CC BY
100
УДК 114
ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭВОЛЮЦИИ ПРИРОДЫ В ФИЗИКЕ И КОСМОЛОГИИ
© 2011 О. А. Гафиатуллина
ассистент каф. права и обществознания e-mail: Gafiatulolga@mail. ru
Башкирский государственный университет им. М. Акмуллы,
В статье реализована актуальная идея об эволюционном характере современной науки. На конкретном материале космологии, физики показывается обоснованность единства природы. В работе объединены концепции эволюции и самоорганизации. Вселенная рассматривается как диссипативная система с периодически сменяемыми элементами (элементарными диссипативными системами). Кооперативная эволюция предполагает наличие круговорота между макро- и микросоставляющими эволюционирующей системы, усложнение ветвей эволюции. В работе утверждается, что в развитии наук о природе ведущую роль играют внешние факторы, а именно общекультурный фон, уровень развития познания. Вместе с тем особый методологический интерес представляет выявление внутренних побудительных мотивов развития, взаимосвязей ступеней развития наук о природе.
Ключевые слова: самоорганизация, коэволюция, диссипативные структуры, аттрактор, бифуркации, турбулентность, флуктуации, паттерны, консенсуальное взаимодействие.
В условиях современного мира, информационной революции и компьютеризации очевидно, что прежние методологические подходы к моделированию ступеней развития материи недооценивают факторы детерминации эволюционных процессов и конструктивности хаотического начала в эволюции. В настоящее время естествознание все более склоняется к убеждению, что многие существенные космологические явления обусловлены фундаментальными микроявлениями. В областях сверхвысоких явлений проблематики космологии и микромира «смыкаются» [Галимов 2008: 103]. Единство эволюции микро- и макромира Эрихом Янчем названо коэволюцией. Коэволюция -взаимообусловленность процессов дифференциации и усложнения в микро- и макро ветвях эволюции. Изучение проблем познания природы связано с процессом познания жизнедеятельности человека. Познавательные способности человека развивались вместе с тем, как он приучался изменять внешний мир. Через свойство человека - сознание, способность отражать окружающий мир, образуется продукт этого отражения -информация о мире. Можно предположить, что в развитии наук о природе важную роль играет суммарное результирующее информационное поле, природа которого циклич-на, как и всех процессов во Вселенной.
Рассмотрим процессы развития микро- и макрокосмоса в их единстве. Объект внимания космологии - Вселенная в целом. Выводы об эволюции Вселенной зависят от принятой космологической картины мира, которая в настоящее время далека от завершения, и количество ее вариантов велико. Развитие современной научной картины мира строится на базе идей синергетики (самоорганизации). Самоорганизация является важнейшим фактором образования качественно новых свойств вещества, нарастания степени порядка (упорядоченности) в определенных развивающихся системах. Порядок может возникнуть как результат внешнего силового воздействия на открытую неравновесную систему, а также под влиянием внутренних причин [Ровинский 2002: 67]. Еще Аристотель говорил о том, что «причины, по которым возникает случайное, по не-
обходимости неопределенны» [Аристотель 1981: 93]. С. Д. Хайтун формообразующим фактором прогрессивной эволюции считает направленные самосборки (макромутации), «сами собой» возникающие под давлением взаимодействий, а естественный отбор играет роль фильтра [Хайтун 2001: 161]. Вселенную можно рассматривать как диссипативную структуру, удаленную от состояния равновесия [Пригожин 2003: 47]. С. П. Курдюмов говорит, что в состоянии неустойчивости, в точках бифуркации часто небольшое воздействие в определенном пространственно - временном интервале способно порождать (в силу кооперативных эффектов) новые структуры и организации. По словам Я. И. Свирского, «на определенном этапе развития дерева бифуркаций или при возникновении странного аттрактора наступает стадия хаоса, несущая в себе как богатство возможных структур, так и невозможность их полного постижения и реализации» [Свирский 2001: 208]. Аттракторы, притягивающие множество в фазовом пространстве, отличные от состояний равновесия и строго периодических колебаний, получили название странных аттракторов и связываются с проблемой турбулентности [Арнольд 1981: 17]. Таким образом, если в космосе существуют странные аттракторы, то, скорее всего, возможно предсказать их поведение хотя бы с некоторой вероятностью на основе метода экстраполяции синергетического подхода.
