. Стало быть, необходимо объяснить, как могло возникнуть такое перераспределение момента количества движения в процессе образования системы звезда-планеты. Кант не остановился на построении модели Солнечной системы, распространив свои принципы на построение всей Вселенной – иерархической системы галактик. Однако, недостатком теории была необъяснимость появления вращения у покоящейся первоначально материи – Хаоса, созданного Богом, согласно гипотезе Канта. В то же время Лаплас на вопрос Наполеона о том, какое место занимает Бог в его теории, гордо ответил «Я не нуждаюсь в этой гипотезе!»

Были и сторонники случайного образования планет (Джинс, Шмидт, Литтлтон), которые обсуждали различные варианты близкого прохождения двух звезд или прохождения звезды через облако межзвездной пыли, в результате чего у звезды и могли бы образоваться планеты: либо из части ее вещества, вырвавшегося под действием гравитации второй звезды, либо из облака. Однако, хотя и обоснованная расчетами, эта гипотеза маловероятна поскольку, согласно теории вероятности, лишь у одной из примерно 100000 звезд могла бы быть планетная система. Слишком редко разбросаны светила во Вселенной.

Идея эволюции коснулась не только космогонии, но и других областей знаний. Особое место эпоха просвещения и XIX век заняли в истории биологической науки. Шведский натуралист Карл Линней (1707-1778) созданием бинарной номенклатуры и своей классификацией подвел итог многовековому эмпирическому накоплению биологических знаний. Он же, осознавая искусственность своей систематики, заявил, что возможна и некая система живых организмов по естественному методу, основанная на знании природы. Это подводило естествоиспытателей к идее эволюции. Ботаник Королевского ботанического сада в Париже Жан Батист Пьер Ламарк (1744-1829) впервые предложил развернутую концепцию эволюции органического мира. По его мнению, руководящим в эволюционном процессе был принцип градации (стремления к совершенству), основанный на зависимости развития или атрофии органов под влиянием упражнения и наследовании таких признаков. Иначе все себе представляли сторонники «теории катастроф» - основатель палеонтологии, француз Жорж Кювье (1769-1832), английский зоолог и палеонтолог Ричард Оуэн (1804-1892) и другие. По их мнению, живой мир неоднократно изменялся в исключительно в результате глобальных катастроф, стиравших большую часть всего живого с лика Земли. Каждый новый этап, согласно катастрофизму, был более совершенным благодаря внешней творящей божественной силе (она же, видимо, была и первопричиной катастроф). Третьим вариантом был униформизм, адепты которого (русский и английский естествоиспытатели Михаил Ломоносов (1711-1765) и Чарльз Лайель (1797-1875) и др.) считали мир плавно меняющимся, но ненаправленно, бессистемно, случайным образом. Нельзя сказать, что все три теории были неверны, но они охватывали лишь частности сложного процесса развития жизни на Земле.

Английский натуралист Чарльз Роберт Дарвин (1809-1882), опираясь на результаты наблюдений, накопленных им к 26 годам во время кругосветного путешествия на военном парусном корвете «Бигль» (капитан Р. Фицрой), создал свою теорию естественного отбора. Основная идея книги Дарвина «Происхождение видов», изданной в 1859 г., состоит в применении концепций борьбы за существование и естественного отбора, а так же понятий определенной и неопределенной изменчивости для объяснения возникшего в результате биологической эволюции многообразия живых существ, обитающих на Земле. При этом Дарвин указал, что взял эту концепцию социологической доктрины Мальтуса о борьбе за существование и выживание сильнейшего в человеческом социуме и применил по отношению к животному и растительному миру. Теория Дарвина и ныне одна из известнейших концепций биологической эволюции. Выдающийся немецкий биолог Эрнст Геккель (1834-1919) назвал Дарвина «Ньютоном органического мира».

Внутривидовые и внутриродовые изменения (возникновение видов, подвидов, селекция пород и сортов) действительно происходят подобным образом, в полном согласии с теорией Дарвина. Но «подъем» на следующий уровень – род – уже вызывает некоторые вопросы. Дело в том, что Дарвин ошибочно полагал: естественный отбор обусловлен только небольшими случайными изменениями в облике живого существа. Но если взять много растений одного вида и построить диаграмму, на вертикальной оси которой отложено число особей, а на горизонтальной, например, длина стебля. Существует такая длина, которой обладает наибольшее число растений. Если взять на семена растения, соответствующие той части диаграммы, где длина несколько больше характерной, то у новых растений распределение будет прежним, а характерная длина той же. Но если выбрать семена тех растений, длина которых существенно превосходит характерную (не более 10 на 10000), то примерно у половины нового поколения длина будет столь же велика, то есть произойдет наследование признака. Голландский ботаник Хуго де Фриз (1848-1935) назвал это мутацией – скачкообразным изменением. Раздел биологии, изучающий законы наследственности, был назван генетикой. Наиболее важной идеей этой науки является переход от непрерывности в описании наследуемых свойств к их дискретности. Существуют некоторые относительно стабильные состояния, между которыми возможны переходы. Возможность расчета таких состояний дало возможность использования для прогноза математические методы статистики и ее закономерности.

Впервые на эмпирическом уровне законы генетики были установлены основателем этой науки, биологом и священником Грегором Иоганном Менделем (1822-1884). Он рассматривал не наследуемость всех признаков, но лишь одного избранного. Открытие расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают (это было главным возражением антидарвинистов), а сохраняются в популяциях в гетерозиготном состоянии, переходя из поколения в поколение. Открытия Менделя на полвека опередили свое время.

Тем временем у химиков резко возрос интерес к процессу горения. Почему одни предметы горят, а другие нет? Что представляет собой этот процесс? Объяснения пыталась дать теория флогистона-теплорода (греческого флогистосгорючий). Ее основоположником был немецкий врач и химик Георг Шталь (1659-1734). Согласно его теории все горючие вещества богаты особым веществом – флогистоном. Чем больше флогистона в теле, тем лучше оно горит. То, что остается после горения, флогистона не содержит и потому гореть не может. Металлы, по мнению Шталя, тоже содержат флогистон, а теряя его превращаются в известь, ржавчину и окалину. Если к этим остаткам опять добавить флогистон, можно опять получить металлы. Такое понимание плавления позволило объяснить процесс превращения руд в металл: руда, в которой мало флогистона, нагревается на древесном угле, богатом флогистоном. Флогистон переходит из угля в руду, в итоге уголь превращается в бедную флогистоном золу, а руда – в металл, богатый флогистоном. Теория флогистона быстро стала популярной и была повсеместно принята, так как дала четкие ответы на многочисленные вопросы. Но один вопрос эта теория решить не могла: большинство горючих веществ при горении в значительной степени исчезало, зола и сажа были легче, чем исходное вещество.

Антуан-Лоран Лавуазье (1743-1794) в опытах по нагреванию различных веществ в закрытых сосудах установил, что независимо от характера химических процессов и их продуктов, общий вес всех участвующих в реакции веществ не меняется: масса не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому (закон сохранения массы). Встала задача: почему при соединении воздуха с металлом образуется окалина, а при соединении с деревом – газы, и почему при этих взаимодействиях участвовал не весь воздух, а лишь пятая его часть? При ее решении Лавуазье пришел к выводу, что воздух не простое вещество, а смесь двух газов, 1/5 которой составляет газ, который и соединяется с горящими и ржавеющими предметами, переходит из руды в уголь и необходим для жизни. Лавуазье назвал этот газ кислородом (порождающим кислоты), так как ошибочно думал, что это компонент всех кислот. Второй газ не поддерживает горения, и был назван азотом – безжизненным. Важную роль в этих исследованиях сыграли опыты английского физика Генри Кавендиша (1731-1810), доказавшего, что образующиеся при горении газы конденсируются в воду, а значит вода не простое вещество, а соединение двух газов. Лавуазье назвал один газ водородом (он при горении соединяется с кислородом, образуя воду). Теории Лавуазье привели к рационализации химии и покончили с таинственными гипотетическими элементами. Сам же Лавуазье, как роялист, сложил голову на парижской гильотине в дни правления Робеспьера.

Джон Дальтон (1766-1844) – английский физик и химик – исходя из корпускулярного строения материи и понятия химического элемента по Лавуазье, сделал вывод, что все атомы каждого химического элемента одинаковы и обладают определенным весом. Следовательно, каждый элемент обладает своим относительным атомным весом. В качестве условной единицы атомного веса он принял атомный вес водорода и сопоставил с ним другие элементы, составив первую таблицу атомных весов

Йенс Якоб Берцелиус (1779-1848)– шведский химик, открывший закон постоянства состава молекулы вещества, ввел деление веществ на два вида. Вещества неживой природы (неорганические) могли выдерживать жесткую обработку, а вещества живой или некогда живой материи (органические) такой обработки не выдерживали. Во многих проявлениях эти две группы веществ вели себя принципиально различным образом: так, органические вещества при нагревании или другом воздействии легко превращаются в неорганические.

До середины XIX в. химия развивалась хаотически: химики открывали новые химические элементы, описывали их свойства, и так накопили огромный эмпирический материал, нуждавшийся в систематизации. Логическим финалом этого процесса стал I Международный химический конгресс (1860, Карслуэ, Германия), на котором окончательно сформулировали и приняли основополагающие принципы, теории и законы химии. С этого момента начался современный период развития химии, в начале которого были разработаны теории валентности, ароматических соединений, стереохимии, электролитической диссоциации Сванте Аррениуса и др. Главным же стало открытие периодического закона.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) – великий русский химик, считал, что любое точное знание – система, в основе которой лежит единый фактор. В качестве главной характеристики химических элементов он выбрал атомный вес. Основываясь на изменении валентности элементов в соответствии с их атомным весом, Менделеев разделил их на периоды. В то время были известны 62 элемента, потому в таблице оказались пустые клетки для еще неоткрытых элементов. Впоследствии их свойства оказались именно такими, как предсказал Менделеев. В начале 1999г. появилось сообщение, что в Дубне синтезирован уже 114й элемент, живущий около 30 секунд.

Сплошные среды – жидкости и газы – стали предметом изучения для новой науки – термодинамики. Между их параметрами (давлением, объемом, температурой, составом) были установлены количественные соотношения в законах Бойля – Мариотта, Гей-Люссака, Шарля и Менделеева – Клапейрона. Теплоту отождествили наконец с энергией, а представления о газах как о системах множеств маленьких молекул смогли связать механику и термодинамику в рамках молекулярно-кинетической теории. Этот шаг укрепил представление о единстве мира. В XIX веке благодаря Джеймсу Клерку Максвеллу (1831-1879) и Людвигу Больцману (1844-1906) необратимость ряда явлений термодинамики – детерминированного мира молекул при учете огромного количества молекул в любом объеме нашла объяснение с точки зрения теории вероятности (молекулы, разлетевшись из части сосуда по всему сосуду, никогда вновь не соберутся в его части, хотя из законов механики это вовсе не следует; тепло, перейдя от нагретого тела к холодному, никогда не вернется назад, и термодинамическое равновесие самопроизвольно не нарушится). Это, между прочим, означало и то, что упорядоченность в замкнутой термодинамической системе никогда не возрастает. Нарастает мировая энтропия. Выравнивание температуры и разрушение существующих структур – такова судьба косной материи, в отличие от самоструктурирующейся живой. Устройства с тепловыми двигателями явили собой практическое воплощение научных идей молекулярной физики и термодинамики.

Так к XIX вв. постепенно стала утверждаться идея единства и взаимопревращения различных физических процессов, о взаимопревращаемости сил природы. Пивовар и изобретатель из Манчестера – Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889), немецкие естествоиспытатели Юлиус Роберт Майер (1814-1878) и Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821-1894) смогли сформулировать закон сохранения и превращения энергии: энергия не возникает из ничего и не уничтожается, а лишь переходит из одного вида в другой. Это – поныне не только важнейший, фундаментальный принцип физической науки, но и одна из основ материалистического мировоззрения, касающаяся естествознания в целом.

 Трудами врача Томаса Юнга (1773-1829) и физика Огюстена Жака Френеля (1788-1827) окончательно утвердились пробивавшие себе дорогу с ньютонианской поры представления о волновой природе света, который проявлял такие, хорошо известные любителям кругов на воде волновые свойства, как интерференция (наложение волн) и дифракция (огибание препятствий).

В первой половине XIX века, появляются самые разнообразные, изобретения, основанные на новейших открытиях в области естествознания – фотография (метод дагерротипов, изобретенный парижанином Луи Жаком Дагером), пароход, паровоз (изобретенная еще в XVIII веке паровая машина перекочевала с мануфактур и возникающих заводов и фабрик на транспорт). Целый ряд изобретений был связан и с электромагнитными явлениями.

Учение об электричестве и магнетизме в первой половине XVIII века получило развитие и даже вошло в придворную моду (правда, в виде забав). Англичанин Стивен Грей (1666-1736) открыл электропроводимость, француз Шарль Франсуа Дюфе (1698-1739) – отрицательное и положительное электричество и взаимодействие равно- и разнозаряженных предметов. Вслед за этим был создан первый в истории конденсатор – лейденская банка (впрочем, может быть, первые опыты с электрическим конденсатором проводились еще в античное время – это как будто подтверждает находка аналогично устроенного сосуда с взаимовложенными металлическими цилиндрами). Ролью электричества в живом организме заинтересовались врачи (опыты по гальванизации). Американский философ, политик и естествоиспытатель Бенджамин Франклин (1706-1790) установил природу молнии. Тогда же при изучении молнии в Санкт-Петербурге погиб русский физик Георг Вильгельм Рихман (1711-1753), проводивший лабораторные наблюдения совместно с другом и коллегой Михаилом Ломоносовым. Наконец французский исследователь Шарль Огюстен Кулон (1736-1806) сумел измерить величины сил электрического заряда и установил основной закон электростатики – электрические силы обратно пропорциональны квадрату расстояния, аналогично гравитации. Электрические явления оперативно нашли практическое применение – после открытия датчанином Хансом Кристианом Эрстедом (1777-1851) взаимодействия электротока с магнитной стрелкой изобрели электромагнитный телеграф. Интересно развитие этого изобретения во времени: 1819 – открытие Эрстеда, 1832 – первый русский телеграф П. Шиллинга в Петербурге, 1844 – первая телеграфная линия в США. Русский академик Борис Семенович Якоби (1801-1874) создал совершенно новую область применения электричества – гальванопластики. Говоря о развитии электростатики и электродинамики нельзя не упомянуть и опыты итальянского врача и физика Алессандро Вольта (1745-1827), создавшего первый источник постоянного тока – вольтов столб, и, наконец, французского математика и физика Андрэ Мари Ампера (1775-1836), который смог перевести результаты опытов с электричеством на сухой язык математики.

После того, как великий английский физик и химик Майкл Фарадей (1791-1867) обнаружил воздействие магнитного поля на световую волну, стало очевидным тождество электромагнитных и световых волн. Тепловое излучение нагретых тел оказалось подобным свету электромагнитным излучением, но только с большой длиной волны – человеческий глаз не мог ее воспринять как свет.

Новый тип явлений – электромагнитные – потребовал создания новой концепции. Она и была создана Максвеллом на основе опытов Ампера и Фарадея. Язык теории Максвелла был, как и в механике Ньютона, математикой бесконечно малых величин – дифференциальными уравнениями. Соотношения между характеристиками полей позволяли предсказать эффекты, которые удалось затем пронаблюдать на опыте. Наконец, электрические машины и, впоследствии, радио стали прекрасной иллюстрацией успеха теории. Но радиоволны (как и любые другие волны) требовали среды, в которой они могли бы распространяться. Эта гипотетическая среда – мировой эфир (вспомним Аристотеля), пронизывающий все пространство – могла бы служить абсолютной системой отсчета, укрепив единство мира. Не удавалось лишь обнаружить эту среду с необычайно экзотическими свойствами. Почему экзотическими? Задумаемся: выходит так, что планета Земля пролетает по орбите сквозь эфир 30 км в секунду не испытывая никакого торможения, а маленькая пуля, вылетев из винтовки со скоростью сотни метров в секунду, пролетит в воздухе лишь 3-4 км. Получается, что эфир очень разреженный. Но скорость радиоволн и света в эфире – 300000 км/сек, что должно соответствовать неимоверным плотности и упругости этой среды.

Несмотря на проблемы с эфиром и некоторые другие вопросы, единство свойств электромагнитных, световых, тепловых волн позволило, наконец, создать, как казалось, окончательно единую картину мира в стиле классической физики. К этой совершенной, все объясняющей и все расставляющей картине стремились много веков десятки поколений ученых. И вот – финиш, апофеоз натурфилософии! Оставалось только уточнять небольшие детали, «нанести кистью последние, завершающие мазки на холст».

 

Лекция 7. Релятивистская и квантовая революции в физике начала ХХ столетия.

Был этот мир густою тьмой окутан.

Да будет свет! – и вот явился Ньютон.

Но Сатана не долго ждал реванша:

Пришел Эйнштейн – и стало все, как раньше.

Самуил Маршак

 

Как мы помним из предыдущей лекции, на рубеже столетий в классической физике все было ясно, оставалось решить лишь некоторые тонкости. Говорят, «дьявол кроется в деталях». Одной из них была нестыковка теоретических и экспериментальных результатов при излучении «абсолютно черного тела», которое, будучи нагретым до определенной температуры, способно излучать и поглощать, но не отражать электромагнитные волны. Эксперимент показал, что для каждой температуры существует длина волны, на которой тело излучает максимум энергии. Расчет, сделанный независимо друг от друга англичанами Джоном Рейли (Рэлеем) и Джеймсом Джинсом, основанный на свойствах электромагнитных волн и термодинамике Больцмана, приводил к абсурду: при уменьшении значения длины волны излучаемая энергия должна была стать бесконечно большой. Вся энергия Вселенной должна была давно уйти в ультрафиолетовое излучение, но этого на деле не происходило. Парадокс назвали «ультрафиолетовой катастрофой». Не находил объяснения и фотоэффект (возникновение электротока в разомкнутой цепи при освещении одного ее электрода светом): его парадокс состоял в том, что интенсивный свет с большей длиной волны не приводил к эффекту, а слабый свет, но с меньшей длиной волны, к эффекту, напротив, приводил. Кроме того, профессор Петр Николаевич Лебедев обнаружил и измерил давление световых волн на объект.

Макс Планк (1858-1947) – немецкий физик, предложил в 1900 году решение проблемы излучения черного тела, не укладывавшееся в рамки позитивистского здравого смысла. Он предположил, что электромагнитная волна испускается порциями, которые получили названия квантов. Это означало, что волна имеет свойство частиц, корпускул! Энергия одной такой частицы определяется частотой (длиной) волны, и равна произведению частоты на новую мировую константу, названную постоянной Планка (h = 6,62 . 1034 Дж . сек). Выполнив расчеты, Планк получил распределение энергий волн, излучаемых черным телом, совпадающее с экспериментом.

Альберт Эйнштейн (1879-1955) применил идею Планка к объяснению фотоэффекта, и все стало на место: для выбивания электронов из материала электрода, которое приводит к возникновению тока, нужны частицы с большой энергией, то есть свет с малой длиной волны. Поэтому интенсивный свет с большой длиной волны к эффекту не приводит. А световое давление – это бомбардировка частицами, причем его величина зависит от энергии частиц (длины волны) в соответствии с теорией Планка. Другое название электромагнитных квантов – фотоны. Не исключено, что на принципах светового давления в будущем будут построены космические аппараты, способные развивать гигантские скорости – фотонные ракеты. Свет, возникающий в результате ядерной реакции, будет отражаться от гигантского параболического зеркала (возможно, защищенного от сверхвысокой температуры магнитным полем) и передавать импульс аппарату. Теоретически такой фотонный звездолет способен достичь скорости, близкой к скорости истечения электромагнитных квантов – то есть световой скорости. Пассивной формой светового движителя является уже успешно испытанный российскими и американскими учеными солнечный парус, использующий световое давление, создаваемое в открытом космосе Солнцем. Возможно, в самом ближайшем будущем солнечный парусник, за несколько лет разогнавшись в окрестностях Солнца, унесет автоматический зонд к одной из ближайших звезд. А романтические и азартные гонки в межпланетном пространстве на солнечных яхтах уже были описаны Артуром Кларком и другими фантастами.

Свойства фотонов непривычны для воображения: часть – как у волны, часть – как у корпускулы. Это – свойства микромира. И если у волны микромира обнаружились свойства частицы, то у частицы микромира могут и должны быть волновые свойства. Это подтвердили наблюдения дифракции потока электронов на кристаллической решетке никеля: длина волны точно соответствовала скоростям электронов. Физика вступила в этап, на котором, оставаясь предсказуемыми, результаты перестали быть наглядными. При этом квантовая концепция находит теперь практическое применение в любом из современных электронных приборов. Без ее учета невозможно было бы создать полупроводниковые диоды, транзисторы, и, наконец, интегральные микросхемы, ставшие основой современной компьютерной техники.

Каковы мировоззренческие следствия квантовой теории? При наблюдении свет обычно падает на объект нашего внимания и отражается от него к нам в глаза. Любой макроскопический объект настолько превосходит фотон, что говорить о воздействии этого падающего света на объект не приходится. Но если мы и наблюдаем, к примеру, за электроном? Ведь фотон, который на него падает, перед тем как отразиться и попасть в глаз, вполне сравним с ним по характеристикам и, столкнувшись с ним, значительно изменит его движение. Из такого опыта мы узнаем об электроне только то, что он был в точке, где произошла встреча с фотоном. Что с ним станет потом, куда он полетит, сказать невозможно. «Слабый» фотон с низкой энергией в меньшей степени воздействует на электрон, но и точку встречи определить не позволит. Таким образом, точного знания и положения, и параметров движения электрона одновременно получить не удается. Это утверждение накладывает ограничение на наши возможности в познании микромира и составляет принцип неопределенности, сформулированный в 1927 году немецким ученым Вернером Гейзенбергом (1901-1976): две пары величин, характеризующих систему, не могут быть одновременно измерены с высокой степенью точности. Тогда же великим датчанином Нильсом Бором (1885-1965) был сформулирован принцип дополнительности: получение информации об одних величинах, характеризующих микрообъект, неизбежно ведет к утрате информации о других, дополнительных к первым. По сравнению с термодинамикой роль теории вероятности в квантовой механике стала более фундаментальной: у математических понятий появился физический смысл.

Следующей концепцией, конкретизированной в свете квантовой теории, стала концепция атома. В начале века атом представляли себе в виде пудинга – положительно заряженной жидкости, в которой плавали отрицательно заряженные электроны. Атом был электрически нейтрален и устойчив. Эта модель описывала все наблюдаемые свойства… за исключением спектров излучения и поглощения. Если атомный газ подвергнуть воздействию, например, пропустить через него электрический разряд, то атомы испускают электромагнитное излучение. Его можно видеть в газоразрядных трубках. Оказалось, что испускаемый свет имеет линейчатый, а не сплошной, спектр, то есть – определенных длин волн (цветов). Если взять, к примеру, водород, в атоме которого имеется только один электрон, то согласно пудинговой модели возможно появление одной и только одной линии излучения. Электрон при колебаниях в окружающей его положительной жидкости, согласно теории Максвелла, мог испускать электромагнитную волну одной частоты. Эксперимент же обнаружил серию линий различных частот, причем даже в инфракрасной и ультрафиолетовой областях.

Англичанин Эрнест Резерфорд (1871-1937) поставил опыт, в котором положительно заряженные альфа-частицы пролетали сквозь вещество фольги, практически не отклоняясь (лишь некоторые отражалась назад), что совершенно противоречило капельной - пудинговой модели атома. Резерфорд резонно предположил, что атом есть динамическая система наподобие солнечной: в центре находится массивное положительно заряженное ядро (от него и отскакивают положительные частицы), а вокруг по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Большая часть атома пуста – сквозь нее-то и летят альфа-частицы. Эта модель вдохновила русского поэта Валерия Брюсова на создание гениальных стихов:    «Быть может, эти электроны –

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, войны, троны

И память сорока веков…»

К мирам, заключенным в электроне, мы еще вернемся, а пока – о самом электроне. По классической электродинамике ускоренно вращающийся по орбите электрон (движущийся заряд), испускает энергию и должен упасть на ядро, но атом Резерфорда, между тем, оказался устойчивым. Новый парадокс.

Нильс Бор сформулировал новый постулат, провозгласив, что законы микромира отличаются от законов макромира, и электрон в атоме может двигаться и не излучать. Но не по любой орбите, а лишь по такой, длина которой соответствует целому числу длин волн. Разным скоростям соответствуют разные радиусы орбит. Если электрон почему-то (например, под воздействием внешнего поля) перескакивает с орбиты на орбиту, то его энергия (и энергия атома в целом) меняется. Разность энергий излучается или поглощается в виде кванта с частотой, определяемой согласно Планку. Расчет и экспериментальные результаты (вспомним линии излучения и поглощения в спектрах) совершенно совпали.

В дальнейшем еще одним последствием квантовой теории стало создание великими русскими учеными Александром Михайловичем Прохоровым (1916-2001) и Николаем Геннадьевичем Басовым (1922-1998) квантового генератора – лазера. Совершенствование лазеров и расширение области их применения идут полным ходом, без лазера уже невозможно представить современную цивилизацию. Идет разработка сверхмощных лазеров, а так же разеров и гразеров — аналогов лазеров в рентгеновском и гамма-диапазонах.

Явление радиоактивности, открытое в конце XIX в. Антуаном Беккерелем (1852-1908), а затем исследованное Пьером Кюри (1859-1906) и Марией Склодовской-Кюри (1867-1934) и Энрико Ферми (1901-1964), указало на сложный состав атома, и все его частицы - протоны, нейтроны и другие, подчинялись неочевидным законам квантовой механики. Самой важной чертой квантовой физики стал принципиально неустранимый разрыв между входными условиями и наблюдаемыми результатами. Одновременно возник и вопрос: что именно и как мы измеряем, когда измеряем что-то?

Если Земля мчится сквозь статичный мировой эфир, в котором распространяется свет, то, излучая световые сигналы по направлению движения Земли и поперек этого направления, можно обнаружить разницу во временах прохождения одинаковых путей. Так, на реке время движения пловца вдоль течения больше времени движения того же пловца туда и обратно на то же расстояние поперек течения. Наличие разницы свидетельствовало бы о том, что эфир есть. В 1887 году американец Альберт Майкельсон (1852-1931) поставил такой опыт, но разницы времен, а значит и эфира, не обнаружил. Вместо эфира мировое пространство представляло собой вакуум – Нечто по имени Ничто. Ситуация позволила ужесточить принцип относительности Галилея и заявить, что никаким физическим экспериментом невозможно установить, которая из инерциальных систем отсчета движется. Но это приводит к логическому противоречию: из опыта следует, что выделенной системы отсчета нет, и, оставаясь в рамках классической физики по обычной формуле Галилея для сложения скоростей, мы должны честно сложить скорости света и Земли. Тогда опыт должен дать другой результат.

Новый постулат, объясняющий возникший парадокс, сформулировал Альберт Эйнштейн: скорость света, то есть скорость перемещения возмущения электромагнитного поля, измеренная из любой инерциальной системы отсчета, имеет одно и то же значение независимо от относительного движения систем. Для описания релятивистских явлений, нужно посягнуть на фундаментальные характеристики классической физики: пространственные размеры и течение времени. Следствием принципа относительности и независимости скорости света от инерциального движения системы отсчета является то, что размеры объектов и времена процессов зависят от того, по отношению к какой системе отсчета – движущейся или неподвижной относительно наблюдаемого объекта или явления - мы их измеряем. В 1905 году это было положено Эйнштейном в основу Специальной Теории Относительности (СТО).

Обсудим понятие одновременности и соотношение понятий «раньше» и «позже» в рамках постулата о независимости скорости света от движения системы ее отсчета. Представим поезд, двигающийся с постоянной скоростью мимо платформы. Посредине поезда стоит проводник, а в голове и хвосте на равном расстоянии от середины расположены два фонаря. На платформе стоит стрелочник. В момент, когда едущий проводник находится точно против неподвижного стрелочника, оба они видят, что фонари одновременно вспыхнули. Скорость света хоть и велика, но конечна. Что скажут проводник и стрелочник, предупрежденные о независимости скорости света? Проводник, наблюдая вспышки одновременно и учитывая, что свету предстояло пройти равные расстояния до него от неподвижных в его системе отсчета фонарей, скажет, что фонари вспыхнули одновременно. Стрелочник, наблюдая вспышки одновременно и учитывая, что фонари движутся относительно него, а скорость света конечна, скажет: раз свет дошел до него одновременно, а испущен был несколько раньше, когда задний фонарь был от стрелочника дальше, значит, свету от заднего фонаря предстояло пройти большее расстояние. И, чтобы сигналы добрались до стрелочника одновременно, задний фонарь поезда вспыхнул раньше. Пусть над поездом вдоль рельсов, опережая его, летит самолет, и летчик оказывается над стрелочником в тот момент, когда мимо него проезжает проводник. Летчик тоже видит одновременные вспышки, но, рассуждая таким же образом, как стрелочник, он скажет, что передний фонарь вспыхнул раньше. Таким образом, трое наблюдателей, находясь в одной точке в один и тот же момент времени, увидели одно и то же, но дали различное заключение о происшедшем. В наблюдение, а, значит, и в измерение неизбежно входит трактовка, интерпретация, выполняемая с учетом дополнительных обстоятельств (в данном случае конечности скорости света и постулата о независимости его скорости). Есть, однако, еще один важный момент. Все эти обстоятельства необходимо согласовать с принципом причинности. Следствие никак не может быть раньше причины. Поэтому, если вспышки самих фонарей связаны причинно-следственной связью (как удар по мячу и последующее попадание его в ворота), то приведенные рассуждения необходимо уточнить, дабы не получить в итоге абсурд. Принцип причинности не будет нарушен, если скорость целенаправленной передачи информации от причины к следствию не превосходит скорости света. Тогда в любых системах отсчета причина будет предшествовать следствию. Таким образом, в окружающем мире существует предельная скорость – скорость света.

Понятие одновременности будет играть важную роль и при измерении длин отрезков в различных системах отсчета. Как измерить длину отрезка в движущейся системе? Ведь линейку надо приложить к обоим его концам одновременно! В нашем примере получится, что длина вагона, которую измерит едущий в нем проводник, будет отличаться от длины этого же вагона, которую измерит с платформы стрелочник, и от длины этого вагона, которую измерит летчик самолета, причем два последних результата будут зависеть от скоростей систем отсчета относительно вагона. То есть, абсолютной длины предмет не имеет потому, что необходимо договориться: как мы будем экспериментально проверять высказанные по этому поводу мнения. Между прочим, получится, что при измерении длины предмета, движущегося мимо нас, мы получим меньшую величину, чем при измерении того же предмета, когда мы неподвижны относительно него. Нечто подобное происходит и при измерении промежутков времени в той или иной системе.

С точки зрения покоящегося наблюдателя часы в движущейся системе будут отставать, причем тем больше, чем быстрее движется эта система. Таким образом, астронавт, совершивший перелет с околосветовой скоростью, вернувшись на Землю с удивлением бы обнаружил, что его брат-близнец, остававшийся на родной планете, оказался заметно старше его. Это так называемое «замедление времени» или «парадокс близнецов», которое неоднократно было описано и использовано в сюжетах выдающимися фантастами (И. Ефремов – «Туманность Андромеды», «Сердце Змеи», «Час Быка», С. Лем – «Магелланово облако», «Возвращение со звезд», «Непобедимый», А. и Б. Стругацкие - «Полдень. XXII век», «Частные предположения» и др.). Все эти условия накладывают ограничения на скорость перемещения в пространстве и, фактически, закрывают для человечества дорогу в Галактику. То есть индивидуум или их группа может совершить сколь угодно дальний межзвездный перелет за годы по «корабельному» времени, но на земле за это время пройдут сотни, тысячи и даже миллионы лет. Полученная звездолетчиками информация окажется бессмысленной для человечества в целом. Преодолеть этот, установленный Эйнштейном, барьер возможно лишь на основе новых, пока еще отсутствующих у нас, знаний о топологии пространства. Теоретически при достижении скорости света время движущегося объекта для стороннего наблюдателя должно остановиться и, напротив, с точки зрения наблюдателя в достигшем световой скорости звездолете время ускорится настолько, что мгновение охватит бесконечный по протяженности временной промежуток. Однако, ни одно материальное тело макромира достичь скорости света не в состоянии.

Итак, фундаментальные понятия классической физики – пространство и время, выступают в качестве предметов договоренности, как только мы собираемся экспериментально определять их количественные меры. Пространство и время – относительны!

