Старение и смерть с позиции современной концепции ноосферы Текст научной статьи по специальности «Философия, этика, религиоведение»

УДК: 392.9

СТАРЕНИЕ И СМЕРТЬ С ПОЗИЦИИ СОВРЕМЕННОЙ КОНЦЕПЦИИ НООСФЕРЫ

Богомолов А.И.

Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации, г. Москва

Во многой мудрости много печали; и кто умножает познания, умножает скорбь.

Царь Соломон

Аннотация. В статье рассматривается информационно-энтропийная модель старения и смерти живой системы (человека), находящейся в состоянии устойчивого неравновесия (теория Э. Бауэра). Информация в модели рассматривается как «жизненная сила» или «жизненность». Ноосфера рассматривается как внешний источник «полезной» для живой системы информации в схеме Шеннона приёма-передачи информации, а «шум», как следствие возрастания со временем энтропии в живой системе в соответствии с принципом минимума производства энтропии И. Пригожина (на стадии роста организма) и принципом максимума производства энтропии (MEPP) на стадии старения. Являясь нелинейной, живая система (человек) в особой точке перехода от роста к старению в соответствии с теоремой Ляпунова теряет устойчивость, что приводит к негативным изменениям в «траектории жизни». Соотношение «полезной» информации и «шума» определяют два взаимосвязанных механизма преодоления старости и продления молодости.

Ключевые слова: старение, информация, энтропия, ноосфера, негентропия, принципы минимума и максимума производства энтропии, устойчивость

AGEING AND DEATH FROM THE POSITION OF THE MODERN NOOSPHERE'S CONCEPT

Bogomolov A.I.

Financial University under the Government of the Russian Federation, Moscow

In many wisdom there is a lot of grief; and who multiplies knowledge, multiplies grief.

Tsar Solomon

Abstact.The article discusses the information-entropy model of aging and death of a living system (human) in the state of stable disequilibrium theory (E. Bauer). The information model is considered as the "life force" or "vitality". The noosphere is considered as an external source of "useful" to a living system of information in Shannon's scheme of reception and transmission of information and "noise" as a result of increase with time of the entropy in a living system in accordance with the principle of minimum production of entropy I. Prigogine (at the stage of growth of the organism) and the principle of maximum entropy production (MEPP) at the stage of aging. Being nonlinear, living system (human) at the singular point of transition from growth to aging, in accordance with Lyapunov's theorem loses its stability, leading to a negative change in the «trajectory of life». The ratio of "useful" information and "noise" is determined by two related mechanisms: overcoming of old age and youth

Keywords: aging, information, entropy, noosphere, negentropy, the principles of minimum and maximum entropy production, stability

Почему человек стареет? Почему у каждого человека, у одних раньше, у других позже, начинаются закономерные возрастные изменения, снижающие адаптационные возможности организма и увеличивающие вероятность смерти? Почему мы не можем оставаться вечно молодыми (рис. 1)?

Почему в детстве человек развивается быстрее, усваивает материал «на лету» и качественнее, чем в зрелые годы? Почему в детстве время течет медленно, а в старости — быстро? Почему дети спят несколько раз в сутки? Почему в большинстве случаев наивысшие достижения в культуре, науке, спорте сделаны в возрасте 20-40 лет? Почему «молодым» считается ученый до 35 лет? Почему все живые существа смертны (рис.2)?

Рисунок 2 - Смерть ждёт каждого человека

Почему никакими средствами не удается существенно продлить жизнь? Даже Британская Королева-Мать, которая вредным привычкам подвержена не была, имела лучших в мире врачей, тем не менее не прожила больше 102 лет? Почему лучшим периодом для рождения здоровых детей считается возраст матери 20-35 лет? Почему болезни более опасны в раннем детстве и в преклонном возрасте?