Эволюция системы предполагает кооперативный круговорот между системой и управляющими или просто внешними параметрами. Характеристически круговороты начинаются внутри системы, а затем система расслаивается [Галимов 2001: 4]. Кооперативная эволюция предполагает наличие круговорота между макро- и микросоставляющими эволюционирующей системы, усложнение ветвей эволюции. Круговороты материи на всех ступенях своей реализации опираются на некоторый фундамент. В космологии - это физический вакуум, низшее энергетическое состояние квантованных полей, характеризующееся отсутствием реальных частиц [Физика 1999: 61]. Эта среда, способная порождать сопряженные с полями так называемые виртуальные частицы, время существования которых чрезвычайно мало, является базовой формой материи в мире. Выяснилось, что поступательное развитие мегамира возможно при условии, что в этом мире существует феномен, названный П. Дэвисом «тонкой подстройкой Вселенной». При описании свойств объектов микромира физики используют пакет универсальных констант, называемых физическими постоянными. Изменение даже одной физической постоянной в пределах 10-15% в ту или другую сторону привело бы к вырождению Вселенной, в ней не смогли бы образовываться основные устойчивые структуры - ядра, атомы, звезды, галактики [Фейгенберг, Ровинский 2005: 84-85]. В работе С. Д. Хайтуна говорится о нулевой плотности массы Вселенной, поскольку при отличной от нуля плотности массы однородная Вселенная была бы гравитационно неустойчива из-за притяжения ее фрагментов друг к другу. Утверждается, что наша Метагалактика является черной дырой, внутреннее пространство которой замкнуто на себя гравитацией. Существует вероятность того, что наша Метагалактика может перестать быть черной дырой, выйдя в процессе своего расширения за пределы сферы Шварцшильда. Похоже, это и происходит в настоящее время, что служит причиной того, что наблюдаемая плотность Метагалактики столь близка к критической, но все же меньше ее [Хайтун 2004: 76, 83-84].
К 1929 году Хаббл определил расстояние до двух десятков галактик - число достаточно большое, чтобы уже можно было начать поиски каких-то общих закономерностей. И в 1929 году он опубликовал ошеломляющий вывод: все галактики мчатся друг от друга со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию между ними [Уитни 1975: 190]. В 1981 году американскому физику А. Гусу удается использовать «инфляцию» (раздувание) для решения некоторых проблем фридманской теории (классической картины мира релятивистской космологии). Инфляционная теория предска-
зывает, что в результате флуктуации вакуума рождаются «пузырьки»-домены, которые имеют плотные стены в виде крупномасштабных однородностей. Отмечается, что Вселенная в целом никогда не сколлапсирует и возможно вообще не имела первоначальной космологической сингулярности [Павленко 2003: 39, 41, 43]. «По современным представлениям, инфляционному периоду предшествовал период квантового существования Вселенной. В этот период эволюции промежутки времени, короче, чем 10-43
33
сек, и размеры Вселенной, меньше чем 10- см, не могли рассматриваться как непрерывное пространство и непрерывное время... Из-за квантовых флуктуаций в различные моменты времени случайным образом происходит превращение “кипящего вакуума” в отдельные пузыри раздувающихся вселенных. Каждая из них подобна нашей Вселенной, однако разные вселенные могут иметь и разные физические свойства и развиваться по-разному.. .возможен коллапс отдельных пузырей и они снова перейдут в квантовое кипение.. Это вечное кипение, вечное рождение новых вселенных и вечное их умирание» [Новиков 2001: 891-892].