Развитие этих идей привело Эйнштейна к созданию общей теории относительности (ОТО), называемой еще теорией гравитации или геометродинамикой. Согласно ей гравитационное «притяжение» тел является лишь наблюдаемым эффектом, в основе которого лежит геометрия пространства-времени. Находящиеся в нем массы искривляют его подобно тому, как прогибается упругая сетка, если положить на нее тяжелый шарик: если бросить в получившуюся под шариком «воронку» еще один шарик, мы увидим, как он скатится к первому или станет кружить вокруг него. Нечто подобное, согласно ОТО, происходит и в трехмерном пространстве. Предсказания подтвердились при измерении скорости поворота большой полуоси эллиптической орбиты Меркурия при его движении вокруг Солнца. Из ОТО следует так же, что лучи света должны отклоняться при прохождении мимо массивного тела вроде звезды. При измерениях во время солнечного затмения это явление впервые было зарегистрировано. По последним данным, для отклонения радиоволн Солнцем отношение наблюдаемой величины к вычисленной согласно ОТО составляет 0,99997. То же отношение для перигелия Меркурия равно 1. Дальнейшая проверка ОТО вряд ли принесет что-то новое. Теория относительности из смелой гипотезы превратилась в убедительно доказанный факт, причем факт повседневной жизни! В настоящее время релятивистские эффекты учитываются в сверхточных навигационных спутниковых системах, с помощью которых можно определить координаты любой точки земной поверхности, на которой установлен датчик системы. Отклонение лучей в поле тяжести все шире используется и астрофизиками при наблюдении линзирования галактиками и звездами (они отклоняют свет и радиоволны квазаров и других галактик и звезд, то есть гравитация выполняет функции оптической линзы). Гравитационные линзы предсказаны Эйнштейном в 1936 г., в 1979г. было впервые обнаружено линзирование одного из квазаров.

Лекция 8. Микромир. Современные представления о строении материи.

Но я в твоем «ничто» надеюсь, кстати,

Достать и все посредством тех же чар.

А. Гёте «Фауст»

 

Весь наш мир мы условно делим на три уровня – мегамир, макромир и микромир. Мегамир – это космические системы и неограниченные масштабы. Макромир – это макроскопические тела размером от 10-6 до 107 см. Микромир сам делится на два подуровня: атомно-молекулярный (10-8-10-7 см) и квантовый (область, порядка 10-15 см). Это деление мира на уровни весьма условно, и все же процессы микромира нельзя рассматривать так же, как макропроцессы в неком уменьшенном масштабе, поскольку явления микромира подчиняются другим закономерностям и изменяются на основе иных принципов. Еще с древнейших времен человек пытался познать первооснову мира, то, из чего состоит все. Ранее такой основой считались атомы. Затем выяснилось, что атомы и даже атомные ядра делимы. Элементарными (субъядерными) частицами называют такие частицы, которые не удается расщепить на составные части. Они подразделяются на стабильные и нестабильные. Всем элементарным частицам присущи такие основные черты:

1.        частицы, пока существуют, неизменны.

2.        частицы одного сорта абсолютно одинаковы, неразличимы;

3.        частицы могут рождаться и исчезать.

Понятие элементарных частиц неразрывно связано с понятием поля – особой формы материи, которая наделена реальными физическими свойствами, такими как энергия. К наиболее известным относятся электромагнитное и гравитационное поля. В классической физике вещество и поле противопоставляются друг другу: вещество – дискретно, а поле – непрерывно. В микромире полевые и корпускулярные аспекты объединяются: поле проявляет корпускулярные свойства и наоборот, частица может проявлять волновые свойства. Макромир характеризуется, прежде всего, огромными массами и относительно малыми скоростями движения. В микромире малые массы, но высокие скорости.

Все известные нам поля, взаимодействия, вероятно, связаны с определенными частицами – их переносчиками. В гравитационных взаимодействиях участвуют все известные элементарные частицы, поскольку они обладают универсальным свойством – массой. Большинство частиц имеют заряд, с которым связано электромагнитное взаимодействие. В природе существуют два типа заряда: положительный и отрицательный. Именно электромагнитные силы ответственны за стабильность атомов, строение молекул и протекание химических реакций. Для объяснения устойчивости ядер были введены ядерные силы, обеспечивающие притяжение между нуклонами. Это короткодействующие силы в отличие от электромагнитных. Ядерные силы гораздо мощнее электромагнитных, отчего этот тип взаимодействия еще назван сильным. При изучении некоторых процессов распада, для объяснения процесса превращения нуклонов ввели еще один тип взаимодействия – слабое. Радиус сильного взаимодействия 10-13, а слабого 10-15 см. Слабое взаимодействие ответственно, прежде всего, за превращение одних элементарных частиц в другие. Типичный пример слабого взаимодействия или превращения – бета-распад нейтрона (в атомном ядре нейтрон стабилен, но «в одиночестве» распадается за 15 минут). Переносчиками слабого взаимодействия являются векторные бозоны, их масса велика (соответствует 100 протонам). Предполагается наличие пятого типа взаимодействия – спинового или торсионного, фиксирующего и передающего информацию посредством торсионного поля без затрат энергии. Если наличие торсионного поля подтвердится, то получат объяснение биоэнергетические, парапсихологические явления. Пока, однако, торсионное поле в большей степени – объект околонаучных спекуляций, а не серьезного научного поиска. Все встречающиеся в природе взаимодействия (поля) являются либо проявлением одного из указанных вида взаимодействия либо их комбинацией. Создание Теории фундаментального поля является одной из краеугольных проблем современной физики.

Первоначально считалось, что элементарные частицы ограничиваются наличием электрона, нуклонов (протона и нейтрона) и фотона. Однако, в 1930 году физик Вольфганг Паули открыл «на острие пера» нейтрино (реально эта частица отмечена лишь в 1956 г.), в 1932 г. – нашли позитрон, в 1936 г. – мюоны, в 1947 г. – мезоны, затем – гипероны. С 1950-х гг. началась новая эра в изучении микромира: были созданы ускорители заряженных частиц – циклотроны, фазотроны, синхрофазотроны и т.д. Это необычайно дорогие сооружения, иногда занимающие километры пространства. Сами исследования на ускорителях стоят безумных денег, поэтому сначала физики предсказывают процессы в теории и только потом проверяют их на практике. Теоретики при рассмотрении взаимодействия частиц и прогнозировании процессов исходят из законов сохранении энергии и импульса. На ускорителях получено очень большое число так называемых неустойчивых частиц (резонансов), с крайне малым временем жизни. Постепенно выяснилось, что частиц более 200, что требовало классификации.

Все элементарные частицы характеризуются такими параметрами, как масса покоя (фотон, движущийся со скоростью света, имеет массу покоя равную нулю, электрон – наилегчайший с ненулевой массой покоя, протоны и нейтроны в 2000, а Z-частица в 200000 раз тяжелее электрона), электрический заряд (он всегда кратен заряду электрона, равному –1, либо вовсе отсутствует), спин (момент импульса частицы, у бозонов спины целые – 0, 1, 2, а у фермионов полуцелые – например ), и время жизни (стабильные – электрон, протон, фотон и нейтрино и нестабильные, с временем жизни от 15 минут до триллионных и более малых долей секунды).

Адроны. Этих частиц сотни, хотя стабильных среди них очень мало. Именно такое их количество привело ученых к мысли о том, что адроны в отличие от лептонов, не элементарны, а состоят из еще более дробных частиц. Адроны бывают двух разновидностей – нейтральные и электрически заряженные. Это нейтроны, протоны и множество короткоживущих частиц (резонансов). В 1947 г. в космических лучах обнаружены положительные и отрицательные п-мезоны, они в 280 раз тяжелее электрона. В 1949-1952 гг. открыты к-мезоны, гипероны (сверхтяжелые частицы) и барионные резонансы (барионы). Они получили название странных частиц, поскольку оказалось, что прямого отношения к образованию вещества эти частицы не имеют. Предполагается, что странные частицы существовали на самой ранней стадии эволюции Вселенной.

Лептоны. Спин у всех лептонов – , а вот заряд может быть различным, либо отсутствовать вовсе. Наиболее известным лептоном является электрон. В 1932 г. в составе космических лучей была открыта античастица – позитрон, имеющий такую же массу как электрон, но противоположный по знаку заряда. Античастицы отличаются от соответствующих им частиц только зарядом, а в остальных характеристиках идентичны. Античастицы-двойники есть у каждого лептона. Мюоны обладают либо положительным, либо отрицательным зарядом. По своим свойствам они похожи на электроны, но в 200 раз тяжелее. «Живут» мюоны лишь две миллионных доли секунды, распадаясь на электрон и два нейтрино. Кстати, обратите внимание на парадокс, характерный для микромира: при распаде «исчезает» значительная часть массы покоя. Известен сверхтяжелый тау-лептон (3500 масс электрона). Нейтрино – самая распространенная во Вселенной частица – уникальна, ибо подвержена действию только слабых сил, ее взаимодействие с веществом ничтожно, потому она легко проходит сквозь планету «не заметив» ее. Ежесекундно каждый квадратный сантиметр земной поверхности пронзают 300.000 нейтрино, летящих из космического пространства. Существует 3 разновидности нейтрино: электронное, мюонное и тау-нейтрино. Всего, таким образом, существует 12 разновидностей лептонов (6 лептонов и 6 антилептонов).

Глюоны (от англ. glue - клей) – образно говоря, это и есть «клей», не дающий миру распасться в небытие. Глюоны обеспечивают фундаментальные взаимодействия. Гравитационное взаимодействие, возможно, переносится гипотетическим гравитоном – безмассовой частицей со скоростью равной скорости света. Однако, гравитон до сих пор не найден и является исключительно детищем придумавших его теоретиков. В отличие от гравитации, квантовые свойства электромагнитного поля легко наблюдать, поскольку хорошо известны носители этого взаимодействия – фотоны. Сильное взаимодействие обеспечивают собственно глюоны. Переносчиками слабого взаимодействия являются векторные бозоны, их масса очень велика (примерно 100 протонов).

Кварки. Чайки метались над бурным морем и кричали резкими, неприятными голосами «Три кварка для мистера Марка!» - так описал сон своего героя Дж. Джойс в романе «Поминки по Финнегану». Сюрреалистическое слово из сна послужило в дальнейшем названием для мельчайших частиц. Сейчас известно, что адроны состоят из кварков и антикварков. На сегодняшний день кварки и антикварки считаются неделимыми, их по 6 типов, которые называются «ароматами» (flowers): u (up), d (down), с (charm), s (strangeness), t (top) и b (bottom). Самое необычное свойство кварков заключается в том, что они существуют только внутри адронов и не наблюдаются как самостоятельно существующие частицы.

«Электрон также неисчерпаем, как и атом, Природа бесконечна» - провозгласил в начале ХХ века философ, социолог, экономист и политик Владимир Ильич Ульянов (Ленин) (1870-1924), отстаивая материальность и познаваемость мира после открытия делимости атома и квантового состояния электрона. Эти слова в полной мере подтвердились новейшими достижениями физики. Электроны окружают атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны «сделаны» из разных пар кварк-антикварк плюс одиночный кварк, «скрепленных» глюонами. Сегодня кварки и лептоны считаются «истинно элементарными» частицами. Из кварков состоят барионы (трехкварковые частицы – протон и нейтрон) и мезоны (состоящие из пары кварк-антикварк). Различия между кварками и лептонами соответствуют изменению типа симметрии.

Симметрия – ключ к пониманию фундаментальных взаимодействий. Они и существуют для того, чтобы поддерживать в природе набор абстрактных симметрий. Предмет считается симметричным, если он остается неизменным после какой-либо операции по его преобразованию. Симметричны некоторые неизменные при повороте геометрические фигуры (геометрическая симметрия), симметричны тела рыб, птиц (зеркальная симметрия) и т.д. Калибровочная симметрия – более абстрактное понятие из области физики. Система обладает такой симметрией, если ее природа остается неизменной при преобразовании отсчета уровня, масштаба или значения какой-либо физической величины.

Суперструны. При удалении заряженных частиц где-то на 10-13 см силовые линии между ними искажаются. Оказалось, что сила взаимодействия между кварками с увеличением расстояния между ними не уменьшается, а возрастает. И при расположении кварков на расстоянии порядка метра, эти силы преобразуются в тонкую так называемую глюон-нить. Такие соображения легли в теорию суперструн – главное направление современной теоретической физики. В квантовой механике и в квантовой теории поля элементарные частицы считаются точечными. По теории суперструн элементарные частицы – это колебания одномерных объектов (струн), имеющих размеры 1033 см. Струны могут быть конечной длины или в виде колечек. Теория суперструн пока не привела к каким-либо физическим результатам, но это не помешало физикам-теоретикам, исследующим струны, нескромно назвать ее «Теорией Всего», хотя ее авторы претендуют на пони­мание только некоторых предельных случаев и говорят лишь о намеках на некую общую М-Теорию (Магическую, Мистическую). Если любые частички можно представить в виде неких нитей, то согласно дальнейшей разработке теории, пространство можно представить в виде пересекающихся суперструн, которые могут формировать новую метрику пространства.

Далеко не все еще ясно и открыто в физике элементарных частиц. Так, теоретическая физика не может ответить на целый ряд вопросов. Вот лишь некоторые из них: Как построить квантовую теорию гравитации? Почему существует только по шесть типов кварков и лептонов? Почему масса нейтрино очень мала?

Любопытную теорию строения материи отстаивает руководитель лаборатории «Наномир» А.Кушелев. Элемент тончайшей структуры материи представляет круговой вихрь, размер которого составляет 10-35 м. Вакуум, по мнению Кушелева, это регулярная структура круговых вихрей (вихрал). Если предположить, что возмущение может вызвать локальный резонанс вихрала, а резонансный процесс преобразует вращательное движение вихрей в колебательное, то этот процесс может являться наблюдателю в виде элементарной частицы. При возникновении резонанса по одной пространственной степени свободы возникает фотон. Такое колебание затухает миллиарды лет, что может вызывать эффект «красного смещения» (см. лекцию Мегамир). Электрон – это резонансный процесс в двух степенях свободы, причем в первом приближении его можно обозначить кольцом с радиусом первой боровской орбиты в атоме водорода. Следствия этого предположения оказались далеко не тривиальными. Такая форма электрона приводит к восьмигранной форме атома, на внешней оболочке которого находится восемь электронов. Магнитная модель такой оболочки показывает, что оболочка может сохранять устойчивость за счет магнитных сил, которые действуют между кольцами-электронами. То, что поле атома действительно октаэдрично, можно прочитать в учебнике химии. Тридцатидвухэлектронная оболочка оказалась похожей на футбольный мяч, а по модели 18-электронной оболочки удалось построить новую геометрическую фигуру "18-гранник". Остается только удивляться проницательности эллина Демокрита, утверждавшего, что атомы имеют форму правильных многогранников,. Кварк в модели Кушелева имеет вид спирали, обвивающей кольцо. Кварки могут стыковаться в столбчатые структуры нуклонов и ядер. Принцип чередования кварков в столбчатом ядре может объяснить структуру таблицы Менделеева и плохую устойчивость тяжелых ядер.

Итак, вакуум – не абсолютная пустота. Еще в 1920г. Эйнштейн заметил: «Общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами, таким образом, в этом смысле эфир существует». Квантовая теория, согласно еще одной гипотезе, наделила пространство нулевыми колебаниями электромагнитного, гравитационного и других полей. В чем суть «нулевых колебаний»? Вакуум пронизан электромагнитными, гравитационными и иными полями. И ни в одном из них нет реальных квантов. Но по законам квантовой механики для всякого поля характерны колебания, которые, в свою очередь, невозможны без частиц. Таким образом, колебание поля в вакууме должно порождать виртуальные частицы. Более того, при определенных условиях (например, при воздействии полем высочайшей напряженности) эти частицы способны превращаться из виртуальных в реальные – вакуум способен порождать материю!

Проблемы вакуума и сверхсильных магнитных и гравитационных полей очень актуальны. Естественными источниками таких полей могут быть нейтронные звезды-магнетары с мощнейшим магнитным полем и черные дыры. Пока астрофизики ищут подтверждение этой гипотезы в далеком космосе, другие ученые не прочь попытать счастья в экспериментах на Земле. В печать просочились сведения об эксперименте «Филадельфия», поставленном в 1940-х гг. на одной из военно-морских баз США. На эсминец «Элдридж» с целью создания эффекта «невидимости» для радаров противника были, якобы, установлены агрегаты, генерирующие сверхсильное пульсирующее вращающееся магнитное поле. Эксперимент готовился при участии Эйнштейна. Его последствия оказались столь неожиданными, что до сих пор недоступны широкому кругу интересующихся.

В последнее время стали появляться «безумные» гипотезы, заключающиеся в том, что именно вакуум и составляет структурную основу мироздания, именно из него состоят все элементарные частицы. В таком случае все сущее – это «нечто по имени Ничто», грань между реальностью и виртуальностью становится зыбкой и стирается. По мнению современного американского физика Джона Уилера, материя – это геометрия пустоты (геометрия гиперпространства). Тогда Вселенная – не более, чем продукт применения определенного набора абстрактных математических формул и дифференциальных уравнений, «саморазвивающаяся программа» некоего «суперкомпьютера», породившая в итоге из пустоты, все многообразие материального мира. Неужели мы возвращаемся путем фундаментальной науки к знаменитому: «Вначале было Слово»?

 

Лекция 9. Пространство и время

Когда же вы, люди, наконец поймете: размер не имеет значения!

Э. Соломон, С. Перри «Люди в черном»

 

Что может быть проще времени?

Клиффорд Саймак

 

Но что же такое собственно время и пространство, образующие пространственно-временной континуум нашей Вселенной? Системы взглядов на устройство мира, которые формировались в рамках космологической модели, включали в себя понятия пространства и времени. Но при рассмотрении сущности этих категорий им придавались различные значения. Одни мыслители вообще отрицали наличие пустого пространства, другие говорили, что пустота существует, но она непосредственно нужна для перемещения тел в пространстве. Большим вкладом Ньютона в развитие научной картины мира было введение понятий абсолютного и относительного. Абсолютное время – это истинное, математическое время, которое само по себе и по своей сущности и без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и его можно охарактеризовать как длительность. Относительное время - это так называемое кажущееся или обыденное время, которое использовалось в обыденной жизни, например: час, день, месяц. Абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему-либо внешнему и остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное пространство – это мера или какая-то ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по отношению к расположению других тел. По существу введение этих понятий отвечало двум уровням познания. Абсолютным понятиям принадлежала роль на теоретическом уровне, а относительные – соответствовали эмпирическому уровню познания. Основным положением классической концепции пространства-времени является то, что пространство считалось бесконечным, плоским, прямолинейным. Строгую форму пространственные характеристики обрели уже в работах Евклида. В это же время началось формирование представлений об однородном и бесконечном пространстве. Его метрические свойства определялись полностью геометрией Эвклида. Пространство выступало в качестве вместилища материальных тел, как некая независимая от них инерциальная система. Таким образом, в этом положении отсутствует связь между пространством, временем и материальными телами. Время принималось абсолютным, однородным, равномерно единообразно и синхронно текущим во всей Вселенной. Кроме того, время выступало как независимая от материальных объектов длительность: ему отводилась роль фиксации длительности какого-либо события.

Пятый постулат Евклида гласит: через точку вне прямой можно провести лишь одну параллельную ей прямую. В середине XIX века в этом усомнились великие математики Европы – русский Николай Лобачевский (1793-1856), венгерский Янош Больяй (1802-1860) и немецкий Георг Риман (1826-1866). Они увидели еще, минимум, два варианта ответа на евклидов постулат:

-          через точку вне прямой нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной (постулат Римана);

-          через точку вне прямой можно провести бесчисленное множество прямых, параллельных данной (постулат Лобачевского).

Данные постулаты абсурдны для плоскости но прекрасно работают для других, искривленных поверхностей – например, сферы или псевдосферы. Пример – параллельные друг другу меридианы, пересекающиеся на полюсах. После того, как математики доказали внутреннюю непротиворечивость их новой, неевклидовой геометрии, возник вопрос: является наше пространство евклидовым, или же этот пространство Римана-Лобачевского?

Классическая физика рассматривала процессы взаимодействия с точки зрения сил, действовавших строго по прямым между реальными телами, но создание электродинамики показало, что силы не только зависят от расстояния между телами, но и направлены не по прямым. Кроме того, эти силы зависели не только от расстояния, но и скоростей движения материальных тел. Относительными, по Эйнштейну, оказались и размеры тела и промежутки времени. Свойства пространства и времени, согласно теории относительности, зависят от концентрации масс и скорости движения. Любая масса создает искажение пространства, в прямо пропорциональной зависимости от массы тела. Опыты по проверке ОТО и СТО показали, что прямолинейные лучи света в пространстве искривляются под влиянием гравитации, следовательно – пространство в масштабах Вселенной действительно искривлено.

Почему «наше» пространство трехмерно? Теологи говорят о том, что это самое совершенное пространство. Рациональная наука способна это умозрительное положение объяснить: в одномерном и двумерном пространстве невозможно было бы никакое взаимодействие, в то же время пока нам неизвестны типы взаимодействий, которые требовали бы большего количества измерений, четырех- или пятимерные пространства в этом смысле излишне сложны (вспомним правило бритвы Оккама). В то же время современную науку весьма интересует вопрос: существуют ли не в математических построениях, а в реальности многомерные пространства? Достоверных фактов, подтверждающих это, пока не выявлено, и «параллельные миры» остаются в большей степени местом фантазий в литературе («Колдовской мир» Андрэ Нортон, «Заповедник Гоблинов», «Кольцо вокруг Солнца», «Город» Клиффорда Саймака, «Операция “Хаос”» Пола Андерсона и др.).

В то же время, нельзя исключать, что наука в скором времени представит нам новые данные по топологии пространства. В этом случае реальностью могут стать не только параллельные миры иных измерений, но и «сверхбыстрые» космические путешествия через «гиперпространство». Дело в том, что при наличии четвертого измерения весьма удаленные точки трехмерного мира могут оказаться в ином измерении практически совмещенными. Аналогию можно провести с плоским листом бумаги (условно двухмерным пространством). Если это двухмерное пространство изогнуть в третьем измерении, то любые его удаленные точки можно совместить. Есть и иной вариант (конечно, пока лишь теоретический) – войти в пространство с нулем измерений (точку) и выйти из него в любой искомой точке «нашего» пространства. По мнению уфологов, именно таким способом сверхбыстрого перемещения в пространстве пользуются пилоты НЛО. Пока земные ученые-теоретики разрабатывают математические модели, фантасты уже вовсю «пользуются» «нуль-транспортировкой», «телепортацией» «зеро-каналами» («Миры смерти» Г. Гарриссона, «Чердак Вселенной» А. Павлова и др.), а братья Стругацкие придумали даже названия для «прокола пространства» и для физики многомерных пространств - «сигма-деритринитация» и «нуль-физика». Как назовут этот гипотетический процесс в лабораториях будущего?

Есть и иной подход к вопросу о параллельных пространствах. Это гипотеза была математически сформулирована и обоснована академиком М.А. Марковым. Через любую, даже сверхгигантскую сферу можно провести секущую плоскость так, что площадь сечения окажется равной площади элементарной частицы. Представим теперь четырехмерную сферу–вселенную, «рассеченную» таким образом нашей Вселенной. Сечения этих иных миров будут выглядеть у нас электронами, мезонами, нейтронами… Но стоит «войти» в этот нейтрон, и мы окажемся в новом неведомом мире. Такие миры-частицы академик Марков предложил назвать «фридмонами» в честь первым предположившего возможность замкнутости Вселенной и предложившего три модели ее эволюции русского ученого Александра Александровича Фридмана (1888-1925). В таком случае спор о низшем уровне «кирпичиков мироздания» теряет смысл. Воистину «малое в большом и большое в малом»…

Что может быть проще времени? (Кстати именно так озаглавил один из своих многочисленных романов американский фантаст Клиффорд Саймак). Время – это расстояние, разделяющее события в порядке их следования и связующее их в одно целое? Или это собственно последовательность несущихся друг за другом событий? Мы привыкли измерять время периодами между повторяющимися событиями, то есть события и являются средствами измерения времени. Иначе говоря, вне событий время должно терять смысл. Но все ли так просто? Время уже в глубокой древности интересовало философов. Библейская «Книга Екклесиаста или Проповедника» отчасти посвящена восприятию событий через время – «всем свое время, и время всякой вещи под небом», категориям сиюминутного и вечного. В средневековье Блаженный Августин говорил: «Я прекрасно знаю, что такое время, пока не думаю об этом. Но стоит задуматься – и вот я уже не знаю, что есть время. Так ли я его измеряю, Боже мой, и что я в нем измеряю, сам не знаю».

В целом большинство философов и физиков современности сходится на том, что время обладает следующими топологическими свойствами: одномерностью, непрерывностью и вечностью (реально только настоящее, прошлое уже состоялось, будущее формируется), длительностью (ибо никакой процесс не происходит сразу), упорядоченностью, однонаправленностью (необратимостью), неоднородностью. В философии сложились три концепции времени:

-      способ восприятия сознанием действительности и упорядочения явлений (Платон, Кант);

-      субстанция, внутри которой протекают все мировые процессы (Демокрит, Ньютон);

-      свойство самих процессов, как способ бытия материальных объектов (Аристотель, Лейбинц)

Если первая субъективистская концепция уже не представляется плодотворной для современного естествознания, то две остальные продолжают сосуществовать. И если во втором случае речь идет об одном реальном времени и сознательно создаваемых его «фантомах», «отражениях», то во втором эти отражения получают полные права – то есть возникают понятия геологического времени, биологического времени, исторического времени, археологического, радиоизотопного и так далее. Не вполне ясен и вопрос: одинаково ли течет время и микромире и мегамире? Так, некоторые ученые предполагают, что электроны и иные элементарные частицы существуют вне времени, направление времени для них несущественно. Выходит, как сказал археолог А.А. Синицын, перефразируя английскую поговорку, «когда Бог создавал время, он создал его достаточно и на любой вкус». И все же обе концепции сводились лишь к различным способам измерения длительности времени.

Между тем, еще в 1950-х гг. выдающийся русский ученый (в 15 лет он поступил на физмат, а в 23 года стал профессором) – астроном Пулковской обсерватории Николай Александрович Козырев – утверждал, что время имеет и другие активные свойства и является активным участником мироздания. Открытый им активный вулканизм на Луне, так же как и длительность существования звезд, и многие другие явления, Козырев объяснял воздействием времени, как физического фактора. Ход времени, по Козыреву, определяется линейной скоростью поворота причины относительно следствия. Согласно расчетам ученого, такая линейная скорость имеет положительный знак в левой системе координат и равна 700 км/сек. Это было затем подтверждено независимыми японскими исследователями с помощью вращающихся гироскопов с электровибраторами, являвшихся системами с причинно-следственной связью. При закрутке маховика против хода времени масса и некоторые иные параметры системы менялись. Из опытов Н.А. Козырева следует, что время можно отражать, экранировать, но не преломлять как свет. Кроме того, время имеет плотность. Процессы, упорядочивающие мир поглощают время. При процессах, где нарастает энтропия (хаос, беспорядок) время излучается. По мнению Козырева, звезды излучали огромное количество времени. Время по Козыреву вездесуще, оно появляется сразу и везде, его флуктуации происходят повсюду одновременно, в то же мгновение (кстати, как и гравитация). Для доказательства своего вывода астроном с помощью своего гироскопа, установленного в главном фокусе пулковского телескопа-рефрактора установил реальное положение на небе Проциона – Альфы Малого Пса, отличающееся от видимого (ведь свет, в отличие от времени распространяется не мгновенно и мы видим звезды на небосклоне на тех местах, где они были, когда испустили порцию фотонов, попавшую на сетчатку нашего глаза). Эти наблюдения подтвердили в дальнейшем астрономы из Новосибирского Академгородка, причем выяснилось, что в космосе есть объекты, не излучающие времени (по крайней мере на уровне чувствительности использованной аппаратуры) – в их числе туманность Ориона, планета Сатурн, звезда Арктур (Альфа Волопаса). Если так, то в будущем время может быть использовано для моментальной передачи информации между звездными системами! Ведь релятивистские ограничения на время не распространяются.

Профессор Козырев создал причинную механику, основные постулаты которой таковы:

§         в причинных связях всегда имеется принципиальное отличие причин от следствий;

§         причины и следствия всегда разделяются пространством, расстояние между ними не может равняться нулю;

§         причины и следствия всегда разделяются временем, время между ними не может равняться нулю;

§         следствие всегда находится в будущем по отношению к причине;

§         время обладает абсолютным свойством направленности, отличающим следствие от причины.

Исследования по программе, предложенной Козыревым, продолжаются большим коллективом ученых, среди которых и ученики самоотверженного профессора.

После столь, казалось бы, фантастичной информации зададимся вопросом, волнующим уже несколько поколений писателей-фантастов, начиная с Герберта Уэллса («Машина времени») и заканчивая Рэем Брэдбери («Охотники на динозавров»), Робертом Янгом («У начал времен»), Айзеком Азимовым («Конец Вечности»), авторов киносериала «Назад, в будущее». Возможно ли путешествие во времени? Учитывая наличие причинно-следственных связей и их необратимости, как фундаментального свойства механики времени по Козыреву и как основы элементарной логики, можно заявить: невозможно, несмотря на всю красоту этой идеи. Оригинально эту идею решил в романе «Лангольеры» писатель Стивен Кинг. В его «прошлом», куда попадают герои книги, остается лишь мертвый, страшный, распадающийся мир вне времени. А вот наблюдение за прошлым, без активного вмешательства в ход событий, теоретически возможно. Перемещение же в будущее в принципе возможно, но оно необратимо. Информация не может попасть из будущего в прошлое и нарушить причинно-следственные связи.

Подводя итоги, основные положения современной концепции континуума пространства-времени можно представить так:

§         пространство-время объективно, реально, это всеобщие формы бытия материи;

§         единство пространства-времени выражается в совместном их изменении в зависимости от концентрации масс и скорости их перемещения;

§         пространство многомерно и обратимо, а время необратимо и одномерно.

 

Лекция 10. Мегамир. Звезды. Строение Вселенной.

Ведь если звезды зажигают –

Значит – это кому-нибудь нужно

В. Маяковский

 

В настоящее время наука шагнула очень далеко от галилеевой трубы-»перспективы». Диаметр зеркал двух телескопов на Гавайях – 10 м (они вступили в строй в 1992 и 1996 гг.), у знаменитого Паломарского телескопа, начавшего работать в 1950 г., диаметр зеркала 5 м; российский телескоп БТА в Зеленчуке имеет зеркало диаметром 6 м (работает с 1976 г.). Очень эффективен и внеземной телескоп «Хаббл» (запущен в 1990 г., модернизирован в 2002 г., диаметр зеркала 2,4 м). Строятся новые телескопы для различных диапазонов – от рентгена до радиоволн. Радиоастрономия родилась в 1931 г., рентгеновская астрономия возникла в 1962 г., гамма-астрономия и нейтринная астрономия еще моложе. С развитием гравитационно-волновой астрономии будет освоен последний известный канал получения астрофизической информации. Астрономия активно развивается и позволяет заглянуть далеко за пределы Солнечной системы.

Самым распространенным объектом во Вселенной являются звезды. Возникают они так: частицы газопылевого облака медленно притягиваются между собой за счет гравитационных сил. Плотность облака растет, возникшая непрозрачная сфера начинает вращаться, захватывая все больше частиц из окружающего пространства. Внешние слои давят на внутренние, давление и температура в глубине растут, согласно законам термодинамики, постепенно достигая нескольких миллионов градусов. Тогда в ядре протозвезды создаются условия для протекания реакции термоядерного синтеза гелия из водорода. Об этом «оповещают мир» потоки нейтрино, выделяющихся при такой реакции. В ее результате мощный поток электромагнитного излучения давит на внешние слои вещества, противодействуя гравитационному сжатию. Когда силы излучения и гравитации уравновешиваются, протозвезда становится звездой. Чтобы пройти эту стадию своей эволюции протозвезде нужно от нескольких миллионов лет (при массе больше солнечной) до нескольких сот миллионов лет (при массе меньше солнечной). Широко распространены двойные и кратные звезды, можно сказать, что это обычное явление. Они образуются рядом и вращаются вокруг общего центра масс. Их насчитывается около 50% от всех звезд.