Наверное, во все времена люди пытались ответить на эти вопросы. Но научный подход к проблеме старения и смерти оформился относительно недавно, лет за 200 до нашего времени. Успехи естествознания, молекулярной биологии, генетики и других наук позволили сформировать гипотезы о старении, опирающиеся на достигнутые знания и современные технологии получения данных о живой материи [1,4,6].

Процесс старения затрагивает все уровни организации живого. На молекулярном уровне происходит накопление изменений в молекулах ДНК, меняется синтез РНК и белков, нарушается энергетический обмен и т. д. На клеточном уровне уменьшается митотическая активность клеток, нарушается транспорт веществ через мембрану и, следовательно, изменяется функционирование клеточных органоидов. На уровне целого организма, как следствие изменений, происходящих на молекулярном и клеточном уровнях, ослабляются функции нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и других систем организма.

Существует несколько признанных научным сообществом гипотез о механизмах старения. Согласно одним, старение - запрограммированный процесс, в результате которого активность генома снижается с возрастом. Другие предполагают, что старение происходит вследствие накопления повреждений генетического аппарата клетки в ходе онтогенеза. В работе [6] исходными предпосылками при построении модели старения являются предположения о том, что «внутреннее» и «астрономическое» времена «текут» по различным законам, что приводит к старению живой системы.

Первая осознанная четкая математическая модель старения была создана около 200 лет тому назад Б. Гомперцом [2]. Она до сих пор наиболее точно описывает смертность человека и, видимо, большинства других организмов. В основу ее было

положено очень древнее представление о потере в течение жизни общей жизнеспособности организма -"жизненной силе" ("энтелехии" Аристотеля), которая имеет тенденцию только растрачиваться со временем для любого родившегося организма.

Б. Гомперц предположил, что жизнеспособность снижается во времени пропорционально ей самой, что увеличивает вероятность смерти. Согласно закону Гомпертца, (иногда законом Гомпертца — Мейкхама) вероятность смерти за фиксированный короткий промежуток времени после достижения возраста х составляет:

р = а + Ьх {Шзр1ауз1у1е р=а+Ьх} (1)

где х — возраст, а р — относительная вероятность смерти за определённый промежуток времени, а и Ь — коэффициенты.

Б. Гомперц связывал старение организма с увеличением его энтропии, которая служит мерой неупорядоченности любой системы. А. Комфорт в "Биологии старения" (1967) пишет о том, что " жизненность" на современном уровне понимания может быть сведена к достаточно конкретному, хотя и не вещественному субстрату - "в настоящее время представляется вполне вероятным, что информация, содержащаяся в клетках, и есть... " биологическая энергия" [3].

Таким образом, содержательная интерпретация понятия "жизнеспособности" с самого начала сводилась и сводится в настоящее время не столько к вещественному наполнению ("энтелехия" древних), сколько к энергетическому и информационному содержанию.

Этот уровень рассмотрения позволяет понять, что стоит за "жизнеспособностью", приписываемой не только всему организму, но и каждому его элементу. Действительно, "старой" является каждая часть старого организма, но тогда возникает вопрос - какая характеристика, общая для самых разнообразных структурных элементов организма, может отражать эту жизнеспособность и величину, ей обратную -уровень старения, для самих молекул и их комплексов, химических реакций и т.п.

Такими общими характеристиками с точки зрения больших систем могут быть энтропия и информация. Существует модель старения, объясняющая этот процесс как спонтанную потерю и изменение информации [4]. Согласно этой модели, существуют как минимум два механизма, совместно вносящие свой вклад в старение целостного организма. Первый механизм связан с изменением обмена организма с внешней средой информацией, энергией, веществом, а второй механизм связан с ухудшением информационного взаимодействия самых разных структурных элементов в организме. Оба механизма являются конкретизацией процесса спонтанной утраты информации в системе, за которым следует ее материальная и энергетическая деградация.