А. Д. Линде ввел понятие вечного раздувания, которое описывает эволюционный процесс, продолжающийся как цепная реакция. Если метавселенная содержит по крайней мере одну раздувающуюся область, она будет безостановочно порождать новые раздувающиеся области. Возникает ветвящаяся структура мини-вселенных, похожая на фрактал [Казютинский 2000: 22-27]. В результате Большого взрыва возник горячий и чрезвычайно плотный сгусток протовещества, в котором невозможно обнаружить различия между частицами, а процесс расширения сгустка определен кинетикой и тормозящим гравитационным взаимодействием частиц. По мере снижения температуры и плотности проявляются различия между кварками, лептонами и бозонами, последовательно возникают и вступают в действие три другие (помимо гравитации) фундаментальных взаимодействия между частицами - сильное, слабое и электромагнитное [Ровинский 2002: 69]. В микромире сегодня различают иерархию четырех уровней сложности микроэлементов. Это кварковый, нуклонный, атомный и молекулярный уровни. Сложность нарастает от квантового к молекулярному уровню. Вселенная является открытой системой, которая будет расширяться в пространстве неограниченное время и рассеивать энергию. Предполагается, что источниками энергии для галактик служат «черные дыры» и квазары. Энергия квазаров обусловлена гравитацией. Центральным механизмом питания энергией квазаров, вероятно, служат черные дыры -коллапсирующие объекты, ничего не выпускающие из себя, включая свет. Однако не все галактики содержат черные дыры [Адамов 2004: 23]. На определенной стадии эволюции гравитационной ловушки, когда плотность материи достигает соответствующего значения, нуклоны перестают существовать и обмен материей прекращается. При достижении критического значения плотности силы отталкивания становятся больше гравитационных и ловушка взрывается. В результате такого взрыва образовалась расширяющаяся Метагалактика [Миессеров 1993: 62]. Энтропия Вселенной состоит главным образом из энтропии излучения. Удельная энтропия Вселенной выражается отношением числа фотонов к числу тяжелых частиц - прежде всего протонов - в единице объема. Это соотношение характеризует степень нагретости. Фотоны в космосе - это в основном фотоны реликтового излучения, испущенного в момент «большого взрыва» и с тех пор остывавшего.
Судьба вселенной зависит от ряда явлений, еще недостаточно изученных. До недавнего времени считалось, что нейтрино, подобно фотонам, не имеет массы покоя. Если они имеют массу покоя, то средняя плотность вещества во Вселенной окажется выше оцениваемой в настоящее время. Между тем Вселенная может неограниченно расширяться - быть открытой, только если плотность вещества меньше некоторого критического значения. В противном случае справедлива закрытая модель Вселенной - дос-
тигнув некоторого конечного размера, Вселенная вновь начнет сжиматься [Волькен-штейн 1986: 108]. Недостаточно изучена и нестабильность протона. Таким образом, флуктуации на микроскопическом уровне ответственны за выбор той ветви, которая возникнет после точки бифуркации, и, стало быть, определяют то событие, которое произойдет [Пригожин: ЦКЪ].
Главной темой обсуждения среди физиков всего мира за последние годы стала возможность объединения всех законов физики. Этому древнему стремлению был дан новый сильный импульс в 70-х годах путем объединения двух из четырех фундаментальных сил физики - слабых и электромагнитных - Стивеном Вайнбергом из Гарвардского университета и Абдусом Саламом из Международного центра теоретической физики в Триесте. Если две оставшиеся силы - сильная, объединяющая атомные ядра, и гравитационная, управляющая небесными и земными телами, - могли бы быть сведены вместе с двумя другими в новую теорию супергравитации, все силы природы были бы объединены. Естественно, что физики были очень возбуждены этой возможностью; кроме того, главными фигурами в истории физики были ученые, создавшие синтетические математические описания явно различных явлений природы: Ньютон объединил земную и небесную гравитацию; Максвелл объединил электричество и магнетизм; Эйнштейн успешно продемонстрировал отношение между электромагнитным явлением - светом и гравитацией, а далее безуспешно искал единую теорию поля для гравитации и электромагнетизма. Вайнберг и Салам, объединяя слабые и электромагнитные силы, были современными лидерами этой традиции. Ученый, который доведет это направление до его логического завершения и объединит все силы природы, станет величайшим физиком всех времен.
Еще в начале XX века в физике появились две основополагающие теории - общая теория относительности Альберта Эйнштейна, которая описывает Вселенную на макроуровне, и квантовая теория поля, которая описывает Вселенную на микроуровне. Однако проблема в том, что эти теории несовместимы друг с другом. Например, для адекватного описания происходящего в черных дырах нужны обе теории, а они вступают в противоречие. Эйнштейн многие годы пытался разработать единую теорию поля, но безуспешно, поскольку игнорировал квантовую механику.