Химический состав звезд по данным спектрального анализа в среднем такой: на 10000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 – кислорода, 2 – азота, 1 – углерода, еще меньше остальных элементов. Из-за высоких температур атомы ионизированы и находятся в состоянии плазмы – смеси ионов и электронов. В зависимости от массы и химического состава протозвездного облака молодая звезда попадает на определенный участок диаграммы Герцшпрунга-Рессела, представляющей из себя координатную плоскость, по вертикальной оси которой откладывается светимость звезды (к-во энергии, излучаемой в единицу времени), а по горизонтальной – спектральный класс (цвет звезды, зависящий от температуры поверхности). При этом синие звезды горячее красных. Спектральные классы от горячих к холодным обозначаются буквами O, B, A, F, G, K, M. Каждый класс делится на десять подклассов (желтое Солнце имеет класс G2, то есть оно посредине диаграммы, с температурой поверхности 6000о). Большинство звезд на диаграмме располагается вдоль главной последовательности – плавной кривой, идущей из левого верхнего в правый нижний угол диаграммы. По мере расходования водорода, масса ее меняется, и звезда смещается вправо вдоль главной последовательности. Звезды с массами порядка солнечной находятся на главной последовательности 10-15 млрд. лет (Солнце на ней уже около 4,5 миллиарда лет). Постепенно энергия в центре звезды иссякает, давление падает. Поскольку гравитации оно не противостоит, ядро сжимается, и температура там опять возрастает, но реакции протекают теперь только на границе ядра внутри звезды. Звезда разбухает, растет и ее светимость. Она сходит с главной последовательности в правый верхний угол диаграммы, превращаясь в красный гигант с радиусом больше радиуса орбиты Марса. Когда температура сжимающегося гелиевого (ведь водород «выгорел») ядра красного гиганта достигнет 100-150 млн. градусов, начинается синтез углерода из гелия. Когда и эта реакция исчерпает себя, происходит сброс внешних слоев. Горячие внутренние слои звезды оказываются на поверхности, раздувая отделившуюся оболочку излучением в планетарную туманность. Через несколько десятков тысяч лет оболочка рассеивается, и остается небольшая очень горячая плотная звезда. Остывая, она переходит в левый нижний угол диаграммы и превращается в белый карлик с радиусом не больше радиуса Земли. Белые карлики – жалкий финиш нормальной эволюции большинства звезд.

Некоторые звезды время от времени вспыхивают, сбрасывая часть оболочки и превращаясь в Новые звезды. При этом они каждый раз теряют порядка сотой доли процента своей массы. Реже случаются катастрофы, уничтожающие звезду – вспышки сверхновых, при которых за короткое время излучается энергии больше, чем от целой галактики. При взрыве звезда сбрасывает внешнюю газовую оболочку (так возникла при взрыве сверхновой 1054 г. Крабовидная туманность внутри которой теперь находится «звездный огарок» - пульсар PSR0531, излучающий даже в гамма-диапазоне). Последняя сверхновая вспыхнула рядом в 1987 г., в Большом Магеллановом Облаке, в 60 килопарсеках от нас. От этой сверхновой впервые зарегистрировано нейтринное излучение. Если масса звезды, оставшейся после катастрофы превосходит солнечную в 2,5 раза, белый карлик образоваться не может. Гравитация разрушает даже структуру атомов. При этом, согласно законам физики, резко ускоряется вращение. Представьте себе звезду с массой, близкой к солнечной и радиусом около 10 км, делающей 640 оборотов в секунду! Именно такова частота радиоимпульсов наиболее быстрого пульсара. Сейчас их известно около 1000 с периодами вращения (повторения радиоимпульсов) 0,002 - 4,3 с. Плотность вещества такой звезды превышает плотность атомного ядра: оно состоит из плотно упакованных нейтронов, отсюда и название – нейтронная звезда. Нейтронные звезды имеют колоссальное магнитное поле: у миллисекундных пульсаров его напряженность достигает миллиарда эрстед, а у пульсаров с периодом 0,1–1 с доходит до триллиона эрстед. Недавно обнаружены магнетары с более сильными магнитными полями (1015–1016 эрстед). Радиоизлучения они не испускают, наблюдаясь в гамма-лучах.

Еще Лаплас в 1795 г. предположил, что могут существовать столь массивные тела, от которых не может уйти даже свет (т.е. его скорость оказывается ниже скорости убегания). В рамках ОТО образование черной дыры было рассмотрено в 1939 г. В 1960-х гг. астрофизики пришли к выводу, что не может существовать стабильных выгоревших звезд с массой более трех солнечных. При катастрофическом гравитационном сжатии звезды – коллапсе – напряженность поля тяготения над ее поверхностью становится столь чудовищным, что пространство-время свертывается и звезда исчезает из Вселенной, оставив лишь искривленный участок пространства-времени. Вероятно существуют черные дыры двух типов: а) с массами менее ста солнечных; б) гигантские – в галактиках и квазарах с массой более миллиона солнечных. Тип А находят в основном в двойных системах. Если одна из звезд в такой двойной звезде не видна (не излучает) и в то же время ее масса более 3 солнц, то, вероятно, это черная дыра. Если масса меньше, то невидимый компонент может быть нейтронной звездой. Черная дыра сама по себе не излучает, но может быть видна за счет излучения из области, где находится падающее на нее вещество (аккреционный диск). С помощью космических телескопов Хаббл и Чандра (рентгеновского) удалось пронаблюдать кажущееся исчезновение вещества, падающего на компактные компоненты тесных двойных систем. Выяснилось, что системы с нейтронными звездами и в спокойном состоянии весьма ярки: кинетическая энергия падающего вещества при столкновении с поверхностью звезды превращается в тепловую и высвечивается в рентгеновском диапазоне. Аналогичные системы с черными дырами в спокойном состоянии почти не излучают (их светимость в 100 раз меньше), словно падающий газ просто исчезает, проваливается под горизонт событий, унося с собой всю свою энергию. Астрофизику Д. Долану удалось увидеть, как газовые сгустки исчезают из поля зрения, проваливаясь под невидимый горизонт. Наблюдая с помощью телескопа «Хаббл» массивный объект Лебедь XR-1, он зафиксировал регулярные затухающие серии импульсов ультрафиолетового излучения. Видимо эти импульсы исходят от сгустков горячего газа, отрывающихся от внутренней границы аккреционного диска и по спирали падающих на черную дыру. Ультрафиолетовое свечение сгустков слабеет, поскольку по мере приближения к черной дыре их излучение сдвигается из-за красного смещения в длинноволновые области спектра. После 6-7 импульсов сгустки пропадают из вида. Оптические наблюдения показали, что движение звезд у центра Галактики происходит вокруг гигантской массы с размером менее световой недели. Иными словами, в центре Млечного Пути находится черная дыра массой более 2,5 млн. Солнц и в 10 раз меньшая его по размерам.

Млечный путь – своеобразный вид нашей Галактики «в профиль». Кроме Солнца, в нее входит около 150 миллиардов звезд, и Галактика не единственная. Существует множество других, образующих Метагалактику (наблюдаемую Вселенную). Эдвин Хаббл (1899-1953) предложил классификацию галактик:

-      эллиптические и сферические, состоящие в основном из старых звезд;

-      спиральные, в «рукавах» которых находятся молодые звезды;

-      неправильной формы.

В центральных областях галактик находятся компактные скопления огромного количества звезд – ядра. Пространство между галактиками и между звездами внутри галактик не пусто. В каждом кубометре находится в среднем 10000 атомов вещества, если их хотя бы впятеро больше – это уже космическое облако (в атмосфере Земли порядка 1023 атомов на кубометр, а в лучшем лабораторном вакууме в кубометре их содержится 109).

Происхождение космических лучей – потоков заряженных частиц, открытых в 1912 г., много лет оставалось загадочным. Но сейчас можно не сомневаться в том, что основные их источники – сверхновые звезды и активные ядра галактик. Наиболее загадочны лучи сверхвысоких энергий – их происхождение неясно не находит пока приемлемых объяснений.

В конце 60х гг. в США была запущена система спутников Вела с приборами, регистрирующими мягкие гамма-лучи для контроля за договором по запрещению атомных испытаний в атмосфере. Взрывы и не производились, но гамма-всплески загадочного происхождения фиксировались, о чем широкой общественности было сообщено лишь в 1973 г. В 1997 г. удалось наконец обнаружить в направлении гамма-всплеска источники с большим красным смещением, наблюдавшиеся и в рентгеновском, и в оптическом, и в радиодиапазоне. 23.1.1999 г. возник мощный гамма-всплеск до 300 МэВ, длившийся около 100 с. Одновременно с ним произошла световая вспышка, светимость которой в максимуме достигала 21016 светимости Солнца! Во всех электромагнитных диапазонах суммарно выделилось 31054 эрг. Получается, гамма-всплески – самое мощное взрывное явление в нынешней Вселенной. Источники этого грандиозного явления до сих пор не ясны.

Количество светящейся материи во Вселенной определяется по наблюдениям в видимом свете. Полное же количество гравитирующей материи сказывается на движении звезд в галактиках и галактик в скоплениях. Проще всего динамика проявляется при определении траекторий вращения звезд в спиральных галактиках, в частности в нашей. Вне всяких сомнений во Вселенной имеется некая несветящаяся материя, проявляющая себя в гравитационном взаимодействии. Эта темная материя распределена неравномерно, но присутствует везде: и в галактиках, и в межгалактическом пространстве. Какова же природа «скрытой массы»? Думали, что речь идет о нейтральном водороде, сильно ионизованном газе, планетах, коричневых карликах, нейтронных звездах и черных дырах. Однако эти предположения не подтвердили наблюдения астрофизиков. Видимо, темная материя не состоит из нуклонов. Скрытая масса составляет более 80% гравитирующей материи во Вселенной, и мы об этой «темной материи» и «темной энергии» не знаем пока практически ничего.

Считается, что Метагалактика включает в себя несколько миллиардов галактик, и по некоторым представлениям, составляет лишь незначительную часть Вселенной. Галактики расположены в Метагалакике неравномерно, в виде ячеистой структуры - вроде пчелиных сот. Еще точнее – галактики расположены вдоль условных стенок «сот», внутри же – так называемые пустоты - «воиды». Наибольшие скопления галактик расположены в местах пересечения стенок. Эти скопления имеют почти сферическую форму и насчитывают сотни и тысячи галактик. Ближайшее к нам скопление находится в созвездии Девы и насчитывает порядка трех тысяч галактик. Изучены и малые группы галактик, в одно из них входят две большие спиральные галактики – наш Млечный путь и Туманность Андромеды. Каждая из этих спиральных галактик имеет группы карликовых галактик-спутников. Так, у нашей Галактики в числе спутников – Большое и Малое Магеллановы облака, а так же сотни совсем небольших плотных шаровых звездных скоплений. Всего в нашей группе 38 галактик. Пока известно несколько десятков подобных групп.

Если Вселенная вечна, бесконечна и представляет собой более или менее равномерное распределение звезд в пространстве, то возникает парадокс: ночное небо должно сиять, поскольку в любом направлении ближе или дальше от нас будет иметься звезда, чего на деле не наблюдается. Анализируя спектры галактик удалось обнаружить так называемое красное (т.е. в сторону более длинных волн) смещение этих спектров на шкале частот относительно их обычного расположения. Э. Хаббл предположил, что красное смещение связано с тем, что галактики удаляются от нас (эффект Доплера), при этом оказалось, что чем дальше расположено от нас та или иная галактика, тем больше сдвиг, тем быстрее все они двигаются от нас. Разбегание галактик говорит о том, что раньше они были рядом, измерение скорости позволяет узнать, когда именно. Значит Вселенная эволюционирует и с определенного времени.

Многие астрофизики полагают, что около 25 млрд. лет назад все вещество было сосредоточено в одной точке вне времени и пространства. Затем произошел Большой Взрыв. Концепция Большого Взрыва в настоящее время получила широкое признание. И все-таки она испытывает затруднения при объяснении некоторых фактов: Чем определяется образование галактик из ионизированного газа и почему наблюдается асимметрия вещества и антивещества? Буттом и Стейхардом была разработана теория инфляции или Раздувающейся Вселенной. Она не противоречит модели Большого Взрыва, но проникает в более ранние этапы зарождения Вселенной – во время вакуумно-подобного состояния в себе. Основная идея этой концепции состоит в том, что на самых ранних стадиях Вселенная имела неустойчивое вакуумно-подобное состояние с большой плотностью энергии. Эта энергия и исходная материя возникли из квантового вакуума – из «пустоты».

В физическом вакууме отсутствуют фиксируемые частицы, поля и волны, но он не является безжизненной пустотой: в нем имеются виртуальные частицы, которые рождаются, имеют мимолетное бытие и исчезают. Вакуум наполнен этими частицами, взаимодействующими между собой. Энергия имеющаяся в вакууме, распределена на разных уровнях и именно благодаря этим уровням происходят процессы взаимодействия частиц. В инфляционной теории речь идет не просто о физическом вакууме, она предполагает наличие возбужденного или ложного вакуума. Полагается, что зарождающаяся Вселенная на самых ранних этапах как раз и была возбужденной квантовой системой. Хотя такое состояние вакуума неустойчиво и стремится к распаду, в нем заложены гигантские возможности для процессов отталкивания. Они-то и ответственны за расширение Вселенной. Согласно инфляционной теории, идет гигантское расширение с образованием не менее гигантской энергии и понижением температуры в пространстве. Энергия, которая была выделена в результате распада ложного вакуума, пошла на мгновенный нагрев Вселенной до 1027 К. Высвобожденную энергию можно представить как некую суперсилу, которая объединяла гравитационное сильное, ядерное слабое и электромагнитное взаимодействия. Предполагается, что фаза инфляции продолжалась около 10-35 – 10-30 сек, а затем эволюция Вселенной пошла по детально разработанному теоретиками пути горячего Большого Взрыва. Взаимодействие излучения с веществом на определенном этапе привело к тому, что излучение и вещество стали эволюционировать с разной скоростью, о чем мы догадываемся по наличию «реликтового излучения», которое сейчас наблюдается в виде однородного фона в длинноволновом диапазоне.

В 1963 г. были открыты таинственные квазизвездные объекты (квазары), представляющие собой компактные образования, размером со звезду, но излучающие, как целая галактика. В их спектре на сплошном фоне излучения видны яркие линии, сильно смещенные в красную сторону, что говорит о том, что квазары удаляются от нас с огромной скоростью (и расположены очень далеко от нашей галактики). Природа квазаров окончательно не объяснена. Вспомним, что, согласно гипотезе русского физика А.Кушелева, «красное смещение» имеет иную природу, для объяснения которой нет необходимости воображать себе Большой Взрыв (хотя и в этом случае квазары оказываются одними из древнейших объектов Вселенной). И все же именно взрывного варианта пока придерживается большинство исследователей.

К чему же, по их мнению, приведет эволюция Вселенной? Все зависит от того, какова средняя плотность вещества в ней. Если она больше некоторого критического значения, то реализуется модель замкнутой Вселенной и под действием сил гравитации расширение через 25 млрд. лет прекратится, сменившись сжатием. Все вещество вновь сожмется в точку без пространства и времени. Если же плотность меньше критической, то гравитационные силы не смогут остановить расширение и реализуется модель открытой Вселенной. Через 1015 лет звезды остынут, через 1019 они покинут свои галактики, затем в результате радиоактивного распада все вещество во Вселенной превратится в железо, еще гораздо позже «железные звезды» превратятся в нейтронные звезды и в черные дыры, которые через 1067 лет «испарятся», оставив пустое пространство. Наиболее вероятен, по мнению теоретиков, второй исход, но до него – сотни триллионов лет, да и то при условии, что современные физические законы и константы будут продолжать действовать в этом вечно меняющемся мире.

 

Лекция 11. Макромир. Солнечная система.

…Мы построим лестницу до звезд,

Мы пройдем сквозь черные циклоны

От смоленских солнечных берещ

До туманных далей Оберона

Юрий Визбор

 

Среди разнообразных классификаций звезд имеется и такая: по скорости вращения звезды вокруг своей оси. Для звезд вплоть до класса F5 характерно быстрое вращение, а звезды последующих классов вращаются примерно как наше Солнце. Если бы все планеты Солнечной системы упали на Солнце, то, согласно закону сохранения момента количества движения, Солнце закрутилось бы в 50 раз быстрее – так, как и быстровращающиеся звезды. Это наводит на мысль об образовании планетных систем в процессе эволюции звезд: более горячая и мощно излучающая звезда в какой-то момент сбрасывает в окружающее пространство часть своего вещества (это и будут впоследствии планеты), сама замедляет свое вращение и продвигается вдоль Главной последовательности в ту область, где находится Солнце. При отделении вещества от вращающейся звезды общее магнитное поле тормозит вращение звезды, а диск отделяющегося вещества постепенно отодвигается от ее поверхности. Получается, что примерно 20% звезд имеют планетные системы. Вещество первичного газово-пылевого облака можно разделить на три группы:

-  породы – силикаты, окислы металлов, кремний, железо, никель, (температуры плавления порядка нескольких тысяч градусов);

-  жидкости и льды – соединения углерода, водорода, азота и кислорода (температуры кипения порядка сотен градусов);

-  собственно газы (H2, He, Ne, Ar) в газообразном, жидком и твердом состоянии.

Вблизи Солнца расположены каменистые вещества, далее появляются льды, еще дальше – замерзшие метан и аммиак. Различают четыре внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и четыре внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Для внутренних планет характерны радиоактивные процессы, протекающие в недрах. Это приводит к плавлению вещества ядра (как правило, железа). Газы, выделяющиеся в процессе эволюции планеты, могут быть удержаны ею лишь в случае, если масса планеты достаточно велика. Так, Меркурий полностью, а Марс в большой степени не удержали свои атмосферы. Внешние же планеты-гиганты обладают толстыми атмосферами (фактически даже состоят из бездонных атмосфер). За Нептуном находится еще одна маленькая планета - Плутон, видимо «сбежавшая» луна Нептуна.

Между внутренней и внешней группами планет находится пояс астероидов – обломков различного размера от метров до сотен километров в поперечнике. Часть ученых считает их остатками протопланетного вещества, другая часть – остатками разрушившейся планеты Фаэтон. За пределами собственно планетной системы находится облако Оорта из многочисленных сгустков замерзшего газа и пыли. Выбитые гравитационными возмущениями из этого облака протопланетной материи сгустки превращаются в ядра комет, посещающих внутренний мир планетной системы. Кометы двигаются по гораздо более вытянутым орбитам, чем планеты (а иногда и по параболам и гиперболам – такие, один раз посетив Солнце, оказываются выброшенными из системы гравитационными возмущениями. Среди последних – ярчайшая в ХХ в. комета Хэйла-Боппа, которая была хорошо видна весной 1997 года). Эти орбиты часто расположены не в плоскости орбит всех остальных планет. Лед кометного ядра испаряется с поверхности при попадании в зону действия солнечного излучения, в результате чего комета приобретает хвост из ионизированного газа, направленный от Солнца. Из рассеивающейся с ядра пыли образуется пылевой хвост кометы. Ядра комет представляют опасность в случае столкновения с планетами. Так, падение 14-километрового гантелеобразного ядра кометы Галлея на Землю вызвало бы испарение части Мирового Океана. Недаром кометы получили среди журналистов зловещее название – «Молот Люцифера». Возможно, что именно они вызвали целый ряд иных глобальных катастроф на Земле и испещрили кратерами практически все тела Солнечной системы. Ядром небольшой кометы мог быть знаменитый Тунгусский метеорит. Упади он на 4 часа раньше – и в 1908 году с карт исчез бы Санкт-Петербург. В 1994 году астрономам удалось наблюдать уникальное явление – падение кометы Шумейкера-Леви на Юпитер. Распавшиеся, израсходовавшие газовую составляющую кометы, превращаются в метеорные потоки, украшающие ночное небо «звездным дождем»

Меркурий – маленькая планета, величиной примерно с Луну (диаметр 4878 км). Как показали фотоснимки зонда «Маринер-10» на Луну похож он и внешне – поверхность густо испещрена кратерами. Похожая на лунное Море Дождей котловина Калорис образовалась при столкновении Меркурия с гигантским космическим телом. Температура на поверхности достигает в подсолнечной точке +4300С. Это значит, что на Меркурии можно встретить озера расплавленного олова или свинца. Меркурий – самое плотное тело Солнечной системы. На этой планете, несомненно, имеются огромные залежи тяжелых элементов с большой атомной массой. Основной же составляющей (не менее 60 %) является железо. Несмотря на это магнитное поле очень слабо ввиду малой скорости вращения (58,6 суток). По некоторым гипотезам Меркурий представляет собой «сбежавший» к Солнцу спутник Венеры, в пользу этого будто бы свидетельствует большой наклон и вытянутость орбиты.

Венера обращается вокруг оси в противоположном всем остальным планетам направлении, что тоже может свидетельствовать об утере спутника в далеком прошлом в результате гравитационного катаклизма. Сутки на Венере длятся 117 земных дней. Она обладает плотной атмосферой из углекислого газа, полной облаков, представляющих собой туман из концентрированной серной кислоты, в атмосфере наблюдаются мощные грозовые разряды. Серия космических зондов «Венера», «Маринер» и «Пионер-Венера» показали, что атмосфера стремительно движется, и скорость ветра нарастает от 3,5 м/с на поверхности до 100 м/с вдали от нее. Давление у поверхности достигает 90 атм., а температура +4750С (выше, чем на раскаленном Меркурии!), что объясняется парниковым эффектом. Поверхность представляет собой в основном каменистую лавовую равнину под низким ярко-оранжевым небом. Радиокартирование поверхности с околовенерианской орбиты показало наличие крупных плато, разломов и групп огромных щитовых вулканов, а так же больших ударных метеоритных кратеров. Самые высокие горы на Венере достигают 12 км. Магнитное поле отсутствует.

Земля - следующая по счету. О самой планете позже, но ее спутнику – Луне – необходимо уделить некоторое внимание. Этот черно-белый мир, покрытый кратерами и застывшими лавовыми морями далеко не мертв. Установлена слабая вулканическая и сейсмическая активность Луны, далеко не все кратеры – следы метеорных ударов, часть из них – вулканические жерла. Что касается метеоритных кратеров, большинство из них образовалось 3,5 миллиарда лет назад. В то же время самый яркий кратер Тихо возник не более 110 млн. лет назад. Несмотря на кажущуюся неровность, наш спутник редко имеет уклоны поверхности, превышающие 130. Луна – пока единственное внеземное тело, на которое ступала нога человека (а точнее – 22 человек, исследовавших спутник Земли по программе «Аполлон», ходивших и даже ездивших по Луне на электромобиле).

Марс издавна привлекал внимание и ученых и писателей-фантастов. Именно на него возлагались основные надежды в поисках братьев по разуму, строителей легендарных «каналов». Космические аппараты «Марс», «Маринер», «Викинг», «Фобос», «Одиссей», «Бигль» позволили узнать о Марсе многое, рассеяли первичный ореол таинственности, но ответили пока далеко не на все существовавшие вопросы, поставив сотни новых. Марсианские сутки на 40 минут длиннее земных. Разреженная атмосфера из углекислого газа (давление около 0,01 земной атмосферы) имеет у поверхности температуры от +220С до –1030С. У полюсов имеются полярные шапки из сухого и водяного льда, растущие зимой и тающие летом. Марс – это бескрайние красноватые каменистые и песчаные равнины, раскинувшиеся под розовым куполом неба с редкими облаками. Из космоса они предстают как покрытая кратерами, горами и котловинами поверхность планеты. На этой поверхности обнаружены дюны, барханы, огромные геологические разломы, следы мощных водных потоков, похожие на пересохшие речные русла, огромные щитовые вулканы, крупнейший из которых – Никс Олимпика – достигает 20 км в высоту. Некогда Марс, вероятно, был цветущим миром, но удары нескольких крупных астероидов положили этому конец, сорвав его атмосферу и иссушив океаны и водные артерии. Дно некоторых кратеров, судя по снимкам с орбиты, имеет зеленоватый оттенок. Быть может, это следы сохранившейся после катастрофы жизни. Под поверхностью лежит связывающая огромные массы пресной воды криосфера Марса. Иногда поднимаются глобальные пылевые бури, на многие месяцы замутняющие атмосферу. Марсианский грунт, как установила станция «Викинг», содержит до 7% магнитного материала. Биологические эксперименты, выполненные в рамках программы «Викинг», не обнаружили явных следов жизни на Марсе, однако, этот вопрос нельзя считать решенным. Марс станет целью пилотируемой экспедиции в течение ближайшего десятилетия, к которой Россия начала активную подготовку. Вокруг Марса вращаются два картофелеобразных по форме мелких спутника – Фобос и Деймос. Вероятно, это захваченные гравитационным полем Марса астероиды.

Юпитер на 82% состоит из водорода и на 17% из гелия, что сходно с составом звезд. Недаром его иногда называют несостоявшейся звездой: если бы возросла его масса и усилилось гравитационное сжатие, в недрах вспыхнула бы термоядерная реакция. Такое развитие событий писатель А. Кларк обыграл в романе «Одиссея-2010». Диаметр Юпитера более чем в 11 раз превосходит диаметр Земли, но сутки длятся всего 9 час. 55 мин. Гигантская скорость вращения приводит к тому, что Юпитер сильно сплюснут у полюсов, а зоны высокого давления перемежаются с зонами низкого давления и расположены в широтном направлении, что предстает в виде белых и желто-рыжих полос). Окраска говорит о протекании фотохимических реакций. Особенно выделяется Большое Красное Пятно – гигантская атмосферная турбулентность, ураган, поперечником в три земных диаметра. Разряды атмосферного электричества на Юпитере так сильны, что отмечены приемниками на Земле, а размеры молний, судя по снимкам зонда «Вояджер», сопоставимы с земным диаметром. В лаборатории газовая смесь из аммиака, метана, водяного пара и водорода (аналог верхних слоев атмосферы Юпитера) была подвергнута действию искровых разрядов в течение продолжительного времени. В итоге в ней были обнаружены следы аминокислот. Некоторые ученые считают это свидетельством в пользу возникновения примитивной жизни в юпитерианских облаках и полужидкой атмосфере. Давление в недрах Юпитера достигает 3 млн. атм., что приводит к переходу водорода в металлическое состояние. Это, в свою очередь, обусловливает наличие у Юпитера очень мощного магнитного поля. Но намного вероятней наличие жизни на одном из четырех галилеевских спутников Юпитера – Европе. Это самое гладкое тело в Солнечной системе. Единственный изъян его ледяной поверхности – «ледорадо» – сеть трещин, заполненных рыжей массой (вероятно с присутствием силикатов). Под корой из льда простирается огромный океан, условия в котором вполне сходны с вечно темными земными глубинами морей. Четыре самых крупных спутника Юпитера – Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, видные с Земли в хороший бинокль, преподнесли при взгляде из космоса немало сюрпризов. Ганимед оказался тектонически активным телом со сложнейшей геологией. На Ио, разогретой приливными силами Юпитера, лежат озера расплавленной серы и извергаются вулканы. Каллисто необычайно густо испещрена яркими белыми «оспинами» метеоритных кратеров. Ближайший к Юпитеру спутник – Амальтея – оказался по данным аппарата «Галилей» скоплением ржавых камней и льдин, удерживаемых в куче благодаря взаимному притяжению. Всего у Юпитера 16 спутников, но большинство из них напоминает астероиды, попавшие в гравитационный плен газового гиганта. Наконец, у Юпитера имеется два кольца, каменно-ледяное, предсказанное в 1960-х гг. российским астрономом Всехсвятским, и газовое, висящее на орбите спутника Европа.

Сатурн известен, прежде всего, своими кольцами (хотя кольца имеются, как установлено астрономами и зондами серии «Вояджер», имеются у всех внешних планет, исключая Плутон). Кольца Сатурна представляют собой тонкий прерывистый слой обломков разного размера, вращающихся вокруг планеты. Снимки с борта «Вояджеров» показали, что колец не 6-7, а почти 1000, они тонкие и напоминают бороздки на грампластинке. Ширина некоторых меняется от 25 до 90 км, а в одном случае три кольца оказались даже сплетенными в жгут! Абсолютно достоверных объяснений с точки зрения небесной механики эти явления пока не получили – ощущается нехватка информации. Мощной электростатикой колец могут объясняться радиальные потемнения над ними – спицы. Бурная атмосфера гиганта-кольценосца почти не уступает юпитерианской, в ней имеется даже вихрь-аналог Красного Пятна. Из 17 спутников Сатурна наиболее известен Титан, имеющий диаметр 4940 км и покрытый густой азотной атмосферой. Оранжевые облака столь плотны, что поверхность увидеть пока не удалось. На ней могут существовать озера из жидких углеводородов. Давление у поверхности достигает 1,5 атмосфер, температура около –1500С – близ этой точки метан может существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии. Таким образом, на Титане, вероятно, можно наблюдать метановые дожди. Основная часть спутников Сатурна – Мимас, Рея, Тетис, Энцелад, Диона, Япет – это ледяные шары с примесью силикатов, покрытые кратерами, еще более мелкие спутники имеют неправильную форму и подобны астероидам и ядрам комет.

Уран, как и Сатурн с Юпитером, тоже представляет собой газовый (водородно-гелиевый) быстро вращающийся шар и также обладает системой колец, только довольно тонких и почти черных, а значит плохо видимых в отраженном свете. От других планет он отличается тем, что ось его вращения расположена почти в плоскости орбиты. 15 спутников Урана различны по величине, наиболее крупные из них – Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон (их диаметр превышает 1000 км). Меньшая по размерам Миранда (472 км) признана космическим телом с наиболее сложной для понимания геологической историей. Имена остальных – Пэк, Корделия, Офелия, Бьянка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда – неплохая компания персонажей Шекспира.

Нептун расположен так далеко от Солнца, что обнаружить его в ходе планомерных наблюдений не было возможности. Адамс и Леверье, предположили, что на движение Урана оказывает влияние неизвестная планета, и вычислили ее предполагаемые координаты, основываясь на небесной механике Ньютона. Леверье написал письмо с точными координатами предполагаемой планеты немецкому астроному Галле. В ту же ночь Галле обнаружил ее в указанном месте. Долгое время о Нептуне и его спутниках (считалось, что их два – Тритон и Нереида) было известно очень мало. Лишь пролет зонда «Вояджер-2» в 1989 г. за несколько дней поведал о системе Нептуна больше, чем десятилетия астрономических наблюдений. Насыщенно-голубая облачная поверхность бурной атмосферы Нептуна (ветры до 1120 км/ч!) охлаждена до –2130С, в ней, как и на других планетах-гигантах, курсирует устойчивый вихрь. Он имеет белый цвет, и получил условное название «скутер». Подтвердилась и другая закономерность – Нептун оказался окруженным системой колец, правда еще более скудной, чем у Урана. Спутников у Нептуна оказалось 8 – астероидоподобных «новичков» с диаметрами от 54 до 400 км окрестили: Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Ларисса и Протеус. Наибольший сюрприз принес Тритон (диаметр 2705 км) – самое холодное тело Солнечной системы (–2400С). Он покрыт водным океаном глубиной 150 км, защищенным от космического холода ледяной корой, покрытой редкими кратерами и разломами, а так же разреженной азотно-метановой атмосферой с легкой облачной дымкой. Полярная шапка Тритона состоит из азотного инея, метанового и водяного льда, местами имеется слой конденсатов углеводородов мощностью до 6 м. В ее районе в небо Тритона бьют гигантские газовые гейзеры высотой до 9 км.

Плутон гораздо меньше четырех внешних планет-гигантов. По одной из гипотез предположительно сошел с орбиты вокруг Нептуна, где он был спутником, и стал самостоятельной планетой (сильно наклоненная орбита, местами заходящая внутрь орбиты Нептуна). По другим гипотезам это вполне самостоятельное тело. Его диаметр около 3000 км, а вокруг вращается несколько меньший по размерам спутник Харон. Несомненно, Плутон – холодный, безжизненный и негостеприимный мир, с которого Солнце можно наблюдать уже в виде очень яркой звезды.

 

 Лекция 12. Макромир. Планета Земля

Земля помогает нам понять самих себя, как не помогут никакие книги.

Антуан де Сент-Экзюпери

 

Прежде, чем заняться знакомством с концепциями зарождения и эволюции жизни, антропогенеза, необходимо подробнее познакомиться с нашей родной планетой, представляющей собой сложный, активный, подвижный мир. Науки, изучающие нашу планету (геология, тектоника, климатология, гидрология и т.д.), объединяются в раздел естествознания, называемый землеведением.

Диаметр Земли составляет примерно 12742 км. Нельзя сказать, что Земля – идеальный шар. Она сплюснута с полюсов (причем с юга сильнее) и не вполне шарообразна, эту фигуру называют геоидом. Подсчет колец роста на ископаемых кораллах показывает, что около 400 млн. лет назад в палеозойской эре в году было 400 суток, то есть сутки длились 22 часа. Это говорит о том, что Земля вращалась быстрее, а значит, возможно, ее радиус был меньше, ибо момент количества движения сохраняется. Правда изменению скорости вращения есть и иное объяснение: тормозящее влияние Луны, вызывающей приливную волну не только в океане, но и в твердых телах.