Основным и единственным источником внешней информации, поступающей к человеку мы будем считать ноосферу или информационное поле. В работе [5] достаточно подобно исследуется само это понятие,

история его возникновения и развития. Согласно концепции ноосферы разумность, сознательность, духовность распространяются и на безграничную Вселенную (Космический Разум), и на отдельные формы движущейся материи — как известные, так и гипотетические: энергоинформационное поле, четвертое и последующие измерения пространства, физический вакуум, атомные и субатомные структуры. В соответствии с таким подходом, вся разумная сторона Мироздания (Космоса) — это и есть ноосфера. При этом неизбежно и вполне естественным образом размываются на первый взгляд, казалось бы, непреодолимые грани между наукой и мистикой, философией и богословием. Сказанное, однако, следует понимать лишь в том смысле, что религиозная и оккультная эзотерика затрагивают те же самые проблемы, из коих сложилась концепция биосферы и ноосферы.

Именно таких взглядов придерживался К.Э. Циолковский [7]. Если перевести его научные откровения — иначе их не назовешь — на современный био- и ноосферный язык, то получается,

что биосфера и ноосфера существовали и будут существовать всегда.

Человек, как аналог Вселенной, в процессе своего развития, также создаёт информацию и знания, которые пополняет ноосферу. Мы будем рассматривать жизненный цикл человека, состоящим из двух различных этапов, разделяемых границей во времени: этапа роста и этапа старения. На этапе (стадии) роста организма «жизненность», т.е. информация, приходящая в живую систему из ноосферы по мере роста организма постепенно уменьшается.

Реализация программы роста организма человека, то есть использование информации, заложенной в генах для повышения степени разнообразия самых разных структурных элементов и связей в организме, приводит к появлению и увеличению «шума», препятствующему получение информации из ноосферы. Взаимодействие этих двух процессов укладывается в классическую схему К. Шеннона приёма - передачи информации (рис. 3).

Рисунок 3 - Схема К. Шеннона приёма-передачи информации

Исходя из этой схемы, мы будем рассматривать процесс старения как постепенное «подавление шумом» притока новой информации к человеку из ноосферы, что приводит к уменьшению «жизненности» («энтелехии» по Аристотелю), то есть полезной информации в организме. Источником шума являются внутренние процессы,

запрограммированные при создании человека как вида. Информация контролирует потоки вещества и энергии, входящие в систему (организм) и выходящие из нее, и изменение баланса между информацией, поступающей из ноосферы и шумом, фактически означает снижение возможности отбора "нужной" вещественной и энергетической основы для строительства своей структуры и снижение распознавания и вывода " чужого" вещества и энергии - то есть, отражает известный механизм старения -«накопление шлаков».

В процессе роста и усложнения структуры организма происходит увеличение «шума» в системе за счёт "мутации" материальных носителей информации - ДНК, белков и других структурных уровней материальных носителей информации. Накопление мутаций приводит к снижению скорости клеточного самообновления и снижению эффективности иммунного надзора с возрастом. Мутации увеличивают риск возникновения опухолей, что вносит значительный вклад в причины смертности для млекопитающих вообще и человека в особенности.

Так как мутации возможны самые разнообразные, то фактически за счет этого же механизма мы имеем и второе характерное для старения следствие: увеличение разнообразия исходно однородных структур. Увеличение разнообразия структур -появление большого количества "чужой" информации.

Появление «шума», его информационная сущность, не могут быть объяснены без привлечения таких понятий как энтропия и негентропия, анализа их динамики в процессе роста, развития и старения организма. В работе [8] энтропия прямо определена через информацию, которая, в свою очередь, тесно связана с вероятностью события:

S = A LnW + B, (2)

где А и В - коэффициенты, а W - вероятность события. Под событием мы будем понимать элементарное изменение какого-либо элемента (параметра) системы (организма).