В конце 1960-х годов физикам удалось разработать Стандартную модель, которая объединяет три из четырех фундаментальных взаимодействий - сильное (его носителями являются частицы-глюоны), слабое (переносится векторными или калибровочными бозонами) и электромагнитное (его носителями являются частицы-фотоны). Однако четвертое, гравитационное (его носителями являются гравитоны) взаимодействие, по-прежнему описывается только в терминах общей теории относительности. Стандартная модель не может объяснить, почему одни частицы имеют большую массу, а другие не имеют ее вовсе. Есть гипотеза, что за массу отвечает особая частица - бозон Хиггса (предсказанный шотландским физиком Питером Хиггсом в 1964 году в рамках Стандартной модели). Таким образом, в настоящее время фундаментальные взаимодействия описываются двумя общепринятыми теориями: общей теорией относительности и Стандартной моделью. И, несмотря на предпринимаемые физиками усилия, их объединения пока достичь не удалось. Нет экспериментального подтверждения выдвигаемых гипотез. Проблема в том, что для проведения соответствующих экспериментов нужны энергии, недостижимые на современных ускорителях заряженных частиц.
Согласно Стандартной модели, все элементарные частицы относятся либо к классу лептонов (классу частиц-переносчиков взаимодействия), либо к классу адронов, построенных из кварков. Элементарное и слабое взаимодействия удалось описать как разные проявления единой силы, а все силы, действующие во Вселенной (сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные), при высоких энергиях сливаются воеди-
но и проявляют себя как одна сила. Первыми объединяются слабое и электромагнитное взаимодействия; такое объединение двух сил можно наблюдать даже лабораторно при энергиях, развиваемых современными ускорителями элементарных частиц. Таким образом, концепция коэволюциии самоорганизующихся диссипативных структур - не что иное, как формы круговорота материи в определенной среде, и весьма важно при этом участие двух единых составляющих - макро- и микрофакторов.
Космологическое учение первых философов находит свое отражение в некоторых вопросах современной космологии: в единстве строения элементарных частиц и метагалактик, в возникновении Вселенной из вихря, в антропном космологическом принципе. Ранняя греческая философия называется космологической, потому что философы до Сократа, точнее до софистов, в основном размышляли о философии природы, поднимая следующие вопросы: возникновение Вселенной или многочисленных миров (Анаксимандр, Анаксимен, Ксенофан, Диоген, Левкипп, Демокрит, Эпикур), проблема вечности космоса (Ксенофан, Парменид, Мелисс) или его периодического существования (Анаксимандр, Гераклит), учение о космических элементах, взаимоотношения космоса и человека. А. Турсунов, касаясь идеи однородности природы, или принципа Бруно, указывает, что этот постулат, являющийся краеугольным камнем в гносеологическом основании «проаристотелевского» направления теоретического мышления, называется принципом космологической экстраполируемости [Турсунов 1979: 69-70]. Многие ученые задавались вопросом, можем ли мы «выйти за границы нашего пузыря» и исследовать другие вселенные в Сверхвселенной. Ведь должны существовать другие области, подобные и неподобные нашей. В них могут существовать наблюдатели, подобные земному наблюдателю, а могут и не существовать или существовать, но не подобные [Павленко 2003: 43]. Принцип, организующий Вселенную, должен опираться на присущую самоорганизации информативность. Современное научное знание не только не отрицает, но и дает определенные основания считать, что информационные модели существуют, они вероятные участники основных процессов развития систем [Фейгенберг, Ровинский 2005: 86]. Необходимо создание новой синтетической теории, которая могла бы не только оперировать кооперативными явлениями в больших системах и связанными с ними объемами информации, но и представлять некоторое иерархическое, структурное описание для информационных полей [Самсонов 2003: 125]. Например, произошел Большой взрыв - экстремальное состояние перехода «материя - информационное поле». Материя рождает информацию, которая все больше переходит из невыявленного состояния в выявленное, которое, все увеличиваясь, достигает максимального объема всех знаний об этом мире и, наконец, цикл замыкается [Халилов В. Ш., Халилов И. В. 2007: 23, 26].
Умберто Матурану продолжает оказывать влияние на большинство наук конца двадцатого века своей идеей консенсуального взаимодействия самоорганизующихся систем (Матурана называет эти системы «автопоэтическими», то есть «самотворящи-ми»). Из его работ следует, что реальность, понимаемая как Вселенная, состоящая из независимых сущностей, о которых мы можем вести речь, - это по необходимости фикция, принадлежащая чисто описательной области, и что фактически понятие реальности мы должны применять по отношению именно к этой области описаний, в которой мы как описывающая система взаимодействуем с нашими описаниями, как если бы они были независимыми сущностями. Все это организовано в виде замкнутого каузального кругового процесса, допускающего эволюционные изменения в способе поддержания кругообразности, но не допускающего утраты самой кругообразности [Мату-рана 1996: 103]. Нервная система создает мир, указывая, какие паттерны окружающей среды могут считаться возмущениями и какие изменения возбуждают их в организме. Таким образом, живые системы - это когнитивные системы, а жизнь как процесс пред-
ставляет собой процесс познания. Здесь когнитивная система - это система, организация которой определяет область взаимодействий, где она может действовать значимо для поддержания самой себя, а процесс познания - это актуальное (индуктивное) дей-ствование или поведение в этой области [Матурана, Варела 2001: 40, 149].