Планета наша представляет собой несколько вложенных друг в друга и при этом взаимопроникающих сфер – атмосферу, магнитосферу, гидросферу, криосферу, биосферу, литосферу, мантию, ядро. Часть из этих геосфер образует географическую оболочку.

Строение твердой части планеты, согласно современным знаниям, выглядит следующим образом. В центре находится ядро, состоящее из железа и радиоактивных элементов. Несмотря на температуру в +42000С, ввиду огромного давления сердцевина с радиусом 1300 км твердая. Его обволакивает жидкий слой толщиной 2200 км. Движение токопроводящего материала в жидком слое ядра создает магнитное поле Земли - магнитосферу. Между ядром и земной корой находится мантия - обогащенные железом породы. В этом слое давление высокое, но температура недостаточно высока для того, чтобы вещество расплавилось, поэтому мантия – чрезвычайно вязкая и пластичная, это не жидкость, а скорее – «каменное желе», «пластилин», способные двигаться. Мантия покрыта тонкой твердой земной корой (литосферой). Под океанами кора имеет толщину всего несколько километров, под континентами - около 30-40 км, под горными массивами - до 70-80 км. Недра Земли пока столь же недоступны для прямого изучения, как далекие звезды и галактики. Сверхглубокая скважина, бурение которой продолжается и сейчас на Кольском полуострове, преодолела лишь двенадцатикилометровый рубеж глубины. Однако, узнать о глубинном строении недр мы можем, наблюдая землетрясения и выполняя сейсмические исследования. Последние основаны на том, что ударные волны от взрывов распространяются с различной скоростью в породах различной плотности и отражаются от границ разделов слоев, имеющих разную плотность. Так удалось установить, что мантия имеет плотность 3,3 г/см3, континентальная кора 2,77 г/см3, океаническая кора 2,9 г/см3.

Породы ничтожно тонкой по сравнению с размерами планеты земной коры делятся на три класса, имеющие различное происхождение:

-   магматические или кристаллические породы появились на поверхности в результате застывания расплавленной магмы в глубине Земли и при излиянии на поверхность (гранит, базальт, габбро, туф, липарит и др.);

-   осадочные породы появились в процессе накопления органических и обломочных осадков на дне морей океанов (мел, известняк, доломит, трепел, песок и др.);

-   метаморфические породы на протяжении геологической истории Земли подверглись воздействию высоких температур и давлений и изменили свою кристаллическую структуру. Так, например, известняк превращается в мрамор, песчаник в кварцит.

В последние 30 лет всеобщее признание получила концепция тектонических литосферных плит, согласно которой в течение всего мезозоя и кайнозоя материки перемещались по поверхности планеты. Рассмотрев карту мира как разрезную картинку, можно заметить, что в целом ряде случаев - Южная Америка и Африка, Антарктида, Австралия и Индостан – границы материков (по материковому шельфу, а не по современному побережью!) хорошо совмещаются. Это обстоятельство было отмечено давно, но лишь в 1912 году немецкий метеоролог и геолог Альфред Вегенер (1880-1930) сделал обоснованное предположение о существовании единого праконтинента, его расколе и последующем движении образовавшихся континентов. Понадобилось более полувека, чтобы эта теория получила признание специалистов. Сам Вегенер погиб в день своего пятидесятилетия 1 ноября 1930 года во льдах Гренландии, проверяя в очередной раз свою гипотезу. Между тем, доказательств правоты Вегенера после его гибели оказалось более чем достаточно – руководящие ископаемые, палеомагнетизм, биогеография.

Наиболее достоверным способом датировки и географической привязки пород является метод руководящих ископаемых – анализ останков древней фауны. Если один и тот же вид животных или растений встречается в различных точках Земли, то можно полагать, что соответствующие осадочные породы образовались в одно и то же время. В различных регионах распространение получали различные виды руководящих ископаемых. Оказалось, что в точках совмещения границ разных материков имеются одинаковые руководящие ископаемые. Практический результат дал основанный на этом поиск одинаковых полезных ископаемых в соответствующих стыковых точках: например, в точках Южной Америки, соответствующих Африканским месторождениям в Намибии и ЮАР нашли алмазы. В обеих точках оказались распространенными так называемые алмазоносные кимберлитовые трубки – результат древнего вулканизма.

При повышении температуры до определенного значения, названного температурой Кюри, вещество теряет свои магнитные свойства, а при понижении температуры вновь намагничивается, если находится в магнитном поле. Когда раскаленная магма изливается на поверхность и начинает остывать, её возникающая намагниченность определяется магнитным полем Земли и ориентирована на магнитные полюса. При анализе намагниченности горных пород было установлено, что направление на магнитные полюса существенно менялось на протяжении истории Земли, что позволяет узнать траекторию дрейфа магнитного полюса. Получается некоторая кривая, один из концов которой совпадает с современным магнитным полюсом. Построив такие кривые по геологическим данным Европы и Северной Америки, можно обнаружить, что отчасти они не совпадают, а отчасти весьма похожи. Если допустить, что Северная Америка и Европа некогда составляли единое целое, то полученные траектории дрейфа магнитного полюса находят объяснение.

Существование в прошлом сухопутной связи между разными континентами привело к распространению одинаковых животных на территориях, впоследствии разделенных водными пространствами. При этом на каждом из образовавшихся континентов эволюция шла по-разному. Так, сумчатые, первоначально заселявшие Южную Америку, успели перейти через Антарктиду в Австралию и Азию по сухопутному мосту. В Австралии, и отчасти в Южной Америке они уцелели, а в Азии были полностью вытеснены в результате конкуренции с более прогрессивными плацентарными млекопитающими.

В 1950-х гг. началось изучение Атлантического рифта – протянувшийся почти по меридиану от Арктики до Антарктиды узкого горного хребта на дне Атлантического океана. Его ось – провал с крутыми возвышениями по сторонам, части которых иногда даже достигают поверхности океана в виде островов. Рифт – зона повышенной вулканической и тектонической активности. Поскольку магнитные полюса Земли на протяжении ее истории неоднократно менялись местами (геомагнитные инверсии), вдоль склонов срединно-океанического хребта идут полосы шириной примерно по 20-30 км, в которых намагниченность поочередно направлена в противоположные стороны. Это свидетельство того, что земная кора вдоль рифта долгое время раздвигалась. Точные спутниковые измерения показывают, что Северная Атлантика расширяется примерно на 1 см в год, а восточная часть Тихого океана на целых 5 см в год. Помимо рифтовых возвышений существуют и океанические впадины-желоба, как правило, расположенные вдоль побережья. Здесь океаническая кора, двигаясь, уходит под континентальную. В процессе такого движения временами возникают значительные механические напряжения, сброс которых (при проскальзывании плит) и приводит к землетрясениям. Самая глубокая и самая известная – Марианская впадина в юго-западной части Тихого океана (11125 м). Если нанести на карту все такие впадины и отметить зоны сейсмической активности океанического дна, то первые и вторые полностью совпадут, причем эпицентры землетрясений будут располагаться на глубинах от нескольких километров до нескольких десятков километров. Эти значения соответствуют толщине океанической и материковой земной коры. На суше результатом столкновения литосферных плит, напротив, являются горные хребты. Например, полуостров Индостан, столкнувшись с Азией вздыбил Гималаи с самой высокой вершиной – Эверестом (8848 м). Палеогеографические реконструкции позволяют восстановить следующую картину эволюции лика Земли. В палеозое, 300 млн. лет назад все материки были соединены в единый массив, названный палеогеографами Пангеей. Их окружал единый океан Панталлас. В середине мезозоя (200 млн. лет назад) на Земле существовало уже два материка: Гондвана и Лавразия. Гондвана состояла из будущих Африки, Южной Америки, Индостана, Австралии и Антарктиды. Лавразия – из Северной Америки, Лабрадора и Европы. Между Гондваной и Лавразией располагался океан Тетис. Примерно 200-160 млн. лет назад активизация тектонической и вулканической деятельности привела к образованию разломов. Лавразия и Гондвана раскололись. Двигающиеся на север Африка и Индия сомкнулись с двигающейся на юг Евразией, Тетис почти исчез (его остатки – Средиземное и Черное моря), и возникла Альпийско-Кавказско-Гималайская цепь молодых и очень высоких гор. Имеются указания и на то, что помимо раздвиганий и разворотов Пангея, а затем Гондвана и Лавразия смещались и в целом. Анализ остатков флоры в геологических отложениях показывает, что области суши, которые теперь находятся в экваториальных областях, раньше были приполярными, а экватор пересекал Лавразию. Прогноз на ближайшие 50 млн. лет говорит, что Африка будет разорвана, часть ее к востоку от рифта отойдет к Мадагаскару. Точно так же оторвется от континента и станет островом Калифорния. Заметно увеличатся Красное море и Байкал – это будущие океаны. А вот Средиземное и Черное моря практически исчезнут под нажимом плывущей на север Африки, горы Атлас и Альпы сольются. Австралия, сметя, словно бульдозер, всю Индонезию и Новую Гвинею, врежется, вслед за Индией в Азиатский континент, став экваториальной территорией.

Что является движущей силой «плавающих материков»? Как показывают данные термодинамических и сейсмических измерений, внутри мантии существуют вариации температуры и плотности, в результате чего происходит циркуляция вещества: горячий и менее плотный материал поднимается вверх, охлаждается и, с увеличением плотности, опускается в глубину. Достаточно малого перепада температур, чтобы пластичная мантия пришла в медленное движение и заставила перемещаться блоки литосферы. Пластичный слой мантии называется астеносферой, а зона его контакта с земной корой – поверхностью Мохоровичича (или коротко – зоной Мохо).

Теория тектонических литосферных плит существенно изменила мировоззрение и представления об эволюции нашей планеты. Она имеет также и практические аспекты. Мы стали лучше понимать природу землетрясений и получили возможность улучшить их прогнозирование. Зная линии разломов земной коры, вдоль которых происходит смещение плит, можно наблюдать за этим смещением. Если оно замедляется или останавливается, это указывает на вероятность приближения сейсмического толчка или серии таких толчков. Теория литосферных плит сделала более понятным распределение полезных ископаемых.

Гидросфера – водная оболочка – покрывает 71% поверхности планеты и включает в себя Мировой Океан, моря, озера, реки и подземные воды. Вода, Н2О – сильнейший, почти универсальный, растворитель: в тонне океанической воды содержится 35 кг различных солей. Ее не случайно называют самым удивительным веществом в мире. Одним из замечательных ее свойств является то, что в отличие от большинства известных веществ ее твердая фаза (лед) имеет при температуре замерзания плотность меньшую, чем жидкая вода. Поэтому замерзание водоемов начинается сверху, где зимой температура атмосферы понижается, а не со дна, и в глубине сохраняются условия, благоприятные для жизни. Значительная часть воды содержится в криосфере – льдах Арктики и Антарктики и занимающей огромные пространства зоне вечной мерзлоты. В древности лед и пыль образовывали северный ледовитый материк – Арктиду, остатками которого являются Новосибирские острова и побережье моря Лаптевых.

Атмосфера – газовая оболочка Земли существенно отличается от атмосфер других планет Солнечной системы. Первоначально она, вероятно, состояла из водорода, водяных паров, углекислого газа, метана, аммиака и небольших количеств гелия и неона. Атмосферы Венеры и Марса почти полностью состоят из углекислого газа. На Земле же углекислота была удалена химическими реакциями с горными породами при участии жидкой воды, а, впоследствии, и фотосинтезом растений. Современная атмосфера состоит из азота (около 80%) и кислорода (около 20%). По мнению большинства ученых, если бы на Земле вдруг полностью исчезла жизнь, кислород бы очень быстро исчез из атмосферы, вступив в реакцию с другими веществами (получилась бы атмосфера, напоминающая атмосферу Титана – спутника Сатурна). Другие считают, что достаточное количество кислорода способно образоваться абиотическим (безжизненным) путем в результате фотолиза. Атмосфера подразделяется на несколько уровней – приземную тропосферу с интенсивным вертикальным и горизонтальным движением воздуха, стратосферу с озоновым слоем, мезосферу с плавающими в ней загадочными серебристыми облаками, ионосферу с полярными сияниями и гелий-водородную разреженную экзосферу. Большинство современных авиалайнеров совершают перелеты на границе тропосферы и стратосферы, в так называемой тропопаузе. Орбиты большинства околоземных пилотируемых космических аппаратов лежат в пределах ионосферы. Совокупность движений воздуха тропосферы образует атмосферную циркуляцию. Наблюдается широтное чередование сезонно смещающихся зон высокого и низкого давления и отрывающиеся от них атмосферные вихри, связанные с областями низкого и высокого давления называются, соответственно, циклонами и антициклонами. Иногда в земной атмосфере возникают особенно мощные циклонические вихри – тайфуны или ураганы. Суммарная энергия урагана обычно равна энергии нескольких десятков и даже сотен атомных бомб. В целом энергетика атмосферных процессов на несколько порядков превышает энерговооруженность человечества.

Земля, согласно гипотезе геолога С.И. Кислицына, представляет собой гигантское кристаллоподобное тело. Ребра и узлы геокристалла указывают не только на крупные месторождения полезных ископаемых и зоны климатических флуктуаций (включая пресловутые Бермудский треугольник, Море Дьявола), но и на центры мировых цивилизаций, на скопления стоянок эпохи палеолита. Вероятно, это связано с необычной энергетикой таких районов. Трудно сказать, какой природный механизм инициировал возникновение геокристалла (возможно, кристаллическое строение земного ядра?), какие именно излучения имеют место в его узлах, но существование таких узлов можно считать делом доказанным: гипотеза выдерживает поверку практикой. Только на территории бывшего СССР согласно этой гипотезе выявлено 12 алмазоносных центров.

Сложное взаимодействие трех геосфер – атмосферы, литосферы и гидросферы (возможно и при неких дополнительных внешних воздействиях), привело в глубокой древности к формированию новой геосферы – биосферы, сферы жизни. Ее составляющей является и та часть материи, которая пытается познать строение Земли и Вселенной и определить свое место в ней – люди.

 

Лекция 13. Эволюционизм и креационизм. Происхождение жизни.

Не то, что мните вы, Природа –

Не слепок, не бездушный лик!

Ф.И. Тютчев

 

Современная наука позволяет говорить, что первоначально, непосредственно по завершении формирования литосферы, поверхность Земли была холодной (около 0°С), небо практически безоблачным, разница между температурой дня и ночи достигала порядка 50°. Горы имели более изломанные очертания, чем сейчас, склоны были круче, а ущелья глубже. Без морей, рек, ледников, при разреженной безветренной атмосфере процессы эрозии были ничтожны. Зато интенсивный вулканизм порождал в земной коре глубокие разломы, многократно перестраивал, сминал в складки, опускались и поднимались земную поверхность. Потоки лавы образовывали озера, заливали огромные пространства и застывали. Не прекращалась и метеоритная бомбардировка планеты. В результате вулканической деятельности из недр Земли выделялись газы и водяные пары, постепенно образовавшие атмосферу. В трещинах и углублениях земной поверхности начала конденсироваться вода, сначала в виде небольших лужиц, постепенно сливавшихся в более крупные водоемы. Со временем образовался первичный океан. Под действием холода и жары, ветра и воды начали разрушаться скалы и отлагаться первые осадочные породы. Примерно 4 млрд. лет назад над пустынной Землей, покрывшейся водами, нависли тяжелые густые облака, почти не пропускавшие солнечных лучей. Земную поверхность сотрясали титанические бури и ураганы на фоне не стихающего вулканизма. Геологическая эра Земли от ее образования до зарождения жизни называется катархей. Жизни еще не было, но, как считают многие ученые, уже имелись все предпосылки для ее появления.

Основой живой материи (по крайней мере на планете Земля) являются молекулы ДНК. Но живы ли эти химические соединения – наборы атомов, каждый из которых подчинен законам неживой природы? Для этого разберемся в том, что мы понимаем под «жизнью». Обмен веществом и энергией с окружающей средой и самовоспроизводство не являются исчерпывающими признаками. В произведениях фантастов Шекли, Днепрова, Россохватского, Михановского, Крупката, Булычева давно фигурируют машины (роботы-аутогены, конфигураторы, «крабы» и пр.), собирающие себе подобных. Марксисты апеллируют к химии: «жизнь – это способ существования белковых тел». С этим невозможно спорить, как с любым логико-позитивистским определением, но этого недостаточно, а все те же фантасты уже «населили» окружающую Вселенную небелковой (кремниевой, аммиачной и даже плазменной) жизнью, вполне вероятной с точки зрения науки. Одно из наиболее удачных определений жизни представляет ее, как самоподдерживающуюся химическую систему, способную вести себя в соответствии с законами эволюции. Это значит, что, во-первых, группа живых особей должна производить подобных себе потомков, которые наследуют признаки родителей. Во-вторых, в поколениях потомков должны проявляться последствия мутаций – генетических изменений, которые наследуются последующими поколениями и обуславливают популяционную изменчивость. И, в-третьих, необходимо, чтобы действовала система естественного отбора, в результате которого одни особи получают преимущество перед другими и выживают в изменившихся условиях, давая потомство.

 Биологический объект состоит из клеток – одной или миллиардов. Машина – из деталей. Однако сборка клеток и машин осуществляется на совершенно различных принципах. Рибосома – «деталь клетки» – состоит из 3 типов РНК и 55 белков. Можно их разделить, но при благоприятных условиях они вновь соберутся в рибосому. Механизм такую самосборку не произведет никогда, ибо упорядоченность физических систем не возрастает. Машина работает, используя разность уровней энергии. Клетка может накапливать энергию и канализировать ее (использовать строго определенным образом). Можно сказать, что материя живая, если материальный объект продолжает двигаться, обмениваться веществом и энергией с окружающей средой дольше, чем могла бы это делать неживая материя в аналогичных условиях. Живой материи присущи так же самоорганизация, самоусложнение с течением времени. Понятия «организация» и «самоорганизация» широко распространены во многих отраслях знания. В отличие от организации, самоорганизация отражает законы существования динамических систем с их восхождением на все более высокие уровни сложности и системной упорядоченности.

В последнее двадцатилетие профессор Штутгартского университета Герман Хакен (р.1927) создал теорию коллективных явлений – синергетику. Она стала своеобразным связующим звеном между мирами живой и неживой природы. Оказалось, что если от рассмотрения замкнутых систем многих тел перейти к рассмотрению открытых, (тех, которые обмениваются энергией с окружающей средой), то возможно усиление флуктуаций, в результате которого в хаотической системе возникает упорядоченность, структура (кооперативный эффект). Наиболее наглядные примеры – лазер с когерентным излучением, образование перистых облаков. Открытость системы – главное условие самоорганизации. Большой вклад в исследование коллективных явлений в открытых системах сделал бельгийский физик и химик Илья Романович Пригожин (р.1917), автор нелинейной динамики, доказавшей, что неравновесие в термодинамической системе может быть причиной возникновения порядка. Получается, что и неживая материя способна к образованию структур, что ранее считалось присущим лишь живому веществу.

Существует два подхода к проблеме самоорганизации предбиологических систем: субстратный и функциональный. К субстратному относят теории происхождения жизни, отправным пунктом которых являются определенный состав элементов органогенов и не менее определенная структура входящих в живой организм химических соединений. Такой подход накопил информацию об отборе химических элементов и структур. Известно более ста химических элементов, однако основу живых систем составляют только шесть, названные органогенами: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая весовая доля в организмах - 97,4%. Далее следуют 12 элементов, участвующих в физиологически важных компонентах биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт (весовая доля в организмах - 1,6%). Еще 20 участвуют в работе отдельных биосистем, участие остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксировано. На Земле наиболее распространены кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий, калий, никель, а углерод занимает лишь 16е место. Углерода в литосфере в 276 раз меньше кремния, в 88 раз – алюминия, в 6 раз меньше редкого титана. Из органогенов наиболее распространены лишь кислород и водород. Следовательно, геохимия не играет существенной роли в отборе химических элементов при формировании органических систем, а тем более биосистем. Определяющими факторами выступают требования соответствия «строительного материала» и сооруженных из него высокоорганизованных структур: способность к образованию прочных и энергоемких лабильных химических связей. Углерод отвечает этим требованиям лабильности, как никакой другой элемент. Его атомы в одном и том же соединении способны выполнять роль и акцептора, и донора электронов. Они образуют почти все типы связей, известные в химии. При этом, однако, вновь срабатывает механизм отбора. Из миллионов органических соединений в биосистемах участвуют лишь несколько сотен; из 100 аминокислот в состав белков входят всего 20; по 4 нуклеотида ДНК и РНК лежат в основе сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза. Из этого узкого круга веществ составлено все неохватное разнообразие бактерий, грибов, растений и животных.

Отличительной чертой функционального (кибернетического, математического) подхода к проблеме предбиологической эволюции является особое внимание к исследованию процессов самоорганизации материальных систем. Крайняя точка зрения в этом подходе – утверждение о безразличии к материалу эволюционирующих систем. Живые системы, вплоть до интеллекта, могут быть смоделированы даже из металла. Классически эта теория представлена в романе С. Лема «Непобедимый», где описан результат эволюции кристаллической «машинной» жизни.

Третья теория - теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем выдвинута профессором МГУ А. П. Руденко в 1964 г. Это синтез субстратного и функционального подходов. Сущность теории такова: химическая эволюция – саморазвитие каталитических систем, следовательно, эволюционируют катализаторы. В ходе реакции происходит естественный отбор каталитических центров, обладающих наибольшей активностью. Новые катализаторы появляются не за счет захвата их из внешней среды, а за счет их саморазвития. Саморазвитие и самоорганизация каталитических систем происходит за счет постоянного потока трансформируемой энергии. А так как источник энергии – базисная реакция, то максимальные преимущества в эволюции получают системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций. Таким образом, базисная реакция – не только источник энергии, необходимой для работы системы, но и орудие отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

По мнению русского академика Александра Ивановича Опарина (1894-1980), вулканические и атмосферные явления, а так же космическое и ультрафиолетовое излучение способствовали активному массовому образованию в поверхностном слое Океана сложных химических соединений – белков, липидов, нуклеиновых кислот. Этот этап длился более 2 миллиардов лет. Насыщенный высокомолекулярной органикой «первичный бульон» древнего Океана вошел затем в стадию формирования коацерватов – мельчайших коллоидальных частиц с осмотическими свойствами. Они были лишены способностей к самовоспроизводству, но являлись, по сути, первыми «биологическими» мембранами. Возникновение способа самовоспроизводства белковых тел – та «загвоздка», о которую споткнулись современные эволюционисты. Она пока не разрешена в принципе и послужила отправной точкой для разработок их оппонентов – креационистов, считающих, что происхождение жизни не обошлось без внешнего вмешательства – высшего божественного творческого акта или же панспермии – занесения готовых форм жизни из космоса (сторонником этой гипотезы был, в частности, автор теории электролитической диссоциации, шведский химик Сванте Аррениус (1859-1927).

В древнейших осадочных породах, на юго-западе Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд. лет. Значит, первые формы жизни могли возникнуть задолго, как прекратилась активная бомбардировка нашей планеты крупными космическими телами. Падая на Землю они могли сыграть центральную роль в возникновении жизни на нашей планете, так как клетки, подобные бактериям, могли возникнуть на другой планете и затем попасть на Землю. Одно из свидетельств в пользу теории панспермии было обнаружено внутри метеорита ALH84001. Первоначально он был частичкой марсианской коры, которая затем оказалась в космосе в результате взрыва при столкновении астероида с поверхностью Марса, происшедшего 16 миллионов л.н. А 13.000 л.н. после длительного путешествия по Солнечной системе этот осколок марсианской породы упал в виде метеорита во льды Антарктиды, где и был недавно обнаружен. При исследовании метеорита внутри него были обнаружены палочковидные окаменелые бактерии. Окончательно вопрос будет разрешен после 2005 г., когда Россия и США осуществят полет на Марс аппаратов для отбора проб марсианской коры с доставкой образцов на Землю. Если микроорганизмы населяли Марс, то о внеземном возникновении жизни и о панспермии можно говорить более уверенно.

В докладе биохимиков Константина Виолована и Анатолия Лисовского «Проблемы абиогенеза как ключ к пониманию несостоятельности эволюционной гипотезы», изложена критика существующих гипотез самозарождения жизни. Рассмотрим вкратце основные аргументы этих ученых, для начала определив ориентир – простейшую биосистему со свойствами живого. Вирусы не могут приниматься в расчет, так как для размножения им необходим готовый аппарат трансляции белков клетки-хозяина, а значит, не являются наиболее ранней формой жизни, хотя и занимают место между кристаллами и бактериями. Простейшими из живых организмов являются микоплазмы — мельчайшие бактерии размером до 300 нм, не имеющие клеточной стенки – внеклеточные паразиты растений и животных. Микоплазма имеет наименьший геном в 580000 пар оснований ДНК (480 генов). Недавно было определено подмножество из 250-256 генов, абсолютно необходимых для функционирования всех современных организмов. Очевидно, что между биологическим организмом и неживой природой лежит пропасть. Спонтанное образование такой биосистемы невозможно, математическая вероятность этого не превышает 10-500000.

Ключевой вопрос для абиогенного синтеза аминокислот и нуклеотидов – состав первичной атмосферы, газовый состав которой неизвестен. Основные газовые компоненты в извержениях современных вулканов - H2O, CO2, N2, H2S, SO2. Но все манипуляции с такими газовыми смесями не приводили ни к чему, кроме аммиака, азотной кислоты и формальдегида. Наличие или отсутствие кислорода в первичной атмосфере определяет первый замкнутый круг в эволюционной гипотезе: в отсутствие кислорода и озона мягкое ультрафиолетовое излучение разлагает аминокислоты, а даже следовые количества кислорода окисляют органику. Можно предположить вслед за библейским автором, что ультрафиолет экранировался слоем водяного пара над Землей, однако фотолиз воды примерно за 25 миллионов лет привел бы к повышению уровня кислорода в атмосфере до современного. Фотолиз атмосферной воды происходит и в настоящее время в атмосфере Земли (над озоновым слоем) и Венеры.

Если допустить абиогенный синтез биомономеров, то невысокий выход и быстрый распад нужных продуктов реакций не дал бы шансов на их накопление в течение тысячелетий. Готовые биомономеры должны изолироваться от факторов их синтеза, т.к. молния, высокая температура, ультрафиолет, радиация в значительно большей степени способствуют их разрушению, чем синтезу. Фосфорорганические соединения не могут синтезироваться в атмосфере из-за отсутствия стойкого газообразного соединения фосфора. Гидросфера тоже не может быть средой органического синтеза: вода способствует гидролизу, а не синтезу. Но положим, первичный океан действительно содержал густой органический бульон из аминокислот, азотистых оснований и сахаров, как полагал академик Опарин. Как же образовались белки, нуклеиновые кислоты и АТФ? В качестве среды для синтеза фосфатов и биополимеров была предложена остывающая вулканическая лава или нагретая глина, осушающая «органический бульон» и нагревающая его компоненты для обеспечения химических реакций. Однако, в водном растворе аминокислот белки спонтанно не образуются; кипячение смеси аминокислот приводит к их распаду еще до того, как образуются полимеры; если же расплавить аспарагиновую и глутаминовую кислоту при +200оС, то остальные 18 аминокислот растворяются в расплаве; кипячение в течение нескольких часов образует полимеры, структура которых отличается от белковой. Допустим, что случайное стечение обстоятельств привело к тому, что в первичном океане плавали в избытке пептиды и нуклеиновые кислоты. Приблизились ли мы к самозарождению клетки?

В природе не существует другого способа сделать копию нуклеиновой кислоты, кроме как через ферментативный матричный синтез с помощью ДНК-полимеразы. Какова вероятность самозарождения этого и любого другого белка из минимального набора в 250 компонентов простейшей клетки? Проблема в том, что триллионы попыток синтеза нового набора пептидов, не смогут сделать вероятность появления ДНК-полимеразы значительной. Допустим, синтез все же удался. Можно представить тонны ДНК-полимеразы, выгруженные в первичный океан. Этот фермент в лучшем случае будет копировать случайные образцы ДНК, пока не разложится на аминокислоты. Можно представить себе тонны ДНК с геном ДНК-полимеразы и даже одновременное самозарождение и белка, и ДНК, кодирующую его ген. В лучшем случае, все нуклеотиды первичного бульона будут использованы для синтеза копий ДНК, вслед за чем ДНК и фермент будут разлагаться. Система не обладает свойствами живого, включая самовоспроизведение.

Для всех моделей предбиологической эволюции остаются нерешенными два вопроса: механизм перехода к современной биохимии и механизм образования информации. Во всех учебниках по биологии или эволюции, ставящих перед собой последний вопрос, он решается довольно просто: информация – это мера упорядоченности, а упорядоченность, в соответствии с выводами синергетики, вполне может спонтанно образоваться в неравновесных открытых системах. Однако информация всегда упорядочена, а упорядоченность далеко не всегда информативна. Как может самозародиться информация? Информация, записанная в ДНК – типичный пример семантической информации. Для ее передачи необходимы пять компонентов: источник информации, текст, алфавит (код), язык, приемник информации. Эволюционистам необходимо, как минимум, объяснить появление алфавита, языка и приемника информации. В случае с ДНК алфавитом является генетический код, языком - биологический смысл синтезированных белков/РНК, приемником информации - аппарат трансляции белков. Необходимо признать, что, как и текст без интерпретации является лишь типографской краской на листе бумаги, так и любое содержание ДНК без знания кода и умения транслировать текст в структуру белка является простым набором нуклеотидов. Генетический код материально выражен в совокупности 23-40 транспортных РНК, 20 т-РНК-синтетаз и более, чем 60 компонентов рибосом – р-РНК и белков. Выведение из строя хотя бы одного компонента блокирует весь процесс трансляции. Но наиболее поразительно то, что материальный носитель генетического кода для самовоспроизведения должен быть закодирован в ДНК с использованием этого же самого генетического кода! Это условие и является главным замкнутым кругом. Самозародиться должны не просто эти 100 белков и РНК, но и соответствующая ДНК. Насколько это вероятно?

Но эволюционисты не сдаются. Они знают, из чего состоят биосистемы: из атомов и молекул. Они знают и законы, управляющие атомами и молекулами. Отсюда и исходит достаточно самонадеянная, но весьма популярная в настоящее время гипотеза о редукции – возможности объяснить на основе чистой физики происхождение жизни и даже появление сознания! Возможное образование в условиях, царивших на Земле несколько миллиардов лет назад, сложных органических молекул отчасти понято и смоделировано. Казалось бы, переход от таких молекул к простейшим организмам можно представить. Но, как явствует из всего вышеизложенного, имеется какой-то пока так и «не пойманный» наукой фазовый переход. Что же касается физического объяснения механизма появления сознания и мышления, то обсуждение возможности создания «искусственного интеллекта» так же не приносит пока плодотворных результатов и завело специалистов уже как минимум на уровень квантовой физики (всерьез обсуждается вопрос создания квантового суперкомпьютера, принципиально отличающегося по принципу работы от существующих IBM). Верующие решают эти проблемы просто: жизнь и сознание дал Бог. Но это лишь замена одного неизвестного другим, не более. Для науки такой путь неприемлем. Нельзя исключать, что мы даже на фундаментальном уровне еще не знаем чего-то необходимого для редукции.

Первые достоверные признаки жизни появляются в геологических слоях архейской эры. Пока наука не может дать однозначный и всеобъемлющий ответ на вопрос о том, как возникла жизнь. Много сложного и неясного и в дальнейшей «карьере» жизни на Земле, но основные вехи этого процесса нам хорошо известны, а детали непрерывно уточняются палеонтологами, биологами, генетиками.


Лекция 14. Эволюция жизни на Земле

В конечном счете эволюционирует вся ситуация в целом,

хотя нам, может быть, удобнее отделять органическую

эволюцию от изменений окружающей среды.