Понятие негентропии ввёл Л. Бриллюен, который показал связь негентропии с информацией [9]. Он считал, что негэнтропия есть информация и что информация и энтропия должны рассматриваться совместно и не могут рассматриваться порознь. Энтропия есть мера недостатка информации о системе. Следует отметить, что Л. Бриллюэн различал между собой свободную информацию и связанную информацию, и считал, что «только связанная информация» будет представлять негэнтропию. Эта «связанная информация» образует поле негентропии

(ноосферу), которое присутствует на всех уровнях иерархии систем и способствует созданию неких сил, препятствующих тенденции повышения беспорядка и способствующих усложнению структур и связей систем. Для ясности мы будем называть эту связную информацию - «мысль-образ». Эта «связанная информация», как мы считаем, поступает в организм из ноосферы.

Ноосферу можно рассматривать как поле негентропии или информационное воле, в котором возникают, содержатся и распространяются мысли-образы (МО) живых существ Вселенной, в том числе и человека. По мнению многих учёных мысли-образы ноосферы человеческий мозг воспринимает как приёмник, перерабатывает и отправляет обратно в ноосферу.

Жизнь, как полагают, является негэнтропичной, потому что потребляет то, что имеет меньшую упорядоченность (мёртвая пища) и превращает это в то, что имеет большую упорядоченность (клетки в теле, тканях и органах). Но главный механизм возрастания негентропии, на наш взгляд, связан с увеличением количества информации поступающей из ноосферы и перерабатываемой мозгом. Рассматривая человека как открытую систему, мы можем сказать, что с усложнением организма по мере его роста растёт и его негентропия. Но в Природе (подразумевая под ней в том числе и Космос, и ноосферу), существует и процесс противоположный возрастанию негентропии. Это процесс возрастания энтропии, связанный с ухудшением «качества» энергии.

Энтропии, которой практически с момента ее появления придавали некий полумистический смысл в "управлении миром", исторически выпала роль величины, описывающей развитие неравновесных, диссипативных процессов.

Понятия энтропии и ее производства при равновесных и неравновесных процессах не только составляют основу современной термодинамики и статистической физики, но также всегда были в центре различных мировоззренческих дискуссий об эволюции окружающего нас мира, направлении течения времени и т.п. Этими вопросами занимались очень многие выдающиеся ученые, среди которых были Р. Клаузиус, Л. Больцман, Дж. Гиббс, Л. Онзагер.

И. Пригожин в 1947 году доказал так называемый принцип минимума производства энтропии [10]. Значительно менее известным (даже среди специалистов, занимающихся физикой неравновесных процессов) является так называемый принцип максимума производства энтропии (МЕРР) [11]. Этот, как следует из названия, антипод принципа Пригожина, очень долго находился в тени своего более знаменитого близнеца. МЕРР независимо выдвигался и использовался несколькими учеными на протяжении XX столетия как при разработке общих теоретических вопросов термодинамики и статистической физики, так и для решения конкретных задач. Суть этого принципа состоит в том, что неравновесная система развивается так, чтобы максимизировать свое

производство энтропии при заданных внешних ограничениях.

«Шум» обусловлен двумя взаимосвязанными процессами производства энтропии в открытой неравновесной системе, которой является человек в процессе своего развития и старения. Один процесс связан с принципом минимума производства энтропии (И. Пригожин), другой с принципом максимума производства энтропии (МЕРР). Следствием принципа минимума производства энтропии является то, что рассматриваемая Пригожиным система в неравновесном состоянии является стационарной. Принцип минимума Пригожина для

термодинамической системы можно записать в виде:

(3)

где Ji - термодинамические плотности потоков; Xi - термодинамические силы (индекс i в зависимости от условий задачи используется для обозначения как различных потоков, так и компонент векторов), Rik -матрица коэффициентов.

Л. Онзагер предложил линейную связь между термодинамическими потоками и силами [5-9] в виде

(4)

где Lik - матрица кинетических коэффициентов, не зависящих от Ji и Хк.

Представляя в выше рассмотренной модели вместо термодинамических потоков потоки информации, а вместо термодинамических сил градиенты изменения внутренней информации живой системы, получим информационно - энтропийную модель на стадии роста организма. Аналогичный подход к модели стадии старения организма может применён на основе принципа МЕРР.