Область исследований синергетики до сих пор до конца не определена, так как предмет ее интересов лежит среди различных дисциплин, а основные методы синергетики взяты из нелинейной неравновесной термодинамики. В настоящее время междисциплинарный синтез (новая познавательная модель) находится в стадии становления. Синергетический стиль мышления учитывает нелинейность процессов в природе. Важным моментом синергетической парадигмы является признание существенной роли вероятности и необходимости.
Подводя итог, мы приходим к следующему выводу. Полное единство действий элементов системы (микро- и макрокосмоса) - глобальная кооперация, вместо того сочетания локальной кооперации. С другой стороны, глобальная кооперация сама приобретает хаотический характер, в том смысле, что она непредсказуемым образом меняет свое направление для компенсации хаотических воздействий внешней среды.
Библиографический список
Адамов А. К. Ноосферная философия. Саратов: Научная книга. 2004.
Аристотель. Соч.: в 4 т. М.: Мысль. Т. 3. 1981.
Арнольд В. И. Теория катастроф. М.: Знание. 1981.
ВолькенштейнМ. В. Энтропия и информация. М.: Наука. 1986.
Галимов Б. С. Синергетика и диалектика: новое в теории развития // Философская мысль. 2001. № 2(2). С. 4.
Галимов Б. С. Эволюционная картина природы. Уфа: Китап. 2008.
Казютинский В. В. Инфляционная космология: теория и научная картина мира, Философия науки. Вып. 6., М., 2000. С. 22-27.
Матурана У. Биология познания // Язык и интеллект. М., 1996. С.103.
Матурана У. Р., Варела Ф. Х. Древо познания. Биологические корни человеческого понимания. М., 2001.
Миессеров К. Г. Новый взгляд на образование Солнечной системы и эволюцию Вселенной и новая физическая теория, альтернативная теории относительности Эйнштейна. М.: Машиностроение. 1993.
Новиков И. Д. Инфляционная модель ранней Вселенной // Вестник РАН. 2001. Т. 71. № 10. С. 891-892.
Павленко А. Н. Место «хаоса» в новом мировом «порядке» (методологический анализ оснований хаотической космологии) // Вопросы философии. 2003. №9.
Павленко А. Н. Место «хаоса» в новом мировом «порядке» (методологический анализ оснований хаотической космологии) // Вопросы философии. 2003. №9.
Пригожин И. Послание будущим поколениям. Кость еще не брошена // Институт гуманитарно-инженерных метасистем [Сайт]. ЦКЪ: http://www.creoterika.ru/sdence/synergetic/tribuna.html (дата обращения: 25.08.2010).
Пригожин И. Р. Человек перед лицом неопределенности. Москва - Ижевск: Институт компьютерных исследований. 2003.
Ровинский Р. Е. Самоорганизация как фактор направленного развития // Вопросы философии. 2002. №5.
Самсонов А. Л. Человек и биосфера - проблема информационных оценок // Вопросы философии. 2003. № 6.
Свирский Я. И. Самоорганизация смысла (опыт синергетической онтологии). М.: РАН, Институт философии. 2001.
Турсунов А. Основания космологии. М., 1979.
Уитни Ч. Открытие нашей Галактики. М. 1975.
Фейгенберг И. М., Ровинский Р. Е. Информационная модель будущего как программа развития // Вопросы философии. 2005. № 5.
Физика. Большой энциклопедический словарь. М., 1999. С. 61.
Хайтун С. Д. Фундаментальная сущность эволюции // Вопросы философии. 2001. №2.
Хайтун С. Д. Эволюция Вселенной // Вопросы философии. 2004. № 10.
Халилов В. Ш., Халилов И. В. Информационное поле - нематериальная реальность. М.: Флинта. 2007.