П. Эрлих, Р. Холм

 

Наука не способна сказать, как выглядел самый первый организм, появившийся на Земле, – предок, от которого берут начало три основные ветви древа жизни. Одна – эукариоты (растения, грибы и животные), клетки которых имеют ядро с генетическим материалом и специализированные органеллы. Вторая – прокариотные (доядерные) одноклеточные организмы (бактерии), не имеющие ядра и органелл. Третья – архебактерии, клетки которых устроены так же, как и у прокариот, но совсем с другой химической структурой липидов. Археобактерии способны выживать в крайне неблагоприятных условиях. Некоторые из них обитают исключительно в горячих источниках с температурой +90°С и выше, где другие организмы погибают. При этом археобактерии потребляют железо и серу, а также ряд токсичных химических соединений. В древних отложениях Австралии, возраст которых 3,46 млрд. лет, были обнаружены останки цианобактерий – первых фотосинтезирующих микроорганизмов. О былом господстве анаэробов и цианобактерий свидетельствуют строматолиты – рифоподобные образования, представляющие следы сообществ микроорганизмов. В результате жизнедеятельности фотосинтезирующих цианобактерий в океане, а затем и в атмосфере появился кислород. Он взаимодействовал с растворенным в воде железом, создавая окислы железа, осаждавшиеся на дне. Так с участием микроорганизмов возникли залежи железной руды, например – Курская магнитная аномалия, простирающаяся и под нынешними Белгородской, Курской, Орловской и Брянской областями. После того как фотосинтезирующие цианобактерии создали из углекислого газа запас богатой энергией органики и обогатили атмосферу кислородом, возникли бактерии-аэробы, способные существовать только в присутствии кислорода (он им необходим для окисления органики с преобразованием полученной энергии в биологически доступную форму – АТФ). Этот процесс выгоден: анаэробы при разложении одной молекулы глюкозы получают лишь 2 молекулы АТФ, а аэробы, используя кислород, 36 молекул.

В Архее, древнейшей эре, происходит и первая биологическая революция – переход от прокариот (безъядерных организмов) к эукариотам (одноклеточным организмам с ядром). Два миллиарда лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили свое строение за счет поглощения других прокариотных клеток и симбиоза с ними. Одни из них – аэробные бактерии – превратились в митохондрии – энергетические станции кислородного дыхания. Другие – фотосинтетические бактерии – начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений (гипотеза Л. Маргулиса).

Более миллиарда лет назад произошел взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни – растений и животных. Образование новых вариаций в смешанном генотипе, возникающем при половом размножении, проявилось в виде биоразнообразия новых форм жизни. В конце протерозоя палеонтологи начинают встречать остатки первых многоклеточных существ – водорослей, простых кишечнополостных, губок, червей и ряда примитивных организмов неизвестной систематической принадлежности. Все эти студенистые существа не имеют скелета, хотя иногда достигают метровых размеров. Появление многоклеточных – вторая биологическая революция. В течение протерозоя в результате жизнедеятельности океанического планктона в атмосфере накапливается свободный кислород и резко сокращается содержание углекислоты. Архей и протерозой в совокупности называют еще криптозоем – эрой скрытой жизни. Последующее время назвали фанерозоем – эрой явной жизни. На рубеже протерозоя и палеозоя (эр первичной и древней жизни), 600 млн. лет назад, происходит третья биологическая революция. Живые организмы приобретают возможность строить твердый скелет. Появляются кораллы, напоминающие кубки археоциаты, моллюски и брахиоподы в раковинах, членистоногие (трилобиты) в хитиновых панцирях. Следует отметить, что этот очевидный факт до сих пор не нашел полноценного объяснения, несмотря на обилие разнообразных гипотез – от падения астероида до накопления критического количества кислорода в атмосфере и океане. Так или иначе, в новую эпоху жизнь вступила уже хорошо оснащенной и надежно защищенной. Можно полагать, что в это же время (кембрийский период палеозойской эры 580-500 млн. л.н.) на поверхности Земли появляются первые вневодные формы жизни – примитивные водоросли и лишайники. Несколько позже к ним присоединяются мхи, плауны и папоротникообразные.

В течении ордовикского и силурийского периодов (500-410 млн. л.н.) активно развивается и водная флора и фауна беспозвоночных. По дну среди кораллов и водорослей ползают примитивные иглокожие, копошатся похожие на мокриц трилобиты, снуют головоногие ортоцерасы, достигающие 4 м в длину. Возникли и не менее крупные хищные ракоскорпионы. Если самые малые были 10-30 см, то гиганты вырастали до 3-4 м. Охотились они на покрытых панцирем древнейших позвоночных – бесчелюстных гетеростраков, отдаленно напоминающих рыб. В процессе совершенствования бесчелюстных возникли панцирные, а затем и другие рыбы. Панцири древних бесчелюстных и панцирных рыб обладали практически идеальной гидродинамикой, а их эволюцию можно сравнить с «эволюцией» современной авиации – от примитивных «этажерок» до самолетов с изменяемой стреловидностью крыла. Древнейшими костистыми рыбами, появившимися в силуре, были акантоды, обитавшие преимущественно в пресных водах. Их веретеновидное тело было покрыто мелкой плотной ромбической чешуей. Интересно, что число парных плавников у акантодов не было строго фиксировано и некоторые имели их до 7 пар – могло сложиться и так, что на сушу впервые выбралось бы не 4-х, а 6- или, к примеру, 8-ногое существо.

Веком рыб называют следующий период – девонский (410-350 млн. лет). Поэма Веры Инбер «Путевой дневник» содержит много замечательных образов древнего мира:

«Девонские лагуны, влажный воздух

И всасыванье воздуха, и всхлип…

Двоякодышащих и кистеперых,

И панцирных и неизвестных рыб».

В девонских водоемах помимо панцирных бесчелюстных рыб-акантод, обитали панцирные рыбы с настоящими челюстями – плакодермы. Голова и передняя часть туловища у них были одеты в могучие «латы» из костных пластинок кожного происхождения. Однако первыми существами, начавшими осваивать сушу была особая группа костистых рыб – кистеперые. Кистеперые рыбы обладали необычным строением парных брюшных и грудных плавников, напоминавших лапы. Это позволяло кистеперым преодолевать небольшие расстояния по побережью или на мелководье, опираясь на плавники. Умение пригодилось: наступившее в конце силура горообразование изменило климат и условия существования организмов. В результате поднятия суши и сокращения морей климат девона был более континентальный, чем в силуре. В девоне появились пустынные и полупустынные области; на суше появляются первые леса из гигантских папоротников, хвощей и плаунов. Новые группы животных начинают завоевывать сушу, но их отрыв от водной среды не был еще окончательным. Древнейшие наземные позвоночные – ихтиостеги – происходят из верхнедевонских отложений Гренландии. Размеры их достигали 1 м. Это неуклюжие земноводные со сжатым с боков несколько рыбообразным телом, слабо развитым хвостовым плавником, но уже пятипалыми конечностями. Потомками ихтиостег стали стегоцефалы – разнообразные хвостатые земноводные размером от нескольких 20 см до нескольких метров.

Каменноугольный период (350-285 млн. лет) был не столько веком стегоцефалов, сколько временем гигантских насекомых. Их существование обеспечивало повышенное содержание кислорода (по некоторым данным до 40%) в невероятно влажной атмосфере, возникшее в результате жизнедеятельности огромных лесных массивов из древовидных папоротников, хвощей и плаунов. К концу карбона относится появление первых пресмыкающихся – полностью наземных представителей позвоночных. Родоначальником пресмыкающихся (а значит и млекопитающих, а в итоге и человека) был дипловертеброн с пятью пальцами на конечностях (у большинства были четырехпалые передние лапы) – это эволюционное наследство получили и мы. А четырехпалые – вымерли.

Пресмыкающиеся достигли значительного разнообразия в пермском периоде (285-230 млн. лет) во время развития засушливого климата, похолодания и материкового оледенения. Широкое распространение получили зверообразные ящеры, внешне больше похожие на млекопитающих – крупные и мелкие хищники – двинии, титанофонеусы, иностранцевии и т.д. и травоядные дицинодонты и дейноцефалы. Наиболее прогрессивная их часть в мезозое стала предками всех млекопитающих. Нельзя не упомянуть и парарептилийящерицеподобных сеймурий и водоплавающих бегемотообразных парейазавров. Выйдя на сушу на рубеже палеозоя и мезозоя они дали начало черепахам.

Мезозой (с греч. средняя жизнь) называют эрой пресмыкающихся. Их расцвет и широчайшее распространение происходят именно в эту эру. На нижнем рубеже мезозоя (пермотриас) резко усиливается засушливость климата, жизнь вытесняется из земли в воду. У многих земноводных атрофируются конечности и легкие, появляются дельфиноподобные ихтиозавры. Уровень Океана падает, исчезает шельф и жизнь, связанная с ним. Вымирает и множество сухопутных организмов, у которых отдельные этапы жизни связаны с водой: большинство земноводных, папоротники, хвощи, плауны. В триасе (230-195 млн. лет) среди растений сильного развития достигают голосеменные, среди животных - пресмыкающиеся. Появляются растительноядные и хищные динозавры.

Ныне стоит вопрос о выделении динозавров в самостоятельный класс, лежащий, пожалуй, ближе к птицам, а не к пресмыкающимся. Они теплокровны, подвижны, часто имели голую, а вовсе не чешуйчатую кожу. Некоторые динозавры были живородящими, многим яйцекладущим была свойственна забота о потомстве. Наконец, у них, как удалось недавно установить, было совершенное четырехкамерное сердце. Кстати, о птицах, предками которых были именно динозавры. Первая птица археоптерикс появляется в следующем – юрском периоде (195-137 млн. лет) – фактически это был покрытый перьями небольшой динозавр с острыми зубами, длинным хвостом и когтями на едва сформировавшихся крыльях. Впоследствии, в меловом периоде, сформируются уже настоящие птицы, правда, еще вооруженные зубами. Гораздо раньше птиц воздушную среду стали осваивать птерозавры. Некоторые из них были планерами с идеальной аэродинамикой – легкий ветерок поднимал их в воздух без единого взмаха кожистых или покрытых шерстью крыльев. В юрских же морях широко распространяются ихтиозавры и плезиозавры, их костные остатки во множестве встречаются на территории Брянской области. На суше в юре встречаются гигантские растительноядные динозавры – зауроподы, самые крупные наземные существа в истории Земли. Их «соседями» оказались панцирные динозавры (анкилозавры), стегозавры и хищные двуногие орнитоподы.

В меловом периоде (137-67 млн. лет) усилился вулканизм. Климат установился теплый и в меру влажный, на земле господствовали утконосые динозвары (гадрозавры), рогатые динозавры (цератопсы) и хищные тераподы, включая самого крупного наземного хищника тираннозавра. Возникли высшие млекопитающие: сумчатые и плацентарные. В море процветали головоногие моллюски – аммониты и белемниты, длинношеие эласмозавры и крокодилоподобные плиозавры. В воздухе господствовали птерозавры, достигавшие размеров современного реактивного истребителя. В мелу морские микроорганизмы впервые смогли накапливать карбонат кальция (в результате отложились толщи мела, мергеля, известняка) в условиях не избытка, а недостатка углекислоты в атмосфере. Благодаря этому современный Океан насыщен карбонатом кальция и активно поглощает углекислоту, спасая нас от парникового эффекта.

Массовое вымирание в конце мезозоя не было единовременным. Задолго до конца мела начались процессы вымирания ихтиозавров, анкилозавров, зауроподов. Группы животных и растений кайнозойского облика начали появляться уже за десятки миллионов лет до конца мезозоя. Так, в меловых отложениях Брянской области обнаружена окаменевшая древесина покрытосеменных: дуба, березы, клена, ясеня, ольхи. В самых верхних мезозойских слоях Северной Америки насчитывают 34 рода динозавров и 29 родов млекопитающих (из этих первозверей до наших дней дожили только утконос и ехидна). И все же именно на рубеже мезозой-кайнозой на суше вдруг полностью исчезли динозавры, в воздухе – птерозавры, в море – морские ящеры, аммониты, белемниты и вообще до 80% морской биоты. Почему? Причиной мог быть удар крупного астероида или ядра кометы. Он мог вызвать подъем пыли в атмосферу, которая соответственно уменьшала поток солнечной радиации на Землю, а это приводило к снижению продуктивности наземной растительности и фитопланктона, к перестройке биоценозов и вымиранию наиболее крупных и специализированных животных. На эту роль места приземления «убийцы динозавров» претендуют кратер Чикксулуб на п-ове Юкатан и кратеры на Русской платформе. В конце мелового периода могла иметь место и целая серия ударов, которая привела к дестабилизации и, в итоге, к краху мезозойской биоты.

Иногда ученые задаются вопросом: что было бы если бы?.. Например, если бы не случилось меловой катастрофы. Методы компьютерного моделирования показали вероятность возникновения прямоходящей двуногой разумной расы с серой безволосой кожей, тонкими трехпалыми руками и большими глазами с вертикальными зрачками, весьма напоминающих таинственных «НЛО-навтов», как их описывают очевидцы… Другой занимательный вопрос, могли ли выжить где-либо динозавры? Биология отказывает в таком шансе наземным ящерам, но морские вполне могли сохраниться в глубинах Океана, подобно кистеперому целаканту. Не отсюда ли многочисленные истории о Великом Морском змее? Впрочем, еще один претендент на эту роль – древнее китообразное зеуглодон, характерное уже для кайнозойской эры.

Геологическая эра, в которой мы живем, называется кайнозой (от греч. новая жизнь, 67 млн. лет - наше время). Это время расцвета цветковых растений, насекомых, птиц и, конечно, млекопитающих. Кайнозой делится на три периода: палеоген (67-32 млн. лет) неоген (32-3 млн. лет) и антропоген (3 млн. лет - настоящее время, он еще продолжается).

Уже в палеогене – времени становления нового мира млекопитающих, выделяются все основные группы современных зверей, а так же множество ныне уже вымерших. Кондилартры стали предками копытных, хоботных, сирен, хищников. В близком родстве оказались примитивные насекомоядные и оказавшиеся одной из наиболее прогрессивных эволюционных ветвей – приматы. А в морях появляются первые китообразные, их предками были крупные наземные хищники. Для палеогена характерны тропические леса. Крупнейшими наземными млекопитающими стали растительноядные индрикотерий и белуджитерий – безрогие носороги. Бронтотерий, дальний родственник лошадей, так же был крупнее любого современного носорога. К рубежу палеогена и неогена распространение получают общие предковые формы человекообразных обезьян и людей.

Постепенно климат становится все более засушливым и холодным. Для неогена в большей степени характерны уже открытые остепненные ландшафты. Наступает время так называемой гиппарионовой фауны, основа которой – трехпалая лошадка гиппарион. Входили в состав этой биоты мастодонты, саблезубые тигры, древние жирафы и верблюды. К концу неогена помимо мастодонтов существовало множество видов крупных слонов – динотерий, палеолксодон, южный слон, платибелодон и другие. Не уступал им в размерах гигантский ленивец мегатерий из Южной Америки – там на значительных пространствах сохранялись тропические леса. Похолодание все нарастало, начало антропогена было связано с развитием нового материкового оледенения. Антропоген назван так, поскольку связан с формированием человека, об этом времени и процессе антропогенеза речь пойдет в одной из следующих лекций.

Подведем итоги. По Дарвину основными факторами эволюции является естественный отбор в процессе внутри- и межвидовой конкуренции и наследственная изменчивость с неопределенным, ненаправленным характером. Хотя во времена Дарвина не было научной генетики и молекулярной биологии, но его теория эволюции сохранила жизнеспособность в наши дни. Несмотря на то, что в целом теория Дарвина удовлетворительно объясняет процесс эволюции, отдельные факты в рамках дарвинизма не находят полноценного объяснения. Существуют организмы, которые почти не эволюционируют (лингула, мечехвост, латимерия и др.). Имеют место многократное возникновение в процессе эволюции одного и того же явления (например, биолюминисценция у различных типов организмов – рыб (хордовые), членистоногих, моллюсков, кишечнополостных и даже у одноклеточных) и преадаптация – формирование некоторых структур организма до того, как они стали необходимы (например, возникновение глаз нельзя объяснить исключительно отбором).

Факты направленной эволюции, якобы не обусловленные борьбой за существование находят свое объяснение в рамках классической теории. Пример эволюции лошадей стал здесь хрестоматийным. Их предок, гиракотерий, который жил около 50 млн. л.н., был с размером с лису, имел четыре пальца на передних и три – на задних конечностях. Но на пути к современности ископаемые представители этой группы все больше становятся похожи на нынешних рослых «однопалых» лошадей. Эволюция в таких ортогенетических рядах становится направленной оттого, что ее ограничивает естественный отбор. Если на протяжении миллионов лет отбор действует в одном направлении (ортоселекция), то конечный результат будет таким, как если бы направлена была исходная наследственная изменчивость. В примере с лошадиными ортоселекция на протяжении десятков миллионов лет действовала в сторону их приспособления к жизни в растущих степных ландшафтах – к быстрому бегу и травоядности. То, что это направленный отбор, а не направленная изменчивость, подтверждают факты постоянного ответвления от магистрального ствола развития лошадиных разнообразных боковых ветвей.

Палеонтологи Стивен Гулд и Найлс Элдридж предложили теорию прерывистой эволюции, которую он противопоставлял дарвиновской теории непрерывной. Гулд утверждал, что виды – это квазистабильные системы, сопротивляющиеся напряжениям до предела прочности, а потом быстро переходящие в новое равновесное состояние. Новые виды возникают за сотни тысяч лет (что, с точки зрения геохронологии, мгновенно), а вся эволюция являет собой серию резких скачков.

Еще одна концепция эволюции получила название «неокатастрофизм». В течение последних 600 млн. лет произошло около 2000 столкновений Земли с астероидами. На поверхности Земли обнаружено свыше 150 «астроблем» - следов этой космической бомбардировки. Площадь кратеров от нескольких до нескольких сотен километров. Весьма вероятна связь поворотные моментов эволюции биоты «небесной карой». За последние двести пятьдесят миллионов лет ученые насчитывают десять или одиннадцать массовых исчезновений живых видов. Грандиозные пермское (250 млн. л.н.) и меловое (65 млн. л.н.) вымирания побудили к серьезным размышлениям. С этими рубежами связаны и серии иридиевых аномалий – геологических слоев с повышенным содержанием иридия – металла в основном кометно-метеоритного происхождения. Возможно стоит вставить в теорию Дарвина в виде движущего механизма, наряду с естественным отбором, глобальные катастрофы – например удары метеоритов.

Наконец, нельзя забывать то, что эволюция различных организмов на Земле могла происходить по-разному. Одни группы эволюционировали плавно (по Дарвину), другие - скачками (по Гулду). Метеоритные бомбардировки расчищали место для менее конкурентоспособных в старых условиях организмов. Может оказаться, что даже одни и те же группы организмов эволюционировали в различные времена совершенно разными путями.

Лекция 15. Генетика, молекулярная биология, генная инженерия.

Исследования в этой области продвигались такими темпами и так мало комментировались, что их истинные размеры и смысл вряд ли можно полностью осознать.

Майкл Крайтон «Jurassic park»

 

Начало XX века ознаменовалось бурным ростом и серией фундаментальных открытий в области генетики. В это время были переоткрыты законы Менделя, обоснованы представления о носителях наследственной информации – гене и хромосоме, установлены принцип чистоты гамет, законы доминирования, гибридологический анализ. В середине XX века произошел революционный переход от белковой к нуклеиновой трактовке наследственности. Впервые перенос генов от одного организма к другому осуществили в 1944 году трое британских ученых: О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти. Они взяли заразный штамм пневмококка, выделили из него ДНК, очистили ее и смешали с живыми клетками незаразного штамма другого типа. Потомство этих клеток получило признаки заразного пневмококка. Ученые научились расшифровывать не только структуру ДНК в це­лом (это сделали в 1953 году англичане Френсис Крик и Джеймс Уотсон), но и непосредственно последовательность нуклеотидов. В 2001 г. расшифрован геном человека.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – это две скрученные вокруг общей оси в спираль цепочки из соединенных друг с другом в определенной последовательности четырех элементов - нуклеотидов. Их линейная последовательность (первичная структура ДНК), строго индивидуальная и специфичная для каждого достаточно длинного отрезка ДНК, и есть кодовая запись биологической (генетической) информации. Одну цепочку нуклеотидов называют «смысловой», другую, комплиментарную (спаренную с ней по всей длине) — «антисмысловой». Принцип комплиментарности лежит в основе наследственности. Когда цепочки расходятся, каждая из них достраивает подобную себе, образуя две идентичные двойные спирали. ДНК – единственное вещество, способное к самовоспроизведению своей структуры. ДНК, хранящаяся и работающая в клеточном ядре, копируют не только саму себя. В нужный момент определенные участки ДНК (гены) воспроизводят свои копии в виде химически подобного полимера – рибонуклеиновой кислоты (РНК), которые в свою очередь служат матрицами для производства всех необходимых организму белков. Именно белки, по мнению большинства ученых, определяют все признаки живых организмов. ДНК – РНК – белок: вот центральная догма всей мо­лекулярной биологии.

В 1950х годах выяснилось, что кроме клеточных генов в природе существуют и независимые гены – вирусы. Вирус – это упакованный в белковую оболочку генетический материал, природное биологическое оружие. Оболочка – лишь приспособление, упаковка, защита и механизм впрыскивания генов в клетку-хозяина. Там вирусные гены начинают воспроизводить на себе свои РНК и белки, постепенно переполняющие клетку. Она лопаясь, гибнет, а тысячи копий вируса освобождаются, заражая новые клетки. Болезнь и даже смерть обычно вызывают чужеродные вирусные белки. В других случаях человек не умирает, но может болеть всю жизнь. Например, вирус герпеса присутствует в организме 90% людей, он обычно заражает человека в детстве и живет в нем постоянно.

И вот, роль вирусов попробовал сыграть сам человек. В 1944 году, как мы уже говорили, был создан первый прецедент получения трансгенного организма на уровне бактерий, несущего один или несколько генов другого организма. Затем научились делать подобные операции с животными. Вот один первых из опытов: раковая опухоль – это мутация гена, а значит ее можно перенести в другой организм. Выделили ДНК опухоли человека, обработали ею живые клетки здоровой мыши, и через некоторое время у мыши появлялась человеческая опухоль. Генные инженеры пошли дальше, с целью извлечь практическую пользу из открытия.

Человечество испытывает трудности с белком интерфероном, обладающим противораковой и противовирусной активностью. Интерферон вырабатывается любым животным организмом, но нечеловеческий интерферон для лечения людей непригоден. Человек же вырабатывает слишком мало интерферона для его выделения с фармакологическими целями. Поэтому ген человеческого интерферона был введен в бактерию, которая размножаясь в больших количествах вырабатывала человеческий интерферон. Сейчас эта техника применяется во всем мире. Так же произ­водится и инсулин. Однако, есть сложности при очистке нужного белка от бактериальных примесей. Поэтому родились методы введения нужных генов в высшие организмы. Принцип таков: извлекают яйцеклетки животного и вставляют под контроль генов белков молока чужеродные гены, определяющие выработку нужных белков (интерферона, инсулина, антител, специальных пищевых белков). Затем яйцеклетки оплодотворяют и возвращают в организм. Потомство начинает давать молоко, из которого можно дешево, чисто и безопасно выделить необходимый белок. Так были выведены и коровы, дающие молоко с необходимыми человеческими белками, пригодное для искусственного вскармливания младенцев.

Человечество научилось направленно, избирательно воздействовать на генетический аппарат различных организмов, продуцируя организмы с чужеродными генами. Возникли методы, с помощью которых можно резать ДНК в нужных местах и «клеить» с любым другим кусочком ДНК, причем не только с готовыми генами, но и с рекомбинантами – комбинациями разных, в т. ч. искусственно созданных, генов. Это направление получило название генной инженерии. На ее основе родились два больших практических направления. Одно – биотехнология. Второе связано с непосредственным вмешательством в самого человека.

В 1992 г. в США впервые была произведена геннотерапевтическая операция на человеке. С 16 лет девушка страдала инфарктами. У нее оказалось наследственное заболевание: отсутствие особого белка в печени, связывающего так называемые липопротеиды низкой плотности – вещества, ответственные за сужение сосудов, образование тромбов и непроходимости сосудов. Обычное лечение не помогло, и врачи решились на генную операцию. Ей отрезали часть печени, с помощью специальных приемов ввели в клетки печени нормальный ген, и клетки вживили обратно в печень. Вырос кусочек печени, который вырабатывал нужный белок, и больная избавилась от инфарктов. Это первый успешный пример излечения человека с помощью человеческого же гена. Генная терапия развивается, хотя и встречает этические и юридические трудности. В ближайшие годы многие сердечно-сосудистые, раковые и наследственные заболевания будут излечиваться таким способом.

Вернемся к биотехнологиям. Под биотехнологией понимают манипулирование блоками генетической информации с целью создания организмов, которые не могут появиться в природе естественным путем. Применение таких организмов уже необычайно широко.

В растениеводстве путем генетического модифицирования можно добиться устойчивости культурных растений к гербицидам, вредителям и болезням. Правда попытки привить невосприимчивость к стрессам (засухе, жаре, холоду, высокому содержанию алюминия и солей в почве) оставались безрезультатными. Если это удастся, раскроется возможность использовать новые земли для сельского хозяйства и даже морскую воду для полива. Способны генные инженеры и на улучшение пищевых и вкусовых качеств: большая часть работ в области генной инженерии растений направлена на улучшение баланса питательных веществ в кормах для животных и в пище, в целях исключения из рационов дорогостоящих добавок. Кукурузе и сое вводят гены, повышающие содержание незаменимой аминокислоты метионина. Ведутся исследования по увеличению содержания сахара или крахмала в картофеле, кукурузе, горошке, томатах. Удалось увеличить содержание крахмала в некоторых сортах картофеля до 40%. Контролируемое превращение крахмала в сахар в кукурузе и горошке способствует сохранению их сладости в течение длительного периода после уборки. Получен первый генетически измененный томат с более длительным сроком хранения и вкусом созревшего винограда, а так же сорт моркови, который содержит 300 мг каротина в 1 кг, вместо обычных 70–90 мг. Чтобы ликвидировать дефицит витамина А, наблюдающийся в развивающихся странах, исследователи пытаются ввести механизм образования этого витамина в зернах риса. Появляется и модифицированные масличные культуры рапс, соя, лен для производства разных мacел: с повышенным уровнем лауриновой и миристиновой кислот (для производства шампуней и мыла); затвердевающих при комнатной температуре (для производства маргарина); пищевого с пониженным содержанием насыщенных жирных кислот; заменителя кокосового масла при производстве шоколада, жидкого воска для смазочных масел и косметических средств. Из сои уже получают качественные чернила. Ведутся разработки новых генетически модифицированных растений для производства бумаги, природной резины, этанола. Проводятся опыты по получению дизельного топлива из животных и растительных жиров. Используя новые технологии, можно производить из крахмала разлагающуюся на воздухе биопластиковую упаковку, абсорбенты.

Еще в 1975 г. ученые узнали, как производить отдельные антитела (защитные белки, продуцируемые иммунными системами растений и животных в ответ на внедрение чужеродных веществ). Возможность массового производства специфических антител улучшила диагностику в сельском хозяйстве. Фермеру, чтобы поставить диагноз, достаточно размолоть растительную ткань или взять образцы крови животных и, применив специальный окрашивающийся реактив, определить наличие заболевания.

Генетический материал микроорганизмов часто изменяют для того, чтобы получить в большом количестве специальные белки, в частности, для животноводства. Один из них – гормон роста (бычий соматотропин – БСТ). Использование БСТ в молочном скотоводстве повышает продуктивность коров на 5–20%. Основная проблема, которая теперь волнует население – это влияние БСТ на здоровье людей. Разработан и свиной соматотропин (ССТ) для использования при откорме свиней. ССТ увеличивает привесы на 10–16%, при снижении кормовых затрат. Уменьшается и толщина сала в туше животных. Большое достижение – метод трансплантации эмбрионов крупного рогатого скота: эмбрион высокопродуктивной коровы пересаживают к другой и получают теленка с признаками первой матери и племенного быка-отца. Разработан и метод определения и управления полом на клеточной стадии, что позволяет получать выдающихся животных.

Ученые интенсивно работают над выявлением маркеров генов, которые контролируют важные функции у животных. Такое картирование генов помогает идентифицировать гены, отвечающие за рост, величину удоя, качество молока, соотношение жира и постного мяса, нежность мяса, устойчивость к болезням, к холоду, жаре. Введение генов с полезными признаками позволяет получать трансгенных животных с новыми наследственными признаками. Так, козам введен ген, стимулирующий образование в их молоке фермента тромбокиназы. Фермент способствует рассасыванию тромбов в кровеносной системе человека, что позволит решить проблему профилактики тромбофлебита. Трансгенные козы могут вырабатывать «Фактор VIII» (белок, контролирующий кровотечение у страдающих гемофилией) и «Фактор ТРА» (разрушает кровяные тромбы). Генетически измененные козы могут вырабатывать эти белки на порядок быстрее и дешевле, чем культуры человеческих клеток. Возможно применение биотехнологий и в технике: например, для создания диффузоров акустических систем, макромолекулярных биосенсоров. Активно разрабатывается идея о конструировании биологически возобновляемых источников энергии. С помощью биотехнологий возможно даже восстановление загрязненных бездумной деятельностью людей территорий (биоремедиация).

Несколько лет назад мир был потрясен: шотландскому генетику Яну Вильмуту и его коллегам впервые удалось клонировать высшее животное – овцу. Простейшее клонирование существует в природе: это размножение бактерий и амеб. Каждая из них производит клетки, генетически идентичных ей самой, называемые клонами. В 1960х люди научились клонировать растения. Если растительную клетку лишить прочной оболочки и обработать ростовыми гормонами, то она начинает делиться, образуя каллус — скопление делящихся клеток, любая из которых способна дать начало новому растению. Пересаженный в почву кусочек каллуса даст начало растению, генетически идентичному материнскому. С животными дело обстоит сложнее. Неполовые клетки взрослого организма отличаются от половых не только тем, что они содержат двойной набор генов. Это дифференцированные клетки, прошедшие специализацию. Каждая клетка взрослого организма имеет свою структуру и выполняет свои функции. Мышечная клетка отличается от нервной, эритроцит млекопитающих вообще не имеет ядра и ДНК. Значит, получить новое животное можно далеко не из любой клетки предшественника. Как же удалось решить эту проблему шотландским ученым?

Ключевым моментом в процессе клонирования было получение в лаборатории культуры эмбриональных недифференцированных клеток организма. Они размножаются «в пробирке» неограниченно долгое время, и их в любой момент можно пересадить животному-реципиенту. Стволовые эмбриональные клетки овцы были получены в лаборатории за год до Долли. В такие клетки можно пересаживать разные гены, меняя их в нужном направлении, чтобы потом выращивать животных с запрограммированным генотипом. Далее были сделаны три серии генетических манипуляций. Вначале пересадили генетический материал недифференцированных клеток эмбриона в яйцеклетку овцы с удаленным ядром. Затем ее имплантировали овце-реципиенту и с ее участием получили потомство – 4 ягнят. Затем получили трех ягнят из дифференцированных клеток зародыша овцы, пересаженных в яйцеклетку. Наконец, используя клетку молочной железы беременной овцы, получили из нее культуру размножающихся клеток. Их генетический материал поместили в яйцеклетку, пересаженную овце-реципиенту. В результате и появилась на свет овца, названная именем Долли. Теперь Долли – пока единственное млекопитающее, у которого нет отца, но зато три матери: овца, давшая генетический материал, овца, от которой взяли яйцеклетку и овца-реципиент, которая вынашивала знаменитого ягненка.

Выяснилось, что получить генетически идентичную копию можно только от женского организма: в Шотландии ядра пересаживали в яйцеклетку, ибо именно цитоплазма яйцеклетки стимулирует развитие зародыша. Но оказалось, что и в цитоплазме имеется генетический материал, передаваемый зародышу только от матери. В сперматозоиде такой ДНК нет, поэтому животные и человек получают от матери генетической информации больше, чем от отца.

Если техника клонирования животных будет детально разработана, специалисты научатся размножать таким способом сельскохозяйственных животных. Элитных коров, свиней, овец и других животных будут серийно производить на специальных фабриках.

Возможно недалек час, когда клонированием удастся решить проблемы сохранения редких и исчезающих видов животных. Например, на Дальнем Востоке исчезли леопарды, а природные условия там уже таковы, что их естественное размножение практически невозможно. Очевидно, можно будет восстанавливать даже вымершие виды: ведь в ископаемых остан­ках сохранилась их ДНК. То, что еще 10 лет назад казалось фантазией Майкла Крайтона и Стивена Спилберга, создавших в книге и на киноэкране «Парк юрского периода», начинает становиться обыденной реальностью. Однако, первый кандидат в этом списке не динозавры, а исчезнувший спутник человека – мамонт. На I Международном мамонтовом совещании в Санкт-Петербурге (1995) прозвучала серия докладов отечественных и зарубежных генетиков и цитологов о перспективах восстановления мамонта, как вида путем молекулярно-генетических исследований и манипуляций с мамонтовой ДНК. Вслед за мамонтом могут вернуться на нашу планету стеллерова корова, дронт, странствующий голубь, тасманийский волк, моа, тарпан, зебра квагга – все биологические виды, варварски уничтоженные человеком в историческом прошлом.