МЕРР является естественным обобщением второго начала термодинамики на неравновесные процессы. МЕРР и принцип минимума производства энтропии не противоречат друг другу. Второй является следствием первого. В математической форме принцип максимального производства энтропии можно представить как

(5)

где д - множитель Лагранжа, с - вариация выражения в скобках. Как уже указывалось, индексы могут обозначать как различные термодинамические силы (потоки), так и их пространственные компоненты. Принцип, приведенный выше, можно также сформулировать и в силовом пространстве для случая, когда производство энтропии зависит только от Хк и потоки заданы. В информационно -энтропийной модели термодинамические потоки в (5) также заменяются на информационные.

На стадии роста организма преобладает процесс с минимумом производства энтропии, на стадии

старения процесс с максимумом производства энтропии. Так как в неравновесной системе обязательно имеют место автоколебания, то можно предположить, что «шум», достигая определённого уровня, способствует в определённый момент появлению стохастического резонанса, следствием которого и будет переход процесса производства энтропии от минимума к максимуму. Эта точка перехода и есть та граница в жизни живой системы (человека), которая разделяет развитие от старения.

Живые системы постоянно находятся в состоянии термодинамического неравновесия. Э. Бауэром был сформулирован принцип устойчивого неравновесия живых систем, согласно которому за счёт своей свободной энергии производят работу против ожидаемого равновесия.

Позже теория Э. Бауэра была полностью подтверждена работами И. Пригожина, Г. Хакена и Р. Тома. Как утверждает И. Пригожин: «...и биосфера в целом, и ее различные компоненты, живые или неживые, существуют в сильно неравновесных условиях. В этом смысле жизнь, заведомо укладывающаяся в рамки естественного порядка, предстает перед нами как высшее проявление происходящих в природе процессов самоорганизации» [10].

Из принципа максимума производства энтропии следует, что скорость стремления системы к состоянию с максимальной энтропией наибольшая. Система в каждый момент времени так подбирает свой поток при фиксированных силах (потоках), чтобы изменение энтропии было наибольшим и соответственно движение к конечному состоянию происходило наискорейшим образом.

В теоретической биологии принципы, сходные с МЕРР, появились также достаточно давно. Так, А. Лотка в 1922 г. Высказал предположение, что эволюция происходит в таком направлении, чтобы сделать общий поток энергии через систему максимальным среди всех систем, совместимых с существующими ограничениями [11]. Широкое использование производства энтропии, а не энергии при формулировке критериев развития началось после работы И. Пригожина и Д. Виам (1946) [12]. В этой работе они предположили, что соотношения термодинамики линейных необратимых процессов и, в частности, принцип минимума производства энтропии применимы для описания процессов развития и роста организмов. При этом также было предложено оценивать производство энтропии по тепловыделению, которое в свою очередь связано с интенсивностью потребления кислорода. Обсуждение данного принципа для биологических систем и результаты многочисленных измерений можно найти в работах А. Зотина [13]. Обсуждение принципа максимальности производства энтропии в физике и смежных областях можно найти в работе [14].

«Живая система» (человек) является нелинейной системой, находящейся в состоянии устойчивого неравновесия. Если представить её движение во времени в виде условной «траектории жизни» (рис. 4),

то в точке перехода от минимума производства энтропии к максимуму производства энтропии меняется знак её производной, что, как доказал Ляпунов [15], приводит к потере устойчивости системы. Потеря устойчивости «траектории жизни» означает её неумолимое приближение к смерти.

Рисунок 4 - Устойчивость «траектории жизни» по Ляпунову

Периодическое преобладание того или иного процесса над противоположным процессом ведёт либо к развитию системы (человек, Космос, ноосфера, животный или растительный организм), либо к его смерти.