Появление на свет овечки Долли поставило на повестку дня и этически неоднозначный вопрос о допустимости клонирования людей. Успех эксперимента с Долли говорит, что теоретическая возможность клонирования людей существует, но воспользуется ли ею человечество? Этот вопрос остается открытым. Впрочем, для чего делать свои копии в лаборатории, когда природой нам дан великолепный, апробированный миллионами лет способ производить себе подобных?

А вот выращивание «запасных органов» из человеческих стволовых клеток, способное уничтожить многотысячные очереди страждущих на трансплантацию внутренних органов – видимо вопрос почти решенный.

Нельзя забывать, что мы вошли в такую область Творения, где многие благие начинания могут иметь непредсказуемые и опасные последствия (вспомним романы-предупреждения: уже упоминавшийся «Парк юрского периода» и «Штамм Андромеда» М. Крайтона, «Мутант-59» К. Педлер и Д. Дэвис, или «Роковые яйца» М. Булгакова). О том, к чему приводят непредсказуемые мутации нам дают зримо ощутить чудовища – порождения Чернобыльской катастрофы. Объектом неблагоприятных биологических, генетических воздействий может стать человек, сельскохозяйственные животные и растения, окружающая среда в целом. Основные аспекты проблемы биологической безопасности, которая должна стать одной из приоритетных задач человечества, таковы:

Развитые страны мира неуклонно идут к победе над многими тя­желейшими недугами человечества, а так же к развитой биотехнологии в сельском хозяйстве. Недооценка этого фактора в любой от­дельной стране уже есть угроза ее безопасности, так как приведет к экономической и генетической деградации нации. Более того, необходимо быть готовыми и к появлению неожиданных новых болезней. Пример тому – вирус, вызывающий у человека синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), который обнаружили во время победного, казалось бы, шествия медицины. Эффективных средств борьбы со СПИДом до сих пор нет. Существуют и другие потенциально опасные вирусы, (медленные инфекции, активирующиеся лишь в определенной ситуации латентные вирусы). В человеческом организме присутствуют и загадочные пока генетические элементы, которые достаточно активировать, чтобы они превратились в подобие вирусов. Наконец, непредсказуемо возникшие, вышедшие из-под контроля, или сознательно изготовленные биологические (генетические) агенты, способные поражать людей, животных, растения и даже техногенную сферу. В случае сознательного использования они становятся биологическим оружием. В отличие от ядерного, изготовление биологического оружия дешево, а значит доступно небольшим террористическим группам. Его можно сделать направленным, так, что оно даже не выявит нападающую сторону, позволив действовать без объявления войны. Пример тому – атака на США почтовыми посланиями со спорами антракса. К борьбе с этой опасностью тоже надо быть готовыми.

Основные же проблемы генной инженерии, разработкой которых занято сейчас научное сообщество таковы: Во-первых, это доставка генов к клеткам-мишеням организма. Один подход – обработка временно извлеченных из организма клеток и их механическая доставка обратно. Второй – способы стабилизации ДНК и РНК для их инъекции и перорального применения. Третий – различные способы преодоления клеточной мембраны помимо иньекции (с помощью модифицированных ДНК и РНК, непатогенных вирусов, поликатионов, липидных микроконтейнеров). Во-вторых, это блокировка или разрушение вредного гена, либо продуцируемой им РНК антисмысловыми ДНК или РНК. Это направление – стратегическая линия в борьбе с раковыми и вирусными заболеваниями, наряду с введением генов, блокирующих деление или вызывающих смерть клеток (средство кардинальной раковой терапии). В-третьих, введение регулятора активности генов или нового активного гена взамен поврежденного. От успехов этого направления целиком зависит лечение наследственных болезней и в большой степени инфекционных болезней.

Ученые, занятые в глобальном проекте «Геном человека», полагают, что недалек час когда станет технически возможной ДНК-паспортизация человека. Будет ли она осуществлена? Решить этот, прежде всего этический, вопрос – прерогатива уже не науки, а общества.

Новейшие данные научных исследований заставляют предполагать, что передача наследственной информации осуществляется не только молекулярно-биологическим (химическим) путем. Для этого цепочка ДНК, судя по данным компьютерного моделирования, оказывается чересчур коротка. Исследования, проведенные в Отделе Теоретических Проблем РАН, доказали, что в кристаллах ДНК запрограммированы не только все биохимические процессы организма, но и своеобразный голографический пространственно-временной образ будущей биосистемы. Существуют и более «безумные» гипотезы. Так, исследования в Научном Кардиологическом центре (Москва) под руководством П. Гордяева заставляют предположить, что имеется еще и некий внешний источник информации о будущем организме. Двойная спираль ДНК в этом случае играет еще и роль «приемной антенны», принимающей сигналы от гипотетического информационного континуума Вселенной (а по другой версии – таинственного Мирового Разума, создавшего Вселенную).

 

Лекция 16. Антропосоциогенез. Древнейшее прошлое человечества.

Ты была уже не обезьяна, но еще, увы, не человек

(из студенческой песни)

 

Антропогенез - процесс исторического развития человека, того биологического вида, к которому принадлежим мы все. Важнейшее значение в разработке теории антропогенеза имеет положение Ф. Энгельса о ведущей роли социальных факторов труда в формировании человека. Другой краеугольный камень учения об антропогенезе – общая теория эволюции и ее крупнейшее достижение – гипотеза происхождения человека от обезьян, сформулированная Чарльзом Дарвином. Свои мысли он изложил в труде «Происхождение человека и половой отбор», являвшемся продолжением книги «Происхождение видов». Вопрос о происхождении человека Дарвин рассматривал в русле развития жизни, то есть с естественнонаучных позиций, и обосновал положение, согласно которому человек появился в результате эволюции животного царства. Теория Дарвина обоснована с помощью сравнительно-эволюционного метода, ссылаясь на то, что тело человека имеет общий с телом млекопитающих план строения, человек и млекопитающие болеют одинаковыми инфекционными болезнями, имеют общих паразитов, у них идентичный химический состав крови и других тканей, а наиболее близкие к человеку человекообразные обезьяны обладают теми же группами крови и резус-фактором, что и человек.

Фридрих Энгельс (1820-1895) в работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека» обсуждал проблему происхождения человечества как социума. Дарвин же рассматривал проблему происхождения человека не в социальном аспекте, а сугубо с точки зрения биолога. Академик Валерий Павлович Алексеев (1930-1991), выделяя семейство гоминид с входящим в него видом Человек Разумный, утверждал, что для определения границы между животным и человеком, нужно исходить не из факта изготовления орудий, не из возникновения в морфологии человека предпосылок трудовой деятельности, не из его социальной природы, а из собственно морфологических различий между человеком и ближайшими к нему предковыми формами, ибо семейство гоминид биологическая, а не социальная общность. Человек подчиняется тем же законам последовательности и изменчивости, что и животные. Современная наука подтверждает положение Дарвина о переходе к прямохождению, как части эволюционного процесса. Прямохождение предшествовало развитию кисти и головного мозга, свободное владение руками, как утверждал Дарвин, не что иное, как следствие прямохождения.

В последние 20 лет в изучении проблем антропогенеза произошла революция. Ее причинами были: обширные раскопки, особенно в Экваториальной Африке, приведшие к открытию множества костей древних обезьян и людей; новые методы определения возраста горных пород, основанные на анализе радиоактивных изотопов - в результате стало ясно, что гоминиды древнее на миллионы лет, чем предполагали учёные в XIX в.; близость человека и обезьян оценена методами молекулярной генетики. Количественная оценка сходства генов и белков позволила по-новому оценить родство: доля одинаковых генов у человека и человекообразных обезьян достигает 91%.

В теории становления человека существуют два течения. Классическое – моноцентризм – говорит об одной прародине человечества на африканском континенте. По мнению московского археолога Гарольда Николаевича Матюшина формирование линии гоминид происходило в условиях повышенного радиационного фона в зоне Африканского рифта. Эта мутагенная обстановка резко усугублялась в периоды геомагнитных инверсий, когда магнитные полюса Земли менялись местами, а защита от космического излучения оказывалась сильно ослабленной. Именно с периодами инверсий сопоставляются эпизоды формирования новых видов рода Homo. Полицентризм, ярким сторонником и апологетом которого является известный археолог из Якутска Юрий Алексеевич Мочанов, утверждает, что существовали несколько независимых зон антропогенеза, одна из которых могла располагаться не просто в Азии, но даже в зоне с крайне суровыми климатическими условиями (что, по мнению Мочанова, было фактором стимулирующим развитие гоминид).

Ископаемые останки древних обезьян и первых людей чрезвычайно редкая находка. Вероятность их сохранения была высока только в областях интенсивного вулканизма, где останки быстро погребались под пеплом или грязевыми потоками. Именно в таких условиях было найдено большинство свидетельств эволюции человека. Самые древние узконосые обезьяны близкие к примитивным приматам типа лемура найдены в восточном Алжире (около 40 млн. л.н.). Несколько позже на территории Египта и Аравийского п-ова существовали многочисленные узконосые обезьяны – египтопитеки (египетские обезьяны). Они широко распространились по тропикам Евразии и Нового Света, вероятно, переплыв на унесённых бурями деревьях еще узкий тогда Атлантический океан. Ещё в XIX в. был описан дриопитек (древесная обезьяна). Близкие виды из Африки и Индии – рамапитек и шивапитек (обезьяны Рамы и Шивы). Наиболее вероятный наш пращур – африканский дриопитек (кениапитек), живший на территории Кении около 14 млн. л.н. Дриопитековые вымерли около 9 млн. л.н., дав начало современным человекообразным обезьянам и человеку. Размером они были со среднюю обезьяну и являлись отличными верхолазами. Около 12 млн. л.н., когда на Земле обитали эти приматы, климат начал постепенно охлаждаться. Площадь лесов сокращалась, на их месте возникали степи. Именно в это время предкам человека пришлось спуститься с деревьев на землю и начать ходить на двух ногах. Уже тогда у дриопитековых высокое развитие центральной нервной системы, хорошее цветное бинокулярное зрение и передние и задние хватательные конечности. Это наследие древесной жизни пригодилось, когда предки человека вышли на новый уровень – австралопитеков (южная обезьяна).

Австралопитеки жили на территории южной и центральной Африки до 3 млн. л.н. Они были уже прямоходящие, невелики по размеру (рост не более 130-150 см, вес до 50 кг), вели стадный образ жизни. Именно некоторые виды австралопитеков первые занялись примитивной орудийной деятельностью, используя расколотые гальки и кости с острыми краями, а так же палки. Известны находки австралопитековых на территории Кении, Эфиопии, Танзании, Намибии и др. Наиболее известен неполный скелет самки из местонахождения Хадар, найденный Д. Йохансоном и получивший условное имя «Люси»

Основные находки выдающихся антропологов Рудольфа Лики и Луиса Лики (отца и сына) и Мари Лики связаны с Олдувайским ущельем в Кении. Это кости австралопитеков и их потомка, наиболее древнего представителя рода Homo – человека умелого. Большинство австралопитековых представляли собой побочные ветви эволюции. Поэтому эволюционный путь к человеку от примитивных приматов выглядит не прямой линией, как это представляли себе недавно, а кустистым древом с огромным множеством тупиковых, обреченных на вымирание форм.

Именно человек умелый (Homo habilis) создал древнейшую орудийную культуру – олдувайскую. Ее основой была оббитая заостренная галька – чоппер. Объем головного мозга хабилисов достигал 650 см2. Хабилисы вытеснили с эволюционной сцены более примитивных австралопитеков, причем не гнушаясь и поеданием своих биологических родственников (разбитые черепа австралопитеков найдены на стоянках хабилисов). С возникновением гоминид начинается процесс социогенеза. Первой его фазой было первобытное стадо или первобытная орда.

Следующей стадией эволюции гоминид стал человек выпрямленный (Homo erectus), (1 млн. л.н. - 150.000 л.н.), иногда фигурирующий в популярной литературе под старыми синонимами «питекантроп», «синантроп», «гейдельбергский человек». Гомо эректус сумел достичь многого: он научился пользоваться огнем, создал ашельскую культуру (культуру ручных рубил). Объем мозга эректусов достигал 900 см2, рост – 170 см. Несмотря на наступивший ледниковый период, он расселился на огромной территории, впервые покинув Африканский континент и постепенно покорив весь Старый Свет. Следы человека выпрямленного найдены на Яве (где в 1891 г. доктор Эжен Дюбуа сделал первую находку его костей), в Китае, в Германии и Франции, на Карпатах, Кавказе и Русской равнине, и даже на Британских островах. Ашельские ручные рубила обнаружены археологами С.Н. Алексеевым и Б.В. Грудинкиным и др. в Курской, Тульской и Калужской областях, близкое по времени местонахождение Неготино (Брянская область) обследовалось М.В. Воеводским, Л.М. Тарасовым, В.В.Миненко и А.А. Чубуром. Ашельский компонент присутствует и в материалах местонахождения Хотылево 1 под Брянском, открытого и исследованного Ф.М. Заверняевым.

Около 150000 лет назад происходит революционное событие в антропогенезе. На территории Африки формируется новый вид гоминид - Человек разумный (Homo sapiens). Его объем черепа уже 1000-1600 см2. При этом выделяются две его расы – более архаичная неандертальская (по месту первой находки в долине Неандерталь близ Дюссельдорфа), первой распространившаяся по просторам Евразии, и прогрессивная – кроманьонская (по пещере Кро-Маньон во Франции), покинувшая Африку почти на 100000 лет позже. Неандертальцы создали так называемую мустьерскую культуру, где основой для изготовления всех орудий служил отщеп. Кроманьонцы были более умелы и способны, более «цивилизованны», основной каменной заготовкой в их культурах была уже длинная и хорошо ограненная ножевидная пластинка. Еще недавно кроманьонцев и неандертальцев считали сначала ступенями единой эволюционной лестницы, затем основной и тупиковой ветвями эволюционного древа. Теперь многие склоняются к гипотезе о том, что пришедшие в Евразию позже кроманьонцы поглотили, ассимилировали неандертальское население. Процессы слияния двух рас завершились, по данным палеоантропологии, между 40000 и 25000 лет назад. Все мы, таким образом, можем считать себя потомками этих двух древних рас, несем в себе и кроманьонские и неандертальские гены. В период становления человека разумного формируется новая общность людей – род (первоначально замкнутая праобщина, а затем и полноценная родовая община).

Первобытные люди современного типа обитали на территории Брянской области в течение всего верхнего и значительной части нижнего палеолита (древнекаменного века). Типичные стоянки неандертальцев сосредоточены в верхнем течении Десны – это группа древних поселений в Бетово и ряд памятников в Хотылево. Археологами установлена связь их с древнейшими культурами неандертальцев на территории Украинского Полесья, бассейна Дона и даже Молдавии и Германии. В верхнем палеолите можно выделить несколько этапов заселения Подесенья. Ранний этап изучен пока слабо (древнее 30000 лет, памятники этого времени открыты лишь в 2001 г. в с. Хотылево К.Н. Гавриловым и А.А. Чубуром). Средний связан с появлением пришлого высокоразвитого населения из центральной Европы, пришедшего вслед за стадами мамонта (стоянка Хотылево 2, а несколько позднее – Пушкари и Елисеевичи). Наконец, поздний этап ознаменован развитием культуры «охотников на мамонта» и формированием нескольких культурно-этнических общностей (родов, племен?), условно названных Среднерусской (стоянки Юдиново, Тимоновка, Карачиж и др.) и Среднеднепровской (стоянки Супонево и др.). «Охотники на мамонта» не случайно взяты в кавычки – кости сотен особей мамонта, находимые при раскопках на стоянках палеолитического времени, большей частью не результат охоты, а плоды собирательской деятельности наших предков. Мамонтовая кость шла не только на изготовление изделий, но и на сооружение жилищ и отопление очагов (сухая жирная кость хорошо горит).

При обсуждении проблем антропогенеза часто встает вопрос о «снежном человеке». Легче всего, конечно, подчистую отрицать существование проблемы. Однако как тогда быть с целой серией свидетельств, слепков следов? Одним из убедительных доказательств существования бигфута является киносъемка, проведенная биологом Паттерсоном на территории США и запечатлевшая бегущую самку реликтового гоминида. На Алтае обнаружены мумифицированные останки, принадлежащие высокоразвитому примату. Некоторые исследователи, в числе которых ксенобиолог Майя Быкова, полагают, что пресловутый снежный человек (йети, бигфут, реликтовый гоминид) – не кто иной, как представитель островных микропопуляций деградировавших, утративших орудийную деятельность неандертальцев, либо иной тупиковой ветви эволюционного древа гоминид.

Родовое устройство общества сохранялось на территории Русской равнины и после древнекаменного века – в неолите (новый каменный век), бронзовом и раннем железном веках. Лишь около 2000 лет назад активизировался процесс разложения родового строя.

Дискуссия о происхождении человека позволяет определить его место в природе и его отношение к ней. Если человек занимает исключительное, центральное положение в мироздании, являясь венцом Природы, то тогда всё на Земле должно служить ему, а если человек - неотъемлемая часть Природы, звено единой жизненной цепи, тогда он не вправе бездумно подчинять Природу, ибо такая деятельность нарушает равновесие, создавшееся в процессе эволюции и естественного отбора, что может привести (и приводит) к тяжёлым и даже непоправимым последствиям для всего живущего на Земле и, в первую очередь, для самого человека.

Важен для мировоззрения и вопрос о цели эволюции. Человеку, с его безмерным самомнением, трудно допустить, что он лишь один из видов приматов, выживший и получивший возможность доминировать в результате естественного отбора. Ему хочется быть результатом Божественного творения, хотя, как писал в сатирическом стихотворении в защиту дарвинизма А.К. Толстой - «…по мне шматина глины не знатней орангутанга». Для сторонников «великой миссии» предлагается вариант, при котором возникновение человека обусловлено, и биологическая эволюция имеет конечную цель. Только 2% молекулы ДНК, определяющей наследование свойств, связаны с признаками, то есть определяют фенотип живого существа, а остальные 98% ни с чем испытывающим воздействие среды, окружающей живое существо, не связаны. При этом они передаются из поколения в поколение. Тогда вопрос состоит в том, зачем удерживается во времени наибольшая из двух часть наследуемой информации. Приспособление к окружающей среде происходит за счет признаков фенотипа. Этим охраняется информация, записанная в ДНК-кодах, не связанных с признаками. Длина молекулы ДНК – несколько сот тысяч нуклеотидов, которых насчитывается двадцать типов. Можно рассмотреть их последовательность в качестве текста. Адресат, обладающий мозгом-дешифратором, сформирован самим посланием в процессе биологической эволюции. В таком случае панспермия оказывается целенаправленной и заведомо содержит не просто возможность развития жизни, но и предпосылки создания мозга, способного к прочтению послания. Действия, которые можно предпринять для проверки этой идеи, сводятся к выделению общей части в последовательностях ДНК и рассмотрению ее как текста, подлежащего дешифровке. Что может содержаться в тексте? Попробуйте пофантазировать…

Человек является высшим, но не обязательно последним звеном эволюции жизни на Земле. По мнению ряда ученых человек, как биологический вид, вследствие углубляющихся противоречий между состоянием окружающей среды с возможностями и потребностями человека, находится в кризисе, который может завершиться постепенным его вырождением. В этих условиях, по мнению этих ученых, началось формирование нового биологического вида, который, в конечном счете, вытеснит человека и займет его место на планете. Важнейшим его свойством может стать отказ от речи и переход к телепатическому общению. При этом все особи вида будут использовать единое информационное поле, что позволит создать интеллектуально единое общество и избавиться от использования подавляющего числа технических средств, компенсирующих наше несовершенство. Другие исследователи полагают, что биологическая эволюция человека полностью прекратилась, сменившись эволюцией социальной. Но, так или иначе, эволюция всегда шла таким образом, что в ее процессе возникали все более сложные системы. Наиболее сложной из них является мозг человека. Именно мозг генерирует все рациональные схемы, к которым человек приспосабливает себя, свою деятельность и окружающий его мир.

 

 

Лекция 17. Человек: мозг, сознание, нераскрытые возможности. Искусственный интеллект.

Но ведь где-то есть он, в конце концов,

Единственный, необъяснимый, тот –

Тот гениальный порядок звучащих нот,

Гениальный порядок обычных слов!

Р. Рождественский

 

Одним из самых загадочных объектов исследования естествознания являемся мы сами – люди. Наиболее же удивительным органом является наш мозг – центр управления нашим организмом, состоящий из 1011 нейронов, связанных между собой десятками тысяч нитей-аксонов. Информационный объем человеческого мозга, по мнению фон Неймана, превышает 1016 гигабайт. Это на несколько порядков выше объема винчестера самых мощных современных компьютеров, несмотря на малый объем черепной коробки.

Одна из основных функций человеческого мозга – высшая нервная деятельность. Высшая нервная деятельность включает в себя сознание, подсознание и интуицию. Изучением высшей нервной деятельности человека занимается психология. Сознание – высшая, свойственная только человеку, функция головного мозга. Функции сознания – отражение объективных свойств внешнего мира, предварительное мысленное построение действий и предвидение их результатов, регулирование и саморегулирование взаимоотношений с обществом и природой. Сознание глубоко индивидуально. И при этом Со-знание, исходя из смысла слова, есть совместное, общее знание, которое может быть передано другим. Подсознание – это психические процессы, возникшие в результате влияния сложных поведенческих программ и доведенные до автоматизма, став навыками. Интуиция или сверхсознание – не контролируемый волей и сознанием первоначальный этап творчества, прорыв микрокосмоса (нашего сознания) на уровень космоса. Как образно писал в своих стихах физик И. Блюменфельд «Ясно, что Вселенная – конечная, раз она легко влезает в голову»

Психические процессы способны управлять процессами соматическими. Иначе говоря, человек способен сознательно влиять на состояние своего тела, своего организма. Такого рода саморегуляция широко используется в аутогенной тренировке, в хатха-йоге, в дзэн-буддизме. Границы возможностей «властвования собой» пока совершенно неясны. Так, йоги способны находиться под водой по несколько часов, затормаживая дыхание и сердцбиение, проходить за одну ночь по 100 км без внешних признаков усталости, месяцами не принимать пищу. Один из фактов влияния самовнушения на организм – возникновение стигматов у глубоко верующих христиан – кровоточащих ран на месте гвоздей, вбитых в тело Христа при распятии. Не менее известны примеры внушения в состоянии гипноза. Холодный карандаш способен вызвать ожог с омертвением тканей, если внушить загипнотизированному человеку, что это не карандаш, а раскаленный добела металлический пруток.

В последнее время играет все возрастающую роль такой фактор современной жизни, как «виртуальная реальность» или «киберпространство». Фактически длительное воздействие виртуальной реальности на психику сходно с воздействием наркотиков, галлюциногенов. Многочасовое сидение детей за компьютерными играми может оказаться не столь уж безобидным занятием. Сможет ли мозг людей приспособиться к новому миру образов, созданному математическими процессами внутри компьютерных чипов? Не вызовет ли киберпространство постепенного привыкания и последующего отторжения действительности? А может быть это, напротив, шаг к новым возможностям? На эти вопросы смогут дать ответ лишь новые исследования.

Интересно различие мужской и женской психологии, вытекающее из их различных биологических ролей. Женщины отвечают в первую очередь за воспроизводство и воспитание потомства. Они более эмоциональны, интуитивны, иррациональны, их задача поддерживать семейный очаг, передавать информацию. Мужчины информацию создают, они более логичны и нацелены на преобразование среды, на поиск, на применение силы. Между тем, как среди мужчин, так и среди женщин немало ярких творческих личностей.

Академик Наталья Петровна Бехтерева – один из ведущих специалистов мира по исследованиям мозга. Она продолжает работу, начатую ее дедом – академиком Владимиром Михайловичем Бехтеревым (1857-1927). Коллективу талантливых ученых под ее руководством удалось достичь эпохальных результатов. Выяснилось, что с помощью физического и химического воздействия на мозг можно искусственно вызывать определенные эмоции (страха, тревоги, наслаждения и пр.), галлюцинации, навязчивые идеи. Можно и лечить таким путем психические заболевания. Ни один поведенческий акт невозможен без возникновения отрицательных потенциалов на клеточном уровне, которые сопровождаются электрохимическими изменениями и деполяризацией клеточной мембраны. Маркирование мозга (браинметрика) - то есть обозначения того, какая область мозга за что отвечает - возникла ещё в прошлом столетии. Однако, как выяснилось, этот метод не даёт однозначной информации о мозге: если проводить подобные опыты день ото дня, то окажется, что есть много участков мозга, которые сегодня ведут себя одним образом, назавтра могут отключиться, послезавтра могут снова включится. Удалось доказать, что система обеспечения мозговой деятельности состоит из так называемых жёстких и гибких звеньев. Жёсткие звенья себя ведут одинаково, вне зависимости от условий, а гибкие – по-разному в разных условиях. Последние – это резерв, из которого мозг может черпать тогда, когда приходится решать задачу при неблагоприятных условиях, таких как шум водопада, или тишь кабинета (отсутствие внешних раздражителей – такой же стресс для нас, как и мощные внешние раздражители). Мозг может работать целиком в очень плохих, предельных условиях. В нормальных условиях мозг работает с помощью жёстких звеньев и небольшого количества гибких звеньев. Гибкие звенья так же дают мозгу возможности восстановить свои функции при повреждениях. Кроме прямой регистрации активности звеньев мозга, в мозгу были открыты структуры «детектора ошибок», которые уберегают нас от ошибок, например, когда мы уходим из квартиры, они не дают вам оставить в ней возможность для потопа или пожара. Есть люди, обладающие феноменальными способностями к счёту и запоминанию. По мнению Н.П. Бехтеревой быстрый счет получается потому, что их мозг начинает работать в другом режиме времени. Режим, по которому мы живём – это адаптивный режим времени, наиболее удобный на нашей планете. А мозг способен работать в разных режимах, что доказывается экстремальными ситуациями, когда человек в деталях видит процесс разрыва снаряда, словно на очень замедленной киносъемке, или за секунды буквально продумывает всю жизнь.

Профессор Р. Сперри (США) в 1950-х гг. установил, что мозг функционально ассиметричен. Левое полушарие – аналитическое, рациональное. Правое – синтетическое, интуитивное, эмоциональное. У одних людей доминирует правое полушарие (у них более развито художественное мышление, эмоциональная сфера, часто это левши), у других – левое (это более рациональные люди, четко подчиненные логике). Не случайно академик Иван Петрович Павлов (1849-1936) делил людей на два типа: «художников» и «мыслителей». Исследователи Н.Н. Брагина и Т.А. Доброхотова выяснили, что в определенных ситуациях (в связи с нарушением или изменением некоторых функций мозга, причем, гораздо чаще – именно у левшей) возникают измененные состояния сознания. Иногда это может проявляться в кожно-оптическом чувстве (чтение и видение кожей), расширении зрительного пространства (видение за пределами досягаемого зрением пространства), предвосхищение (восприятие событий будущего, как правило на подсознательном уровне). Детальней этими явлениями занимается парапсихология.

Основной задачей парапсихологии было исследование интуиции. Кроме того парапсихология, еще недавно считавшаяся в нашей стране «лженаукой» (как когда-то генетика и кибернетика), занимается изучением так называемых экстрасенсорных способностей: экстрасенсорной перцепции (внечувственного восприятия) и психокинеза (воздействия на ход физических процессов и предметы без прямого контакта и применения технических средств). Основателем отечественной парапсихологической школы стал член-корреспондент АМН СССР, профессор Леонид Леонидович Васильев (1892-1966), ученик академика Бехтерева. Среди особо известных людей-экстрасенсов Ури Геллер, Роза Кулешова, Вольф Мессинг, Владимир Сафонов, Виктор Балашов. К сожалению, пытаясь заработать на малоизученных явлениях, множатся шарлатаны, превращающие парапсихологию в массовые шоу в духе кинофильма «Праздник Святого Йоргена»: «Яви чудо!» Главная их вина перед наукой и людьми – компрометация новой зарождающейся области естествознания. Между тем, многие данные парапсихологии из разряда мифов уже переходят в разряд знаний, подтвержденных экспериментально, но не нашедших пока объяснения в рамках господствующей парадигмы, например – наличие биополя. Биополе или аура – система физических полей, генерируемых организмом. При их определенном сочетании, по мнению некоторых специалистов, могут возникать качественно новые явления, порождающие парапсихологические феномены.

Непосредственно с парапсихологией связаны биоэнергоинформатика и ее отрасль - биолокация. Биолокационный эффект – это эффект перемещения маятника или индикаторных рамок в руках у оператора (даузера) в результате его тонких идеомоторных подсознательных движений. Оператор в этом случае сам играет роль тончайшего и точнейшего приемника данных. Руководит российскими исследованиями в этой области кандидат технических наук, зав. лабораторией инженерной биолокации Александр Иванович Плужников, продолжая и развивая работы геолога Николая Николаевича Сочеванова. Хотя биолокация (продолжение древнего лозоходства, позволявшего находить источники воды и пр.) еще не признана представителями академической науки, она уже позволяет выявлять новые месторождения полезных ископаемых, улучшать условия труда, выявляя геопатогенные зоны, вредные для здоровья. Находит биолокация и другие практические применения в технике, гидрогеологии, спасательных службах. В целом ее годовой экономический эффект по данным на 1990 г. составлял около 2 млн. руб. Каков механизм этого явления? Одни связывают его с гипотетическим информационным полем, другие – с высокой чувствительностью человеческого организма, не контролируемой сознанием.

Возможно ли продолжение жизни после смерти тела? Наука не может в настоящее время дать исчерпывающий ответ. Феномены, наблюдавшиеся людьми, пережившими клиническую смерть могут иметь как парапсихологическое (отделение астрального энергетического тела или души от физического, вещественного тела), так и чисто физиологическое объяснение (постепенное и неравномерное угасание функций коры головного мозга и галлюцианции на этом фоне). Вера же в бессмертие души, присутствующая во всех религиозных и многих мистических учениях, явление находящееся вне сферы компетенции науки. При этом религиозные чувства – одно из множеств проявлений психики человека, его мышления.

Отличительное свойство мышления заключено, наверное, в способности достигать определенной цели, то есть находить нужный вариант среди других, в принципе допустимых, но не приводящих к требуемому результату. Допустимые варианты - это комбинации элементов: действий в практических вопросах, умозаключений в доказательствах, красок и звуков в искусстве. Может быть, чтобы получить искомое сочетание, надо просто перебрать варианты один за другим, отбрасывая негодные? Бесплодность такого подхода доказывает комбинаторный взрыв: если элементы могут свободно группироваться друг с другом, то общий набор сочетаний растет с увеличением числа элементов крайне быстро. При алфавите всего из 10 символов можно составить 10100 текстов по 100 букв в каждом! Фантастическому сверхбыстрому компьютеру, просматривающему миллиард миллиардов таких текстов в секунду, для полного их обозрения понадобится около 1074 лет. А после Большого взрыва прошло лишь 1010. Выходит, что испытать все варианты не под силу никому.

И все же как-то возникают уникальные тексты из сотен и тысяч знаков. В музыке Моцарта или Бетховена нельзя тронуть ни одной ноты. Уникальны стихи А.С. Пушкина, Ф.И. Тютчева и даже менее известных нам поэтов. Вот гениальное четверостишие современного поэта Дмитрия Шинкаря:

Косой линейкою отмерен,

Щекой к волнам прижался берег.

Волна к волне его ревнует:

Сначала бьет, потом целует.

Не отнять, ни добавить! Кстати, имеется мнение, что хорошие стихи (не путать с обычным рифмоплетством по принципу ботинки-полуботинки) имеют очень высокую информационную плотность. В поиске таких новых и незаменимых комбинаций и состоит, как правило, суть творчества. Значит, должны существовать способы отыскания «иголки» без полного перебора «стога сена» возможного. Но как?

В современном компьютере заложен язык команд, состоящий из простейших логических операций. Его примитивность есть плата за универсальность: ведь компьютер используют в самых различных целях, а строителям хорошо известно: из маленьких кирпичиков, в отличие от больших блоков, легче строить сооружения самой причудливой формы. Мы же всегда используем не один язык, а целый их набор. С помощью этого набора пытаемся решить проблему в общем, то есть свести ее к ряду подпроблем, т.е. - к еще более мелким, и так до тех пор, пока каждая из них не будет настолько проста, что сможет быть выражена на языке реализации. Фактически мы одну сложную задачу последовательно разбиваем на все большее число все более легких. Таким образом, в иерархии языков заключено противоядие против комбинаторного взрыва. В этом суть концепции Л.И. Верховского. Понятно, что успех многоступенчатой процедуры будет зависеть от того, насколько полон имеющийся набор необходимых фактов. Но завершенность возможна только в хорошо изученной области. Наиболее характерна именно нехватка знаний, требующая усилий для расширения и реорганизации языковых средств. В этом случае человек использует свое преимущество перед компьютером в разноплановости своих представлений о мире. Для компьютера крупноблочный язык неприемлем, ему надо разложить каждый «блок» на «набор кирпичей-команд». Окончательный результат, например, обоснование какого-то утверждения, должен быть приведен к чему-то хорошо понятному, например, аксиомам в формальной теории. Значит, задача в том, чтобы спуститься до этого уровня, а затем пройти путь обратно вверх, осуществляя логический вывод методом дедукции. Этот процесс неплохо описан в рассказах о Шерлоке Холмсе сэром Артуром Конан-Дойлем.