Так наша Вселенная развивается, растёт и расширяется, усложняется её информационная структура, но рано или поздно наступит и её неизбежная смерть. Точно также происходит и с человеком, который сам является индивидуальной копией Вселенной (рис. 5).

Вселенная устроена так, что по мнению многих учёных, её законы и параметры подобраны под существование жизни и если бы они были иные, то жизнь не смогла бы существовать. К таким параметрам (константам) относятся, например, постоянная тонкой структуры, гравитационная постоянная Ньютона, энергия Хартри, планковское время, магнитная постоянная, скорость света и другие. Так как жизнь во Вселенной имеет космический статус, то логично предположить, что и длительность жизни человека, как представителя вида также является константой, например, 100 лет. Индивидуальные отклонения в ту или иную сторону вероятны, но тем менее вероятны, чем больше эти отклонения. Превысить этот предел для человечества как вида возможно лишь в том случае, если оно перейдёт в другой вид или стадию, например, в стадию «лучевого человечества» (К.Э. Циолковский).

Из вышеприведенной модели следует наличие двух механизмов сохранения молодости и борьбы со смертью. Первый, общепризнанный и широко распространённый в геронтологии, признаёт необходимым уменьшение «шума» или устранение «повреждений» живой системы на всех уровнях её иерархии, начиная от суб- молекулярных до органов, а также «исправление» внутренней информации, записанной в генах. Второй, гораздо менее признанный научным сообществом, признаётся основным в религиозных и эзотерических учениях и основан на «хорошем» взаимодействии с Вселенским Разумом (Богом). Информационно-энтропийная модель, в которой внешний поток жизненной

информации в организм человека обусловлен ноосферой, также говорит о возможности продления жизни и улучшении её качества не только за счёт подавления «шума», но и улучшения приёма информации из ноосферы. Эта модель может быть формализована и экспериментально проверена, что говорит о её научности и возможности получения принципиально нового знания о механизмах старения и обнаружения новых возможностях сохранения

Рис.5. Зависимость вероятности смерти от возраста Список использованных источников

1. В.Ф. Демьянов. Математическая модель развития и старения. Успехи геронтологии. 2005, вып. 17.

2. Википедия.Закон смертности Гомпертца-Мейкхама. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/923652.

3. Комфорт А. 'Биология старения' - Москва: Мир, 1967 - с.340

4. Крутько В.Н., Донцов В.И. Системные механизмы и модели старения. URSS. 2008. 336 с. ISBN 978-5-382-00632-1.

5. Богомолов А.И. Волны вероятности и время. Журнал «Хроноэкономика», вып. 2, 2016, URL: http://hronoeconomics.ru

6. Теоретические модели старения.URL: http://biofile.ru/bio/19654.html

7. Философские идеи К.Э.Циолковского. URL: http://just-kids.ru/füosofija/?id=31

8. Волченко, В. Н. Информационная модель сознания в номогенезе: философский, естественнонаучный и социально психологический аспекты. URL:http://zavantag.com/docs/3451/index-154607-11.html

9. Научное познание и информация. URL: http ://icefoto. narod.ru/brilluen. htm

10. Пригожин И. Введение в термодинамику неравновесных процессов. М.: Изд-во иностр. лит., 1960. 127 с

11. Лотка А. URL: http://demography.academic.ru/1927

12. Prigogine I., Wiame J.M. // Experientia. 1946. V. 2(11). P. 451.

13. Зотин А. И., Зотин А. А. Направление, скорость и механизмы прогрессивной эволюции. - М.: Наука, 1999

14. Мартюшев Л.М., Селезнев В.Д.. Принцип максимальности производства энтропии в физике и смежных областях. / Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006, 83 с. URL: http ://www. chronos.msu. ru/old/RREPORTS/Martyu shev_Seleznev.pdf

15. Устойчивость по Ляпунову: основные понятия и определения. URL: http://mathhelpplanet.com/static.php?p=ustoichivost-po-lyapunovu

молодости.