И все же: можно ли создать машину, которая мыслила бы как человек – то есть обладающую искусственным интеллектом? Компьютер уже моделирует такие процессы, как обучение, абстрагирование, обобщение. Программа Ван Хао (США) не только сумела самостоятельно доказать 200 существующих теорем по математической логике, но и сформулировала и доказала еще 10 новых теорем – а это уже моделирование творческих процессов. Наконец, машины уже самостоятельно пишут стихи и музыку, а суперкомпьютер выигрывал в шахматы у чемпиона мира Гарри Каспарова. По мнению большинства ученых, теоретически можно моделировать любые функции мозга. Вопрос в том осуществимо ли это практически (это, видимо, вопрос времени) и нужно ли вообще такое моделирование, не берем ли мы на себя несвойственные нам функции создания разума (а это уже вопрос научной этики, как и, к примеру, клонирование человека).

 

Лекция 18. Экология. Учение о ноосфере.

Мы пойдем мимо – и дальше!

Уолт Уитмен

 

Великий мыслитель И. Гете, писал: «Всегда существуют два вопроса: зачем и как. Наука занимается только вторым». Ограниченность и противоречивость классического рационализма отмечали ученые, философы и писатели. В России во второй половине XIX века возникло философское течение, называемое теперь русским космизмом. Оно было представлено целым рядом блестящих философских умов (Иван Киреевский, Владимир Соловьев, Николай Федоров, Павел Флоренский, Николай Лосский, Лев Толстой, Федор Достоевский и др.). Близок к русскому космизму и пантеизм поэта, философа и дипломата Федора Тютчева. Идеи русского космизма оказались близкими для многих естествоиспытателей и ученых (Константин Циолковский, Дмитрий Менделеев, Иван Сеченов и др.). Его основные черты таковы:

-  Человек составная часть Природы;

-  Человека и Природу следует не противопоставлять друг другу, а рассматривать их в единстве;

-  Человек и все, что его окружает, частицы единого (в этом контексте не так уж важно, что у одних это единое – Бог, у других – Вселенная, у третьих - Природа).

Именно в рамках космизма зародилось понимание неизбежности противоречий между Разумом, Природой, Человеком и окружающей средой и ответственности Разума за отыскание путей разрешения этих противоречий и того, что их игнорирование может привести человечество к катастрофе. В конце XX в. такое эмоциональное восприятие техногенной цивилизации и урбанизации, надвигающийся моральный кризис, предсказанные космистами, превратились в реальность. Она диктует нам необходимость создания высокой морали международных отношений, доброго отношения к себе и Природе. Русские космисты полагали, что мысль, сознание – такая же принадлежность Природы, как звезды, океаны или микробы. Поэтому во второй половине XIX в. в русской науке получило распространение системное мышление: многие ученые стремились к построению обобщающих, синтетических конструкций. Но эмпирического материала было недостаточно, чтобы воспроизвести единую цельную картину мира. Эту гигантскую работу проделал в начале ХХ столетия Владимир Иванович Вернадский (1863-1945), создав учение о биосфере и ноосфере. На формирование его мышления большое влияние оказали работы Василия Васильевича Докучаева (1846-1903) о почве как о естественноисторическом теле и объединении процессов, связывающих в одно целое горные породы, циркулирующие в них воды, произрастающие на них растения и гумусированные их остатки (перегной), населенные микроорганизмами.

К проблемам изучения роли живого вещества в эволюции земной оболочки и биосферы Вернадский пришел через геохимию и изучение эволюции земной коры. Он понял, что все ландшафты, химизм океана и атмосферы – это порождение жизни. Для совокупности всех существующих организмов он ввел термин «живое вещество». Термин биосфера ввел австрийский палеонтолог Эдуард Зюсс (1831-1914), но заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит Вернадскому. Биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов. Она охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), часть литосферы, особенно кору выветривания, и всю гидросферу. Нижняя граница опускается на 1-3 км под поверхность суши или под дно океана. Вернадский рассматривая биосферу как область жизни, включающую и организмы, и среду их обитания, выделил семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ:

-  живое вещество,

-  биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и др., т.е. вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами),

-  косное вещество (образуется в процессах, в которых живые организмы не участвуют),

-  биокосное вещество (создается одновременно живыми организмами и в ходе процессов неорганической природы, например почва),

-  радиоактивное вещество,

-  рассеянные атомы

-  вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Основа концепции биосферы – представление о живом веществе. Более 90 % всего живого вещества приходится на наземную растительность (98 % биомассы суши). Живое вещество – наиболее мощный геохимический и энергетический фактором, ведущая сила планетарного развития. Основной источник биохимической активности организмов – это солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества. Оно, в свою очередь, обеспечивает пищей и энергией остальные организмы. Фотосинтез привел к накоплению в атмосфере свободного кислорода, образованию озонового слоя, защищающего от ультрафиолетового и жесткого космического излучения, он поддерживает современный газовый состав атмосферы. Жизнь на Земле всегда существовала в форме сложно организованных комплексов разнообразных организмов (биоценозов). Вместе с тем живые организмы и среда их обитания образуют целостные системы - биогеоценозы. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов через живое вещество. Так, весь атмосферный кислород оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ за 300 лет. Большим разнообразием органических и вообще химических соединений характеризуется состав самих организмов. Благодаря живому веществу на планете образовались почвы и органическое минеральное топливо (торф, уголь, возможно – нефть).

В процессе эволюции жизни многократно одни группы организмов сменялись другими, но при этом всегда поддерживалось относительно постоянное соотношение форм, выполняющих определенные геохимические функции. Совокупная деятельность живого вещества Земли непрерывно поддерживала режим неорганической среды, необходимой для существования жизни, т.е. гомеостаз (способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять постоянство состава и свойств) в организованной биосфере. Кибернетики называют это принципом обратной связи. Поэтому, биосферу это еще и сложная динамическая система, осуществляющая улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живым веществом и окружающей средой. Вернадский утверждает, что время существования планеты совпадает со временем существования на ней жизни, полагая жизнь космическим явлением. Вся геологическая история Земли протекала при участии и под воздействием биогенных факторов. Однако если для стабильности системы достаточно отрицательной обратной связи, то для ее эволюции необходима положительная обратная связь, когда воздействия на систему накапливаются и способствуют обновлению ее структуры.

Современники Дарвина, геологи Джеймс Дана (1813-1895) и Ле Конт (1823-1901) сделали в 1859 г. эмпирическое обобщение, показывающее, что эволюция идет направленно. В течение всего эволюционного процесса, начиная с кембрия идет увеличение сложности и совершенства строения центральной нервной системы, т.е. мозга. Это явление было названо кефализацией (от лат. кефалос – голова). В итоге человек и человечество выделяются из биосферы и приобретают характер самостоятельного феномена. Масса биологического вида Homo Sapiens в целом ничтожно мала не только по сравнению с массой всей биосферы, но и по сравнению с массой остальных живых существ. Однако человек стал мощным природопреобразующим фактором и начал теоретически (второй уровень отражения) осознавать свою роль в окружающем космосе.

Об экологических проблемах стали все больше говорить в 1970-х гг., когда даже земляне почувствовали опасность природопреобразующего влияния цивилизации. Химическое и тепловое загрязнение окружающей среды, истощение ресурсов, накопление радиоактивных и химических отходов начинали менять окружающую среду, постепенно делая ее непригодной для жизни человека. Суть этих проблем заключается в глобальном противоречии: человек, обладая огромными возможностями влияния на сферу своего существования, вошел в противоречие с самим собой как частью природы. С одной стороны желание активно воздействовать на природу, а с другой - такие возможности гибельны для живой природы.

В России одной из наиболее пострадавших от техногенных катастроф является Брянская область, более трети территории которой заражено радионуклидами в результате Чернобыльской ядерной катастрофы в апреле 1986 года. Неразумный эксперимент с системами защиты и водоснабжения ядерного реактора РБМК-1000 т.е. «человеческий фактор» привел к гибели и тяжелым (в том числе наследственным) болезням десятки тысяч людей, создал сотни тысяч вынужденных переселенцев, эвакуированных из зараженной зоны. Последствия катастрофы будут сказываться еще на протяжении многих поколений и они не вполне предсказуемы. Финансовый урон в результате взрыва чернобыльского реактора предварительно оценивают цифрами свыше 60 млрд. долларов (вся лунная программа «Аполлон» обошлась США в 25 млрд. долларов). Итог – экономический крах СССР и глобальные изменения мирового социума. Так крупная экологическая катастрофа повлияла не только на судьбы отдельных регионов, но и (в комплексе с другими факторами) на ход мировой истории.

Термин экология (дословно – наука о единстве, о среде обитания) был введен немецким биологом Эрнстом Геккелем (1834-1919), эта отрасль знаний занимается проблемами взаимодействия природной среды и общества и является своеобразным мостом между естественными и общественными дисциплинами. Яснее представить себе задачи экологии можно, ознакомившись с учением об экосистемах – открытых живых системах, обменивающихся с окружающей природной средой веществом, энергией, информацией. Наименьшей единицей экологии является совокупность существ одного биологического вида – популяция. Любая популяция – элемент экосистемы. Все организмы экосистемы, как автотрофные (преобразующие неорганические вещества в сложные органические), так и гетеротрофные (разлагающие органические вещества на простые неорганические), образуют меж собой трофические (пищевые) связи, замыкающиеся в единый круговорот. Продуценты (автотрофы) консументы 1 порядка (фаготрофы, поедающие растения) консументы 2 порядка (фаготрофы, поедающие животных) сапротрофы (питаются мертвыми тканями). Продуцируемые сапротрофами простые органические вещества усваиваются и перерабатываются автотрофами. Цепочка замыкается. Совокупность всех экосистем образует экосферу. Экологические системы отличаются и по энергетической характеристике, на этой основе экологами выделены четыре фундаментальных типа экосистем:

1.  Системы полностью зависимые от солнечного излучения (например океан);

2.  Системы, движимые Солнцем, но получающие дополнительную энергию из других природных источников (тропические леса, материковый шельф и др.);

3.  Природные системы, движимые Солнцем и получающие энергию от ископаемого топлива (сельское хозяйство, примитивная промышленность);

4.  Индустриально-городские системы современности, использующие главным образом энергию ископаемого топлива и ядерную энергию радиоактивных веществ.

Последний тип экосистем крайне нестабилен и недолговечен. Именно он породил основную массу современных экологических проблем, ставящих человечество на грань самоуничтожения, ограничивающих возможности его роста и могущества (согласно одному из докладов международного объединения ученых и общественных деятелей «Римский клуб», если будет продолжаться бесконтрольный рост потребления, производства и населения Земли, то в определенный момент настанет катастрофа). Ситуация, однако, не столь трагична, человек, как разумное существо, способен найти выход из экологического тупика, в который он сам себя загнал бесконтрольным развитием техногенной цивилизации.

В качестве примера экологических проблем и возможных путей их решения рассмотрим как раз проблемы энергетики. Современная энергетика пока базируется на углеводородном топливе. С учетом постоянного, но все уменьшающего пополнения запасов, органического топлива хватит на 80–140 лет (впрочем, еще быстрее должен закончиться кислород в атмосфере, необходимый для их горения). Интенсивная эксплуатация лесных массивов уменьшает и возобновляемые резервы топлива. Расширение сети гидроэлектростанций возможно лишь до определенного предела, и этот экологический предел для больших рек России уже превзойден. Несмотря на Чернобыльскую катастрофу, продолжают строиться и применяться атомные электростанции (АЭС). Проблемы надежности их работы связаны с решением вопросов защиты атомных реакторов от опасных воздействий, захоронения радиоактивных отходов и максимального учета человеческого фактора. Хранилища атомных отходов на деле – источники ценнейших элементов, которые являются продуктами деления ядер урана и плутония. Радиохимия уже решает задачу их выделения и очистки. И все же современные АЭС несовершенны, хотя и дают уже около 12% всей энергии. Развитие энергетики на основе действующего поколения АЭС определяется ресурсами урана-235, сравнимыми, увы, с запасами нефти. Ненамного поправляет положение возможность использования урана-238 в реакторах на быстрых нейтронах, а так же образующегося в результате этой реакции оружейного плутония, часто пока еще идущего на изготовление боеголовок – еще одного средства самоуничтожения человечества.

Новые возможности открывает управляемая термоядерная реакция. Неуправляемый термоядерный синтез – взрыв водородной бомбы, происходящий в результате реакции слияния 4 атомов водорода в атом гелия. При ее протекании 1 грамм вещества образует энергию, равноценную сжиганию 12 тонн угля. Реакция протекает при сверхвысоких температурах, но уже в 1950х гг. наши ученые экспериментально обосновали принцип магнитной изоляции термоядерной плазмы от стенок реактора, и затем сконструировали установку «токамак» (тороидальная камера магнитного удержания плазмы). Но есть и иные препятствия на пути к термояду. Главное – возможный перегрев Земли. В результате антропогенной деятельности в окружающей среде должно рассеиваться не более 5% от солнечной энергии, поглощаемой Землей. И даже в этом случае термоядерный синтез приведет к разогреву Земли на 3,7°, что приведет к глобальным изменениям климата.

Нужны экологически чистые и практически неисчерпаемые источники энергии, и самый рациональный из них – солнечная энергия. Сейчас известны четыре типа ее преобразования: теплотехнические, физические, биологические и химические. Самые распространенные пока – теплотехнические, но они зависят от климата и имеют крайне низкий (5%) КПД. Физические (полупроводниковые) преобразователи солнечной энергии используются на космических кораблях, на Земле же энергия кремниевых фотоэлементов в 100 раз дороже электроэнергии АЭС. Биологическое преобразование солнечной энергии – фотосинтез в растениях. В настоящее время ставится вопрос о возможностях увеличения урожаев зеленой массы за счет выращивания микроскопических водорослей типа хлореллы. Наконец, химическое преобразование и аккумулирование солнечной энергии ориентируется на опыт природного фотосинтеза. В настоящее время ученые даже и не пытаются искусственно воспроизвести сложный комплекс фотохимических реакций зеленого листа. Зато уже сейчас можно решить более простую задачу: получение водорода фотокаталитическим разложением воды. В качестве электродов выступали бы молекулы хлорофилла. КПД такой системы был бы близок к 50% при отсутствии экологических проблем, так как водород – самое высококалорийное и экологически чистое топливо, а для горения расходовался бы возникающий при фотолизе кислород.

Наконец физик А.Кушелев и его коллеги из лаборатории «Наномир» считают, что дешевую, экологически чистую и при этом практически неограниченную энергию можно черпать из вихревой структуры вакуума с помощью специальных устройств-резонаторов. Разработка и испытание таких устройств уже идут.

Была ли альтернатива техногенной цивилизации в глубокой древности? Ведь по ее пути, по пути смены экономических формаций человечество отправилось в результате глобального экологического кризиса на рубеже ледникового периода и геологической современности, и первым шагом к современному экологическому кризису была неолитическая революция. Если бы «ледниковый Эдем» не распался, вполне возможно было бы создание принципиально иной цивилизации – биологической. О возможности таких сообществ писали братья Стругацкие («Полдень. XXII век»), Р. Шекли («Команда»), Г. Гарриссон («Запад Эдема») и даже К.Э. Циолковский («Грезы о земле и небе»). Однако, на новом уровне развития и восприятия окружающего мира мы вполне способны справиться с ситуацией, сойдя с пути потребительского отношения к окружающему миру. Для этого необходимо в первую очередь осознание места человечества в эволюционном процессе, на Земле и во Вселенной в целом.

Французский священник и палеонтолог о. Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955) в своем труде «Феномен человека» дал целостную картину конвергирующей Вселенной – единой, развивающейся, эволюционирующей от точки творения – точки «Альфа», осознающей и познающей самое себя через возникшее в процессе эволюции человеческое мышление. Человек для отца Тейяра – самое поразительное явление в универсуме, ибо человек впервые оказывается не просто физическим, но психофизическим существом, обладающим сознанием: «Ничтожный морфологический скачок и вместе с тем – невероятное потрясение всех сфер жизни – в этом весь парадокс человека». По его мнению финал эволюции («точка Омега») будет вхождением материального мира в мир божественного совершенства – сверхжизнь. В этой точке эволюции человечество должно будет слиться в многоединство сознаний. Теологи называют это явление соборностью – единением без поглощения. Движущей силой эволюции отец Тейяр считал целеустремленное сознание. Вернадский же полагал сознание лишь закономерным результатом развития биосферы. Однако, вне зависимости от того, считать ли воздействие сознания на природу целеустремленным или полагать его возникшим в результате закономерностей эволюции, однажды возникнув, оно оказывает неустранимое и все возрастающее воздействие на биосферу вследствие трудовой деятельности человека.

Ту часть биосферы, которая оказывается под влиянием человека и трансформируется им, французский исследователь-биолог Э. Леруа на обсуждении доклада Вернадского о биогеохимии в 1921 г. предложил называть ноосферой (сферой разума). Однако такое толкование ноосферы чересчур узкое. Эколог и математик, один из авторов концепции «ядерной зимы», ожидающей человечество в случае самоуничтожительной ядерной войны, академик Никита Николаевич Моисеев считал ноосферу таким состоянием биосферы, когда ее развитие происходит целенаправленно под воздействием разума. Один из основных тезисов учения В.И. Вернадского и состоял в том, что на определенном этапе развития биосферы она должна будет трансформироваться в ноосферу. Можно полагать, возникновение ноосферы должно стать не только новой стадией развития биосферы, но и финалом антропогенеза и социогенеза, а возможно – и этногенеза. Опираясь на экологические и нравственные императивы, человеческая цивилизация должна принять на себя ответственность за дальнейший ход эволюции космического типа: интеллект, а не стихия должны управлять дальнейшей судьбой мира людей. Сознание, разум, осознавший собственное могущество, могуществен вдвойне.

 

Лекция 19. Ритмы в природе и в истории.

 

- Подумать только, - пробормотал Румата, - До сих пор вся Земля воображает, что самыми сложными проблемами занимается нуль-физика…

А. и Б. Стругацкие «Трудно быть богом»

 

Миром правит Ритм. Ритмично пульсируют звезды-цефеиды, ритмично вздымаются волны, ритмично бьются сердца, ритмично сменяются день и ночь, и времена года. Определенному ритму, похоже, следуют фазы горообразования в истории Земли. Имеется достаточно четкий ритм и в изменениях климата в течение, по крайней мере, последних 100.000 лет (одна климатическая пульсация равна примерно 2000 лет). Наконец. Подчиняется ритмам все живое – многие птицы, рыбы, звери совершают сезонные миграции, имеется сезонный ритм жизни и у большинства растений. Но, как оказалось, законы ритма пронизывают наш мир еще глубже, чем можно было бы предполагать. Так, помимо ритма сон-бодрствование, сопровождающего нас всю жизнь, имеются и другие биологические ритмы, важные для нашего существования. Родилась даже особая отрасль науки о биоритмах – хронобиология.

Во-первых, помимо сна и бодрствования в суточном ритме имеются пики работоспособности (приблизительно в районе 10-12 и 16-18 часов), наибольший спад наш организм испытывает в период от 2 до 4-5 утра. Суточные ритмы у людей с разной возбудимостью несколько смещены, благодаря чему они делятся на «жаворонков» с утренним и «сов» с вечерним пиками работоспособности.

Во-вторых, хронобиологами выделены три биоритма человеческого организма: физический (23 дня), эмоциональный (28 дней) и интеллектуальный (33 дня). На пиках этих ритмов человек способен на максимальную самоотдачу в определенной области, затем наступает спад. Наиболее опасны «нулевые» или «критические» дни ритмов, их совпадение грозит человеку повышенной опасностью (снижено внимание, эмоциональное состояние неустойчиво, организм ослаблен – жди аварии или иных ЧП). Знание немедленно нашло практическое применение: расчет и учет биоритмов водителей и пилотов поднял безопасность автотранспорта и авиаперелетов.

Наконец, выяснилось, что вся человеческая жизнь делится на примерно равные стадии, рубежи (узлы) которых обычно совпадают с творческими пиками личности. В 6-7 лет человек осознает себя среди мира, но еще не частью мира – интересы обращены на себя. В 12-13 лет у него рождается интерес к внешним предметам и их познанию и подчинению. Новый поворот к внутреннему миру – своему и окружающих – происходит в 18-19 лет. Человек созревает, как член общества. В 24-25 лет окончательно формируется и расцветает личное мировоззрение, индивидуальность. В 32-33 года человек достигает вершины творческого размаха, а в 36-38 лет следует вторая вершина творчества. Время 42-44 года – критическое, за ним либо упадок, либо духовный катарсис. В последнем случае к 48-50 годам человек как бы обновляется и испытывает новый мощный творческий подъем…

Анализируя результаты исследований хронобиологов, невольно задумываешься о том, что многие (иногда достаточно наивные) построения древних и современных астрологов все же основаны на эмпирических данных тысячелетних наблюдений за биоритмами, возникающими под влиянием космических факторов. О том, насколько эти факторы серьезно влияют на нас, задумался основатель космобиологии, археолог, палеонтолог и писатель Александр Леонидович Чижевский (1897-1964), кстати, проведший несколько лет детства на брянской земле. Его книга «Земное эхо солнечных бурь» выдержала уже добрый десяток изданий только в нашей стране.

Солнце, в определенном смысле слова, является переменной звездой, хотя и далеко не столь выраженной, как пульсирующие звезды-цефеиды. Учеными отслежены несколько различных по продолжительности накладывающихся друг на друга циклов солнечной активности – от часов до столетий. Наиболее выразителен 11-летний цикл. Менее заметны, но не менее важны 80-летний и более длительные циклы. Так, например, в первой четверти XVIII и в первой четверти XX вв. диаметр Солнца возрастал на 375 км по сравнению с обычным. С усилением солнечной активности наблюдается рост эпидемических заболеваний, ухудшение состояния людей, повышенная аварийность на транспорте и в промышленности и даже народные волнения.

Итак, отдельный человек подвержен влияниям космоса, его жизнь подчинена законам ритма. А история человечества? Зависит ли она только от состояния и уровня развития экономики определенного общества? Или от воли отдельных личностей, политических гомункулусов, взращенных социумом? А может быть история – это вообще цепь случайных стечений обстоятельств, набор событий? Или все-таки историей управляют столь же жесткие законы, как, к примеру, процессом эволюции живой материи? Марксисты не желали видеть ничего, кроме смены общественно-экономических формаций: их история – это одушевленная экономика. Однако оказалось, что отдельные социумы, человечество, весь исторический процесс в базируется не только на экономическом фундаменте. В истории социумов прослеживается достаточно четкая и сложная ритмика, не объяснимая только с точки зрения политэкономических взглядов.

Рассмотрим еще недавно напрочь отвергавшуюся «академической наукой» теорию пассионарного этногенеза. Этногенез – процесс формирования, развития и гибели этносов и их культур. Этнос – явление, лежащее на границе биосферы и социосферы, объединение людей в первую очередь по национально-географическому, а не по экономическому (нация) признаку, а значит понятие, лежащее на грани естественных и гуманитарных наук. Выдающийся русский историк и этнолог Лев Николаевич Гумилев (1912-1989) объяснял процессы этногенеза именно влиянием этноформирующей природной среды и природной ритмики, включая солнечную активность. В основе этногенеза по Гумилеву лежит понятие пассионарности – способности и стремления к изменению окружения, эффекта избытка биохимической энергии живого вещества, обратного вектору инстинкта и определяющего способность к сверхнапряжению, порождающего жертвенность, часто ради иллюзорной цели. Импульс пассионарности бывает столь силен, что носители этого признака – пассионарии – не могут заставить себя рассчитать последствия своих поступков. Это обстоятельство указывает на то, что пассионарность – атрибут не сознания, а подсознания, биологический признак, выражающийся в специфике нервной деятельности. Чтобы пассионарность имела видимые, фиксируемые историей проявления, нужен рост числа пассионариев, т.е. этот наследственный признак не только индивидуальный, но и популяционный. Причины пассионарного толчка – микромутации, отражающиеся на стереотипе поведения, но редко влияющие на фенотип. Они затрагивают не всю популяцию, а лишь некоторые особи, но этого может оказаться достаточно, чтобы возникли новые «породы», которые мы фиксируем со временем как оригинальные этносы. Зоны пассионарных толчков – узкие полосы шириной около 300 км. Происходят толчки 2-3 раза в 1000 лет. Уже то, что оси зон толчков располагаются на поверхности планеты, как линии, концы которых ограничены кривизной Земли, а перпендикуляры к ним проходят через ее центр, указывает на зависимость оси толчка от магнитного поля планеты. Эти энергетические удары по Земле идут от Солнца: все датированные пассионарные толчки хронологически совпадают со спадами солнечной активности. При ее уменьшении защитные свойства ионосферы снижаются, и отдельные кванты или пучки излучения могут достигнуть земной поверхности и вызвать мутации.

Механизм эволюции любого этноса, по Гумилеву, в упрощенном виде таков:

Динамичная или завоевательная фаза. Пассионарный толчлк – появление пассионариев – энергичных личностей, лидеров, вождей, которые индуцируют пассионарность и формируют новый этнос, ведя людей за собой. В этот период для индивидуума главный лозунг: «Долг перед обществом!» Активны военные действия, преобразования ландшафтов. Пример – объединивший монголов Чингисхан.

Фаза «перегрева» или акматическая (от фр. акмэ – вершина) фаза. В этот период этнос достигает наибольшей силы, максимума возможных завоеваний, но внутри системы уже зреют внутренние противоречия. В этой фазе, к примеру, внук Чингисхана – Бату (Батый) дошел до Средиземного моря.

Фаза надломапассионарный перегрев общества вызывает внутриэтническую резню, уничтожающую избыток пассионарности (резня гугенотов во Франции, крестьянские войны в Германии, революционное движение и сталинизм в России и т.д.). Самая опасная фаза, которую удается пройти не всем этносам.

Инерционная фаза – переход этноса в нормальное состояние, его «серебряный век». Начинает процветать индивидуализм. Лозунг индивидуума: «Будь самим собой!» Кровь еще льется, но культура и наука активно развиваются, постепенно растранжириваются слава и богатство, накопленные предками. Всплески пассионарности уже затухают, достигнутый в них результат оказывается быстро утраченным – так кончились империя Наполеона Бонапарта и Третий Рейх Адольфа Гитлера.

Фаза обскурации – затухание колебаний, старение этноса. Лозунг индивидуума – «Будь как все! Мы устали от великихПассионариев не приемлют, отвергают, часто и уничтожают.

Мемориальная и реликтовая фазы – фазы памяти о прошлом и ее полного исчезновения. Финиш – забвение прошлого, футуристическое восприятие времени, губительные восстания, смута, крушение, разложение, деградация этноса (вспомним бесславный конец Римской Империи). На обломках нескольких прежних этносов постепенно формируется новый, молодой. Весь процесс длится примерно 1200 лет, если успевает завершиться до решительного внешнего вмешательства.

Взлет пассионарности суперэтноса Московской Руси начался при князе Александре Невском и получил развитие при Дмитрии Донском. В числе пассионариев – св. Сергий Радонежский, бывший брянский боярин Пересвет, открывший сражение на Куликовом поле в 1380 г. В финале фазы перегрева происходит превращение Руси в Россию, в Империю. Советский и постсоветский периоды – финал самой кровавой и противоречивой фазы надлома. Нынешняя Россия входит в благополучную инерционную фазу. После бурного прошлого наступает настоящий расцвет. Впереди у России 2-3 столетия размеренной жизни и величайших достижений в науке и искусстве. Европейские страны – напротив, вошли в фазу обскурации, это дряхлеющие этносы. Новых достижений, равных по масштабу эпохе Возрождения и веку Просвещения Европе ждать не приходится – это теперь удел России. А вот американская нация только вышла из фазы пререгрева, она все еще пытается распространить свое влияние на весь мир, не желая осознавать, что ритмы истории вскоре положат конец этим стремлениям. Вот-вот за океаном начнется кровавая фаза надлома.

Впрочем, как и в многоярусной ритмике активности Солнца, на глобальные ритмы этногенеза возможно накладываются небольшие, но не менее значимые исторические ритмы. На них впервые обратил свое внимание исследователь космических ритмов Григорий Кваша. Он выделил 144-летний ритм, в свою очередь, делится на четыре последовательных 36-летних этапа. 36-летия делятся на 12-летние блоки, а каждый состоит из 3-х «сверхлет» по 1461 дню. Не всегда большой ритм может быть завершен – иногда он на каком-то этапе оказывается отвергнутым, как это произошло в России при убийстве Александра II. Между ритмами иногда имеются «вставки» по 4, 8 или 12 лет.

Сравним «петровский ритм» (1653-1798) и «ритм индустриализации» (1881-2025), чтобы убедиться в их реальности. Ритмы начинаются с момента исчерпания скрытых резервов государства, созданного предыдущим ритмом: в одном случае это медные бунты в результате неудачной денежной реформы Алексея Михайловича и упразднение этим царем демократического института Земских Соборов, в другом – убийство либерала Александра II, освободившего крестьян и планировавшего ввести конституцию. Первые 36 лет – латентный (скрытый) период, в течении которого происходит «вызревание» ситуации, ее постепенная подготовка, генерирование и планирование идей. Это 1653-1689 и 1881-1917 гг. Конечные рубежи – приход к власти Петра Алексеевича и предопределенная историческим процессом двойная революция 1917 года.

Следующее 36-летие можно назвать силовым. Это годы Петровского кровавого, но при этом реформаторского самовластия, выдернувшего Россию из средневековья (1689-1725 гг.) и годы сталинской индустриализации (1917-1953 гг.), в обоих случаях требовавшие мощной идеологии и грандиозного ее носителя-вождя. Судоверфи, каналы и «град Петров», построенный «на костях» весьма напоминают «великие стройки» ГУЛАГа. Итог при этом одинаков – победоносные военные кампании и преобразование России. При этом оба 36-летия закончились глубоким кризисом. Ресурсы силового, рывкового этапа развития были исчерпаны.

Со смертью Петра I и Сталина начинается новое 36-летие – бюрократическое (1726-1761 гг. и 1953-1989 гг.). На место бескорыстных деспотов приходят те, кто готов воспользоваться результатами их реформ для собственных нужд. Они постепенно ослабляют интригами и политическими играми созданную до них государственную машину. При этом растет и усиливается новая бюрократия. Оба 36-летия завершились кризисами – военным переворотом, приведшим к власти Екатерину II после периода «двоевластия» с Петром III и созванным М. Горбачевым Съездом народных депутатов, ставшим началом краха СССР, двоевластием Горбачев-Ельцин и «переворотом вторых секретарей» в августе 1991 г. Так выражалось стремление сформировавшейся бюрократии (дворян в первом и технократов во втором случае) окончательно закрепиться у руля.

Новый исторический рубеж становится точкой отсчета последних 36 лет обоих имперских циклов – стабилизационных (1761-1798 и 1989-2025 гг.) Именно в эти периоды окончательно вырисовывается система, закладывавшаяся и постепенно формировавшаяся последнее столетие. И если екатерининская эпоха миновала, то в из последнего цикла мы еще не вышли, однако исторические аналогии провести можем. К 2025 г. мы, согласно предложенной теории, должны прийти к процветающему, стабильному информационно-технократическому государству, точно так же как к 1797-му Россия сумела стать стабильной самодержавно-помещичьей державой. Павла I, попытавшегося повернуть историю вспять, вопреки ее законам, ждал крах.

Наличие крупномасштабной ритмики истории человечества несомненно. Л. Гумилев и Г. Кваша подтвердили ее многочисленными примерами, анализом развития целого ряда азиатских и европейских этносов (хотя и не вполне объяснили причины с естественнонаучной точки зрения – это впереди?) По всей вероятности мы имеем дело с закономерностями фазовых переходов в процессе этногенеза. Остается  детальней исследовать проблему. Тогда история превратится из субъективной науки в точную, стоящую в одном ряду с эволюционной биологией или космогонией. А дальше – недалеко уже и до придуманного братьями Стругацкими Института Экспериментальной Истории. Прогрессоры-наблюдатели, работавшие сотрудниками этого фантастического института, были пришельцами, инопланетянами в мирах, которые они исследовали. Есть ли такие прогрессоры из иных миров в нашей Земной реальности?

Ритмы Российской истории

(по Г. Кваше с дополнениями автора)

Цикл  Этап

Латентный

Силовой

Бюрократический

Стабилизационный

1505-1649

Василий III

Иван Грозный

Федор Иванович

Годунов, Смута

Михаил Федорович

1649-1798

Алексей Михайлович (Тишайший)

Петр I Великий

Екатерина I

Анна Иоанновна

Елизавета

Екатерина II Великая

1881-2025

Александр III

Николай II

Ленин, Сталин

Хрущев, Брежнев, Горбачев, Ельцин

Владимир Путин

?

 

Лекция 20. Внеземной разум, проблема НЛО.

Не угадать и не назначить срока,

Но он настанет – этот день и час,

Когда мы встретим тех, кто издалека,

Надежды не теряя, верил в нас.

А. Коваленков

 

Одиноки ли мы во Вселенной? Этот вопрос мучил еще гения эпохи возрождения Джордано Бруно. Существуют ли Внеземные цивилизации (ВЦ)? Казалось бы, что проще: нужно полететь, к примеру на Марс, и проверить. Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935) обосновал возможность межпланетных сообщений и эта идея получила свое развитие. Он же в книге «Грезы о Земле и Небе» высказал свое мнение о том, что разум способен существовать практически в любой области Вселенной.

Проблема поиска и обнаружения ВЦ (проблема CETI, как ее окрестили ученые) основана на принципиальном допущении существования жизни на иных планетах и имеет три взаимосвязанных составляющих:

-           проблема поиска жизни во Вселенной;

-           проблема поиска иных планетных систем;

-           проблема поиска внеземных цивилизаций.

Да, на Земле прослежена биологическая эволюция. Но не может ли быть так, что эволюция применима лишь к нашим условиям? Палеонтолог и писатель Иван Антонович Ефремов (1907-1972) достаточно убедительно аргументировал точку зрения о том, что пути эволюции жизни в разных мирах должны быть достаточно сходными. Для поиска же чужих планетных систем применяются астрономический (фиксация небольших отклонений звезды от расчетной траектории движения из-за гравитационных возмущений планет), фотометрический (регистрация отраженного планетами света), радиометрический (регистрация теплового излучения планет) методы. Радикальным решением проблемы поиска ВЦ было бы обследование окрестностей ближайших звезд с помощью автоматических или пилотируемых установок. Но скорость этих кораблей для достижения цели должна быть соизмерима со световой, а это пока не осуществимо. Пока же на зондах «Пионер» и «Вояджер» в дальний космос ушли наши «письма до востребования», выгравированные на металлических пластинах. Есть другой подход к решению проблемы – использовать инициативу ВЦ, которую они могут проявлять при налаживании контакта с нами. Многие исследователи считают, что ВЦ более развиты, а, следовательно, имеют большие возможности для установления контакта. В этом направлении поиск ВЦ сводится к следующему:

-    поиск преднамеренных и непреднамеренных сигналов ВЦ;

-    межзвездные перелеты, организованные ВЦ;

-    астроинженерная деятельность ВЦ (конструкции в масштабах звездных систем, искусственные Сверхновые и т.п.);

-    следы посещения солнечной системы ВЦ.

Так в поиске ВЦ на первый план с середины 1950-х гг. выдвинулась проблема поиска разумных радиосигналов из космоса. Это стало возможным благодаря созданию мощных радиотелескопов, позволявших регистрировать сигналы, посланные с межзвездных расстояний. Мировым сообществом было создано несколько международных проектов (в основном в США и СССР), направленных на поиск ВЦ, в их числе проекты «Озма» и «Феникс». Предлагали использовать радиотехнические средства и для передачи сигнала в космос, несколько таких экспериментов проведено, но результата придется ждать, быть может, столетия. Большинство ученых на сегодняшний день пришли к выводу, что космос молчит в радиодиапазоне (хотя имелся ряд случаев приема однократных неопознанных космических сигналов – 1921, 1924, 1927, 1928, 1959, 1961, 1964 гг., но их искусственное происхождение не было доказано, причиной могут быть астрономические явления).

В чем могут быть причины молчания? Есть несколько вариантов ответа:

-    неверны теоретические представления о ВЦ и их возможностях;

-    ВЦ используют принципиально иные средства связи;

-    недостаточны данные наблюдений;

-    наши теоретические соображения верны, но ВЦ нет вообще. Это означает, что наша цивилизация уникальная и единственная в Галактике.

К выводу об уникальности человечества пришел, в частности астроном Иосиф Самуилович Шкловский, ранее придерживавшийся диаметрально противоположной точки зрения и выдвигавший гипотезу искусственного происхождения спутников Марса. А может быть, ВЦ молчат именно потому, что не хотят обнаруживать себя? Возможно, время для контакта не настало и наша цивилизация, огороженная от внешнего мира, должна достичь определенного уровня зрелости для выхода на галактическую арену?

Что касается возможных следов посещения представителями ВЦ нашей планеты в далеком прошлом, то их поиском занимается молодая наука астроархеология (не путать с археоастрономией, изучающей Стоунхендж и пр.). Предметом ее изучения оказались различные факты, не находящие адекватных объяснений в традиционной науке – гигантские рисунки в пустыне Наска, напоминающая результат ядерного удара гибель городов Содом и Гоморра на Ближнем Востоке и Мохенджо-Даро в Индии, описания летательных аппаратов «виман» в древнеиндийских трактатах и т.д. К сожалению, к пока необъяснимым фактам, примешиваются досужие вымыслы журналистов и мистификаторов: истории о сопровождающих цепочки следов динозавров человеческих следах, о костях человекоподобных существ в отложениях мезозоя и прочие публикации, не имеющие отношения ни к науке вообще, ни к астроархеологии в частности. Астроархеология носит и второе название – палеоуфология. Это производная от слова «уфология» – наука об НЛО – неопознанных летающих объектах (от английской аббревиатуры UFO – Unidentified flaying object). Здесь мы вплотную подходим к одной из самых волнующих проблем современности.

НЛО привлекли широкое внимание общественности после того, как были зафиксированы в Скалистых горах американским летчиком и бизнесменом Кеннетом Арнольдом 24 июня 1947 г. Он же дал им наименование «летающие блюдца», поскольку сверкающие объекты по форме напоминали перевернутые тарелки. На самом же деле НЛО наблюдались на протяжении всего существования человечества, о чем свидетельствуют хроники и иные записи (еще древние римляне наблюдали «летающие щиты»). Всего с тех пор в мире зарегистрировано свыше 150000 наблюдений НЛО. Сообщения об НЛО не производили должного эффекта, пока в 1952 г. группа НЛО не совершила пролет над Вашингтоном. По тревоге подняли истребители, сочтя объекты русскими летательными аппаратами. После этого в ВВС США была создана специальная группа («Синяя книга»), целью которой было изучение всех сведений об НЛО. Затем, в начале 1960-х гг. в США развернулась кампания по дезинформации общественного мнения. В первый раз орудием этой дезинформации стал ученый Мензелл, написавший книгу об НЛО, в которой все явления объяснялись оптическими иллюзиями: миражами, отражениями от облаков и т.п. Вторым орудием явились выводы комиссии под председательством Кондона, опубликовавшей результаты наблюдений за 1967-68 гг., но в объяснении причин появления НЛО не ушедшей дальше Мензелла. В обоих случаях не обошлось без вмешательства военного ведомства США. Но далеко не все в США придерживались таких взглядов. В 1966 г. профессор Джозеф Хайнек в очередной раз высказал предположение, что НЛО – инопланетные летательные аппараты. Эти взгляды получили столь широкую поддержку, что в 1974 г. под его председательством был создан комитет. Идею серьезно компрометировали авторы дешевых сенсаций вроде г-на Адамского «путешествовавшего на Венеру» или режиссера Дэникэна, смешавшего в фильме «Воспоминание о будущем» реальные факты, чистой воды фантазию и заведомую подтасовку информации.

В СССР такая же кампания дезинформации населения и сомнительных опровержений постепенно сменилась жесточайшей цензурой и оголтелой травлей уфологов. Подготовленный в 1968 г. к изданию сборник статей о проблемах ВЦ и НЛО «Населенный Космос» (главный редактор – вице-президент АН СССР Б.П. Константинов, редакторы-составители Ф.Ю. Зигель и В.Д. Пекелис) был запрещен. Вслед за этим доцент МАИ, известнейший популяризатор науки Феликс Юрьевич Зигель занимавшийся проблематикой НЛО и его сподвижники подверглись гонениям со стороны представителей советской академической науки, КГБ и руководства КПСС. Журналисты, осмелившиеся нарушить запреты цензуры, как правило, теряли работу. При этом десятки и сотни людей порой становились невольными очевидцами необыкновенных явлений – Петрозаводского феномена (20.9.1977), сопровождения ярким НЛО самолета гражданской авиации (1985, статья «Ровно в 410» в газете «Труд», за которую поплатился местом главный редактор) и т.д. Такая обстановка существовала до конца 1980-х гг. Особый интерес представила серия наблюдений НЛО севернее Москвы во второй половине марта 1990 г., в частности продолжительные полеты неизвестного объекта вечером 21 марта в районе гг. Переславль-Залесский, Загорск, Фрязино и Киржач, для опознания которого поднимались истребители. Обобщенные данные об этом НЛО сообщил начальник Главного штаба войск ПВО СССР генерал-полковник И. Мальцсв: Объект представлял собой диск диаметром 100-200 м, по бокам которого располагались два пульсирующих огня. Объект вращался вокруг своей оси, иногда траектория полета была зигзагообразной. Временами он зависал, а потом продолжал движение со скоростью, в 2-3 раза большей, чем у современного истребителя. При этом, чем выше была его скорость, тем чаще мигали боковые огни. Высота его полета колебалась от 1000 до 7000 м. На экранах радиолокаторов НЛО наблюдался как отметка от радиолокационной цели. Полет объекта был беззвучен и отличался поразительной маневренностью, причем создавалось впечатление, что он вовсе лишен инерции. Это заявление имеет историческое значение, ибо впервые в СССР должностное лицо, занимающее высокий военный пост, официально признало факт существования НЛО и подтвердило их необычные свойства.

Уфология наконец стала пробиваться в жизнь из подполья «самиздата». Здесь молодую науку ждало новое испытание: реальная информация и научные исследования вновь погрязли в потоке мистификаций, что дало массу козырей скептикам. Однако, отсев ошибочных интерпретаций природных явлений, мистификаций и явных выдумок оставляет все же не менее 2% действительно необъяснимых с точки зрения традиционной науки событий. Таких показаний очевидцев накопились уже тысячи, и они ждут обработки не только любительскими группами или коллективами, сформированными по заказу властей с целью получить заведомо отрицательный результат и предъявить его общественному мнению.

Итак, что же в общих чертах мы знаем к настоящему времени о той категории НЛО, которая не может быть объяснена земными техническими или известными природными причинами? Примерно в 50% случаев НЛО похожи по форме на опрокинутые тарелки или медуз и имеют диаметр от 4,5 до 80 м. Примером фотографии такого объекта, подлинность которой подтверждена всесторонней экспертизой и серией свидетельских показаний, является изображение НЛО 1957 г. над островом Тринидад. Встречаются объекты, напоминающие шар, колбу электролампы и иные тела вращения. Особняком стоят иные геометрические фигуры. Летающий треугольник наблюдали многократно над Европой и Америкой, он был снят на видеопленку над Брюсселем, его видели сотни людей – это вполне материальный объект явно техногенного происхождения. Между тем, ни одно оборонное ведомство мира не взяло пока на себя ответственность за создание подобного аппарата. Наблюдались очень крупные НЛО, которые обычно напоминают сигару (например, наблюдение автора у с. Ксизово Липецкой обл. июль 1993 г.). Длина их 800-1500 м. Иногда наблюдался вылет из них мелких НЛО. Необычна кинематика НЛО. Часто они перемещаются по ломаным линиям, волнообразно, совершают в воздухе немыслимые прыжки, почти мгновенно наращивая скорость. Подобные явления наблюдались, в частности, автором и группой свидетелей в окрестностях Курской АЭС в июне 1999 г. Иногда почти мгновенный набор скорости воспринимается наблюдателями как исчезновение объекта. Почти все НЛО перемещаются бесшумно. Возникает вопрос, каким образом при подобных скоростях и маневрах можно создать режим обтекания тела воздухом (если, конечно «тело» не является устойчивым сгустком плазмы, как шаровая молния)? Если же НЛО – некие внеземные машины, то, вероятно, что они движутся в искусственно создаваемом слое плазмы (упоминавшаяся дымка). В целом же способ перемещения НЛО в пространстве пока не находит объяснения. Если мы имеем дело с искусственными объектами, следует предположить наличие «обнуления» гравитационных сил, возможность изменения ими топологии пространства. Принципиально, с точки зрения теоретической физики, все это возможно, однако технологические решения таких задач пока неизвестны земной науке (по крайней мере, по опубликованной информации).

Если допустить, что НЛО – искусственные летательные аппараты, то они, как любая техника, должны иногда выходить из строя, терпеть аварии. К настоящему времени уфологами отмечено несколько случаев «крушения» НЛО – близ г. Росуэлл (США), на высоте 611 у Дальнегорска в Приморье (Россия), в пустыне Калахари (Намибия), близ Сан-Пауло (Бразилия) и др. К сожалению, подробная информация об этих событиях засекречена, а публикации документов в прессе причудливо дополнены досужими вымыслами журналистов и ищущих заработка отставников. В ряде случаев, якобы, получены фрагменты обшивки, детали неких аппаратов. Сведения, проникающие из секретной базы «Area 51» в штате Невада, в которой, возможно, находится центр по исследованию внеземных технологий, показывают, что США, видимо, продолжают попытки освоения технологий НЛО и овладения их необычными свойствами. Не исключено, что аналогичные программы осуществляет и Россия.

Часто фиксируются, но остаются необъясненными явления, связанные с «приземлениями» НЛО. Следует вспомнить детально описанный феномен Корб-озера, где в 1961 г. НЛО вырвал кусок берега более 1000 м3, пробил лед на озере, опустился на дно, оставив там след, а затем вновь ушел в небо из водной среды. Различные отпечатки, следы и углубления в грунте оставляли НЛО на различных территориях по всему земному шару. Возможно, к этой же категории явлений относятся странные воронки в с. Кожля (Курская обл., обследованы автором в 1993 г.), г. Сасово (Рязанская обл.) и во многих других местах. Вероятно, связаны с появлением НЛО и пресловутые круги и фигуры на полях, регулярно наблюдающиеся на территории Великобритании, России, США и других стран.

По показаниям ряда наблюдателей, приземлившиеся НЛО часто покидали существа, за которыми уже закрепилось название «гуманоиды» (человекоподобные). По опубликованным в прессе сведениям, тела таких существ были обнаружены при уже упоминавшихся инцидентах в Росуэлле и Калахари. Увы, официальные источники придерживаются тактики умолчания, а потому отделить истину от сенсационных измышлений не представляется возможным.

Наиболее частым воздействием НЛО на человека и животных является временный паралич двигательной системы при абсолютно ясном мышлении и восприятии всего окружающего. Еще одним частым воздействием НЛО является остановка двигателей внутреннего сгорания при зависании над ними объекта. Так, 31.8.1961 в Кунцево, на переезде через Усовскую ветку железной дороги скопилось большое количество машин, ожидавших, пока пройдет электричка. В это время над переездом завис НЛО. Когда электричка прошла и открыли шлагбаум ни одна машина не могла сдвинуться с места, поскольку двигатели не заводились. После того, как НЛО улетел, двигатели заработали. Возможно, двигатели внутреннего сгорания глушит СВЧ-излучение. Это излучение вблизи объектов опасно для человека. Многие уфологи связывают с НЛО отдельные случаи исчезновения животных и людей (похищения?). В некоторых случаях исчезнувшие животные обнаруживались со следами бессмысленной, на наш взгляд, вивисекции – так называемый «феномен Сниппи». Что же касается «похищенных» людей – имеются показания некоторых из них. Так, в 1961 г. супруги Хилл были для уточнения сведений подвергнуты американскими экспертами ретроспекивному гипнозу. В результате выяснилось, что в пути автомобиль четы Хилл был остановлен НЛО, их извлекли из машины и доставили на борт НЛО, где небольшого роста человекоподобные существа подвергли их медицинским экспериментам. Верны ли показания, данные под гипнозом? Однозначного ответа пока нет. Между тем, Бетти Хилл хорошо запомнила карту звездного неба, находившуюся в НЛО, а астрономы нашли в небе ее реальный аналог.

В связи с этим возникает вопрос – откуда появляются НЛО? Версий предостаточно – от внеземного происхождения до миров параллельных измерений. Убедительных доказательств ни один вариант пока не получил, что не отрицает сам факт существования НЛО. Наиболее часто НЛО появляются в районах нахождения ракетных комплексов, ядерных объектов, оборонных предприятий, а также на военных маневрах и в зонах вооруженных конфликтов. Многократно были зафиксированы случаи выхода НЛО из океана и их входа в воду. НЛО наблюдались не только с земли, но и из космоса.

Скептики спрашивают, почему НЛО (если это конечно проявления ВЦ) не пытаются связаться с нами? А почему они, собственно, должны это делать? Мы же не пытаемся войти в контакт с кенгуру в Австралии – мы будем только наблюдать этих животных! Не очень приятно осознавать, учитывая психологию «царей природы», но человечество так же может быть объектом чьих-то исследователей. Тем, кто a priori отрицает существование НЛО, приходится напомнить, что в существовании сходной с некоторыми типами НЛО шаровой молнии сомневаться не приходится, и вопрос о ее природе обсуждается с давних времен. Предложено много моделей и гипотез, но пресловутого консенсуса межу исследователями все нет. Это, однако, не заставляет говорить, что «шаровая молния» - выдумка журналистов, добивающихся увеличения тиража их издания. НЛО – безусловно объективная реальность. Под этим понятием подразумевается не какое-либо одно конкретное явление, а целый их ряд, имеющих, видимо, различную природу. Именно поэтому могут быть одновременно верны различные гипотезы, объясняющие этот феномен. Бесспорно лишь то, что феномен нуждается в научном объяснении. Просто отрицая его по принципу «этого не может быть, потому, что не может быть никогда», мы напоминаем иеромонаха Серафима Роуза, объявившего НЛО проявлениями бесовщины. И первое, и второе – пути, непригодные для естествоиспытателей.

Завершить тему НЛО хотелось бы пространной цитатой: «Вопрос о том, существуют ли НЛО, не должен быть битвой за веру. Он должен стать предметом спокойного, разумного, научного анализа. Возможно, что мы имеем дело с каким-то естественным, природным явлением, которое еще не можем объяснить или даже представить. Ведь сто лет назад мы не только ничего не знали об ядерной энергии, но даже не знали, есть ли у атома ядро. Кто может предсказать, какие поразительные факты мы будем знать через сто лет?» (Джозеф Хайнек, профессор астрофизики, директор Дирбонской обсерватории, главный консультант ВВС США по проблеме НЛО). Золотые слова, применимые не только к проблеме НЛО, но и в целом касающиеся подхода к самым различным проблемам современной науки.

 

Вместо заключения (от автора).

В чем смысл радостей и бед?

В какой игре мы все фигуры –

Плод чьей-то генной авантюры,

Или Природы сонный бред?

Кто мы? Вершина мирозданья?

Клок пены на волнах светил?

Продукт познанья и сознанья

Того, Кто мир наш сотворил?

Что завтра миру мы подарим?

Зажжем над ним звезду Полынь?

От тварей вновь вернемся к тварям,

Вернув инстинктам ранг святынь?

Забыта всуе доброта,

Мы состраданье презираем,

И индуктивность измеряем

В кистях распятого Христа.

Остались истины в веках,

Учили нас: «Все люди братья!»

Но все ученья пали в прах,

Пришли расстрелы и распятья.

Ликуй, ликуй, толпа глупцов:

Даешь публичные сожженья!

В огонь – детей! В огонь – отцов!

И авторов, и их творенья…

А борт Истории пробит,

И сквозь века костер Джордано

Поджег чернобыльский графит

И тесноту хранилищ БАНа.

Сливаются в один миазм

Спортивный дух ученых споров

И политический маразм

Пустопорожних разговоров.

И снова мир трещит по швам.

А мы, посредственности внуки,

Не доверяем чудесам,

Но доверяемся науке…

И лишь когда грядет финал,

С усмешкою недоуменной

Мы сознаем: окончен бал!

Пора предстать перед Вселенной!

В Небытие себя стереть?

А может быть войти в Нирвану?

Выходит, что свобода – смерть?

Ступенька вверх – могилы яма?

Так что же: вечность или тлен?

В слепых законах повторенья

Ничто сменяется ничем

И пустота – венец творенья?

А может, сбросив тяжесть дней,

Слепую поборов фатальность,

Любой фантазии смелей

Создать по-своему реальность?!

Ту, где любовь нельзя делить,

А можно только перемножить,

Где каждый вправе только жить,

А умереть никто не может,

Где от себя не убежать,

Где подлость не имеет прав,

Где станет на примерке жать

Нам Галактический рукав,

Где в единицу входит сто,

Где бесконечное в конечном…

Кто мы? Великое Ничто

Или Неведомое Нечто?..

 

Рекомендуемая и использованная литература.

(для многократно переиздававшихся книг годы издания не указываются)

Учебная и справочная литература.

Большой энциклопедический словарь.

Горелов А.А. Концепции современного естествознания. Курс лекций. М., 2000.

Зоммер К. Аккумулятор знаний по химии М., 1984.

Краткий словарь по философии. М., 1982.

Кухлинг Х. Справочник по физике. М., 1982.

Матвеева Т. М. Естествознание для экономистов. Чебоксары, 2000. 

Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 2000.

Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М., 1999.

Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2001.

Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. Ростов-на-Дону, 2000.

Научная и научно-популярная литература

К курсу в целом и к лекции 1 (Предмет естествознания, наука и культура).

Гурштейн А.А. Извечные тайны неба. М., 1984.

Заблуждающийся разум? Многообразие вненаучного знания. М., 1990.

Из школы во Вселенную. М., 1976.

Кедров Б.М. О великих переворотах в науке. М., 1986.

Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. Физика для всех (в 4 книгах).

Мень А. История религии. В поисках разума, истины и смысла (в 7 томах).

Радунская И.Л. Предчувствия и свершения Книги 1-3. М., 1984-1987.

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. (одно из 6 изданий 1968-1978 гг.).

Энгельс Ф. Анти-Дюринг. Диалектика природы. (Маркс, Энгельс: ПСС).

Энциклопедия Наномир (мультимедийное издание).

К лекции 2-6 (Становление и история естествознания).

Азимов А. Краткая история химии. М., 1983.

Баландин Р. Странствующий рыцарь истины.

Берндт Р.М., Берндт К.Х. Мир первых австралийцев. М., 1981.

Вуд Д. Солнце, Луна и древние камни. М., 1987.

Гангнус А. Рискованное приключение разума М., 1982.

Гангнус А. Через горы времени М., 1973.

Естественнонаучные представления Древней Руси. М., 1978.

Ларичев В.Е. Колесо времени. Солнце, Луна и древние люди. Новосибирск, 1986.

Ларичев В.Е. Мудрость змеи: первобытный человек, Луна и Солнце. Новосибирск, 1989.

Леви-Строс К. Первобытное мышление. М., 1994.

Ленин В.И. Материализм и эмпириокритицизм. ПСС.

Лукреций. О природе вещей.

Поликарпович К.М. Палеолит Верхнего Поднепровья. Минск, 1968.

Рыбаков Б.А. Мир истории. М. 1984, 1987.

Хайям О. Как чуден милой лик: рубайи. М., 1999.

Чубур А.А. Быки. Новый палеолитический микрорегион и его место в верхнем палеолите Русской равнины. Брянск, 2001.

К лекциям 7-11 (Пространство-время, микромир, мегамир).

Агекян Т.И. Звезды, Галактики, Метагалактика. М.,1981.

Азимов А. Вселенная: от плоской Земли до квазаров. М., 1969.

Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М., 1987.

Григорьев В.И., Мякишев Г.Я. Силы в природе. М., 1983.

Зигель Ф.Ю. Астрономы наблюдают. М., 1977.

Зигель Ф.Ю. Неисчерпаемость бесконечности. М., 1984.

Зигель Ф.Ю. Сокровища звездного неба. М., 1987.

Кауфман У. Космические рубежи теории относительности. М., 1981.

Маров М.Я. Планеты Солнечной системы. М., 1981.

Подольный Р. Нечто по имени Ничто. М., 1987.

Радиоуглеродная хронология палеолита Восточной Европы и Северной Азии. Л., 1997.

Силкин Б.А. В мире множества лун. М., 1982.

Уиппл Ф.Л. Семья Солнца. М., 1984.

Шкловский И.С. Звезды: их рождение, жизнь, смерть. М., 1984

Эйнштейн А. Сочинения (в 4 томах).

К лекциям 12-15 (Макромир, жизнь).

Гаврилов В.П. Путешествия в прошлое Земли. М., 1986.

Гангнус А.А. Тайны земных катастроф. М., 1977.

Гангнус А.А. Через горы времени М., 1973.

Дарвин Ч. Происхождение видов.

Ефремов И.А. Дорога ветров.

Зигель Ф.Ю. Вам, земляне. М., 1983.

Иваненко М.Ф., Корабельников М.А. Живое прошлое Земли. М., 1987.

Мартинсон Г.Г. Что мы знаем о динозаврах? М., 1990.

Опарин А.И. Жизнь, ее природа, происхождение и развитие. М., 1978.

Орлов Ю.А. В мире древних животных. М., 1968.

Поннамперума С. Происхождение жизни. М. 1977.

Руттен М. Происхождение жизни. М., 1978.

Тарлинг Д., Тарлинг М. Движущиеся материки. М., 1973.

Яковлева И.Н. След динозавра. М., 1993.

К лекциям 16-18 (Антропосоциогенез, этногенез, человек).

Алексеев В.П. Становление человечества. М., 1984.

Бехтерева Н.П., Корнева Е.А. и др. Когда отступает фантастика. Л., 1990.

Борисковский П.И. Первобытное общество. Л., 1979.

Быкова М.Г. Легенда для взрослых. Размышления о потаенном живом. М., 1990.

Гумилев Л.Н. От Руси до России. М., 1997.

Дождиков В.Г., Ли А.Г. Толковый словарь по парапсихологии. М., 1993.

Кваша Г., Лапкин В., Пантин В. Ритмы истории // Наука и религия № 1 – 1991.

Кваша Г., Аккуратова Ж. Хронология Российской истории в свете структурного гороскопа. // Наука и религия, №2 – 1993.

Моуди Р. Жизнь после жизни. М., 1990.

Мочанов Ю.А. Древнейший палеолит Диринга и проблема внетропической прародины человечества. Новосибирск, 1992.

Пекелис В. Твои возможности, человек! М., 1986.

Сафонов В.И. Невероятное. М., 1993.

Человек заселяет планету Земля. М., 1997.

Чубур А.А. «Мамонтовое собирательство» в бассейне Десны. // Природа 1993-7.

К лекциям 19-20 (Биосфера, Ноосфера, Внеземной разум).

Ажажа В.Г., Крушельницкий Е.Л. НЛО вокруг нас. М., 1992.

Баландин Р. Поиски истины. Жизнь и творчество В.И. Вернадского. М., 1983.

Вернадский В.И. Ноосфера. М., 1944 и позднейшие переиздания.

Моисеев Н. Человек и ноосфера. М., 1990.

Тейяр де Шарден П. Феномен человека. М., 1987.

Шуринов Б.А. Парадокс ХХ века. М., 1990.

Шульман С. Инопланетяне над Россией. М., 1991.

Царев И.В. Планета призраков. М., 1990.

Циолковский К.Э. Грезы о земле и небе. Тула, 1986.

Художественная литература

Верн Ж. Собрание сочинений.

Гарриссон Г. Запад Эдема, Неукротимая планета, Специалист по этике, Конные варвары. Вся Стальная крыса.

Ефремов И.А. Собрание сочинений в 5 томах.

Кинг С. Лангольеры (Затерянные во времени); Воспламеняющая взглядом.

Кларк А. Фонтаны рая. Одиссея 2010. (журнал Техника – Молодежи, 1980-1981, 1992).

Крайтон М. Штамм «Андромеда». М., 1972; Парк юрского периода. М., 1992

Конан Дойл А. Фантастические произведения.

Микулов О.А. Закон крови. СПб, 1998.

Педлер К., Девис Д. Мутант-59.

Соломон Э., Перри С. Люди в черном. СПб., 1998.

Стоун И. Происхождение.

Стругацкий А., Стругацкий Б. Собрание сочинений в 12 томах.

Сибрук В. Роберт Вуд. М., 1980.

Файнберг В.Л. Практика духовного поиска (в 4 томах: Здесь и теперь, Все детали этого путешествия, Скрижали, Воспоминания об о. А. Мене, Patrida). М., 1993-1994

Периодические издания (журналы, газеты)

Земля и Вселенная; Знак вопроса; Знание – сила; Наука и жизнь; Наука и религия; Поиск; Природа; Серия «Знание» (научно-популярные брошюры); Терминатор; Техника – молодежи; Химия и жизнь XXI век.

 

Вопросы к экзамену по курсу «Концепции современного естествознания»

1.        Наука, ход и уровни научного познания.

2.        Мировоззрение. Парадигма. Движущие силы науки.

3.        Место естествознания в современной науке, составляющие естествознания.

4.        Культура. Трянсляция культуры. Гуманитарная и естественнонаучная культура.

5.        Дифференциация и интеграция наук.

6.        Научно-техническая революция. Глобальные проблемы человечества.

7.        Зарождение естествознания. Стихийно-эмпирическое знание палеолита.

8.        Мифологическая картина мира. Магия.

9.        Неолитическая революция.

10.     Естествознание в древнем Египте, Вавилоне, в Европе бронзового века.

11.     Математическая программа в античной натурфилософии.

12.     Атомистическая программа в античной натурфилософии.

13.     Натурфилософия эллинистического периода.

14.     Естествознание в средневековой Европе. Первые университеты.

15.     Схоластическая традиция средневекового естествознания.

16.     Герметическая традиция средневекового естествознания

17.     Опытно-эмпирическая традиция средневекового естествознания.

18.     Средневековая арабская наука.

19.     Естествознание в Древней Руси.

20.     Химия и биология эпохи Возрождения.

21.     Космогоническая революция эпохи Возрождения.

22.     Ньютонианская революция, создание классической физики.

23.     Дарвинистская революция в биологии и ее предпосылки.

24.     Теория флогистона и ее падение. Создание периодической системы химических элементов и ее предпосылки.

25.     Термодинамика. Необратимость явлений термодинамики. Тепловые двигатели.

26.     Достижения Золотого века Просвещения в областях оптики и электричества.

27.     Квантовая революция в физике. Принципы неопределенности и дополнительности.

28.     Релятивистская революция в физике. Теория относительности Эйнштейна.

29.     Микромир. Структура вещества по данным современной физики. Адроны, глюоны и лептоны. Кварки. Суперструны.

30.     Четыре фундаментальных типа взаимодействия.

31.     Свойства пространства. Пространство Евклида и пространство Римана-Лобачевского.

32.     Свойства времени. Гипотезы профессора Козырева.

33.     Звезды: их рождение, жизнь, смерть.

34.     Галактики. Строение вселенной. Проблема «скрытой массы».

35.     Гипотезы о происхождении и эволюции Вселенной.

36.     Возникновение планетных систем. Особенности строения Солнечной системы.

37.     Планеты Земной группы.

38.     Планеты-гиганты.

39.     Современные достижения астрономии и космонавтики.

40.     Строение Земли. Геосферы.

41.     Концепция литосферных плит и ее практическое значение.

42.     Современные представления о происхождении жизни. Гипотезы Опарина, Аррениуса, креационистская гипотеза. Синергетика.

43.     Основные этапы эволюции жизни на земле.

44.     Эволюция по Дарвину, теория прерывистой эволюции, неокатастрофизм.

45.     Генетика, молекулярная биология, генная инженерия. Понятие научной этики.

46.     Антропосоциогенез.

47.     Мозг, сознание, подсознание, интуиция.

48.     Кибернетика. Искусственный интеллект.

49.     Экология. Биогеоценозы.

50.     Русский космизм. Учение П. Тейяра де Шардена.

51.     Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере и его предпосылки.

52.     Ритмы в природе и истории. Теория этногенеза Л.Н. Гумилева. Исследования А.Л. Чижевского.

53.     Жизнь во Вселенной. Внеземной разум.

54.     Перспективы современного естествознания.