Современная естественнонаучная картина мира

- корпускулярно-волнового  дуализма квантовых объектов;

- внутренней  структуры вакуума, способной  рождать виртуальные частицы,  и другие подобные новации  придают нынешней картине мира  немножко «безумный» вид. (Впрочем,  когда-то мысль о шарообразности  Земли тоже выглядела совершенно  «безумной»).

 Но  в то же время эта картина  величественно проста, стройна и  где-то даже элегантна.

 Эти  качества ей придают в основном  уже рассмотренные нами ведущие  принципы построения и организации  современного научного знания:

- системность, 

- глобальный  эволюционизм,

- самоорганизация, 

- историчность.

Данные  принципы построения научной картины  мира в целом соответствуют фундаментальным  закономерностям существования  и развития самой Природы.

Системность означает воспроизведение наукой того факта, что Вселенная предстает  как наиболее крупная из известных  нам систем, состоящая из огромного  множества элементов (подсистем) разного  уровня сложности и упорядоченности. Под системой обычно понимают некое  упорядоченное множество взаимосвязанных  элементов. Эффект системности обнаруживается в появлении у целостной системы  новых свойств, возникающих в  результате взаимодействия элементов (атомы водорода и кислорода, например, объединенные в молекулу воды, радикально меняют свои обычные свойства). Другой важной характеристикой системной организации является иерархичность, субординация — последовательное включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней. Системный способ объединения элементов выражает их принципиальное единство: благодаря иерархичному включению систем разных уровней друг в друга каждый элемент любой системы оказывается связан со всеми элементами всех возможных систем. (Например: человек — биосфера — планета Земля — Солнечная система — Галактика и т. д.) Именно такой принципиально единый характер демонстрирует нам окружающий мир. Подобным образом организуются и научная картина мира, и создающее ее естествознание. Все его части ныне теснейшим образом взаимосвязаны — сейчас уже нет практически ни одной «чистой» науки. Все пронизано и преобразовано физикой и химией.

Глобальный  эволюционизм — это признание  невозможности существования Вселенной  и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции. Эволюционирующий характер Вселенной, кроме того, свидетельствует  о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть историческое следствие глобального эволюционного  процесса, начатого Большим взрывом.

Самоорганизация — наблюдаемая способность материи  к самоусложнению и созданию все  более упорядоченных структур в  ходе эволюции. Механизм перехода материальных систем в более сложное и упорядоченное  состояние, по-видимому, сходен для  систем всех уровней. Эти принципиальные особенности современной естественнонаучной картины мира и определяют в главном  ее общий контур, а также сам  способ организации разнообразного научного знания в нечто целое  и последовательное.

 Однако  есть еще одна особенность  современной научной картины  мира, отличающая ее от прежних  вариантов. Она заключается в  признании историчности, а следовательно, принципиальной незавершенности настоящей, да и любой другой научной картины мира. 

1. Глобальный  эволюционизм

Появление принципа глобального эволюционизма означает, что в современном естествознании утвердилось убеждение в том, что материя, Вселенная в целом и во всех ее элементах не могут существовать вне развития.

Это принципиально  новый для естествознания взгляд на вещи, хотя сама идея эволюции родом  из XIX в. Наиболее сильно она прозвучала, как известно, в учении Ч. Дарвина о происхождении видов. (Справедливости ради надо отметить, что Дарвину принадлежит не столько идея эволюции, сколько предложенный механизм ее осуществления; эволюционные представления обсуждались и раньше.) Данная концепция легла в основу рождавшейся теоретической биологии. Эволюционное учение оказало сильнейшее влияние на умы современников Ч. Дарвина, однако перебраться через пропасть, отделявшую науки о живом от наук о неорганическом мире, в XIX в. оно так и не сумело, ограничив свое действие растительным и животным миром. Пожалуй, лишь в социологии была сделана попытка прямого переноса дарвиновских идей (Г. Спенсер), но это было уже за пределами естествознания. Классические же фундаментальные науки, составлявшие основу ньютоновской картины мира, остались совершенно не затронутыми ни буквой, ни духом эволюционного учения. Вселенная в целом представлялась равновесной и неизменяемой. А поскольку время ее существования бесконечно, то вполне вероятен шанс появления в результате случайных локальных возмущений наблюдаемых неравновесных образований с заметной организацией своих структур (галактик, планетных систем и т.д.).

  Точно таким же «противоестественным»  явлением, или артефактом (от лат. arte — искусственно и factus — сделанный), выглядело появление жизни на нашей планете. И по всему выходило, что такого рода «отклонения» в существовании Вселенной — явления временные и со всем остальным космосом никак не связанные. Таков был довольно грустный итог естественнонаучной картины мира в XIX в.

   В XX в. все радикально поменялось. Первую крупную брешь в антиэволюционном настрое классической физики пробило в начале 20-х годов открытие расширения Вселенной, или иначе — ее нестационарности. Но если Вселенная расширяется, галактики разбегаются друг от друга, то встает вопрос о силах, сообщивших галактикам начальную скорость и необходимую для этого энергию. Современное (конца XX в.) естествознание считает, что оно может ответить на этот вопрос. Таким ответом является теория Большого взрыва, воспроизводящая процессы зарождения нашей Вселенной из некоего исходного состояния и ее последующей эволюции, приводящей в конечном счете к ныне наблюдаемому облику. Эта теория более или менее прочно утвердилась в естествознании в 70-е годы (хотя сама идея была предложена еще в 40-е).

Не вдаваясь в детали (они будут изложены в  следующих главах), подчеркнем радикальное обновление наших представлений об устройстве мироздания: Вселенная нестационарна, она имела начало во времени, следовательно, она исторична, т.е. эволюционирует во времени. И эту 15-миллиардолетнюю эволюцию в принципе можно реконструировать. Таким образом, идея эволюции прорвалась в физику и космологию. Но не только в них. В последние десятилетия благосклонное отношение к эволюционным представлениям начала проявлять и химия.

  До  сей поры проблема «происхождения видов» вещества химиков не волновала. Однако ситуация изменилась, когда концепция Большого взрыва указала на историческую последовательность появления во Вселенной различных элементов. Ведь в первые мгновения жизни Вселенной в ней было так горячо, что ни один из компонентов вещества (атомы, молекулы) не мог существовать. Лишь в конце первых трех минут образовалось небольшое количество ядерного материала (ядер водорода и гелия), а первые «нормальные», целые атомы легких элементов возникли через несколько сотен тысяч лет после взрыва. Так что звезды первого поколения начинали жизнь с ограниченным набором легких элементов, из которых в результате самопроизвольного синтеза и вышло впоследствии все разнообразие таблицы Менделеева. Так что в ней, возможно, зафиксирована не только структурная упорядоченность химических элементов, но и реальная история их появления.

  Еще более любопытная картина обнаруживается при наложении идеи эволюции на процесс образования сложных молекулярных соединений. Привычная нам дарвиновская эволюция показывает непрерывное нарастание сложности организации растительных и животных организмов (от одноклеточных до человека) через механизм естественного отбора. Миллионы видов были отбракованы этим механизмом, остались лишь самые эффективные. Поразительно, но нечто похожее, по-видимому, происходило и тогда, когда природа только «готовилась» к порождению жизни. Об этом говорит тот факт, что из более чем ста известных химических элементов основу всего живого составляют только шесть: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая доля в живых организмах составляет 97,4%. Еще 12 элементов дают примерно 1,6%.

Мир собственно химических соединений не менее диспропорционален. Ныне известно около 8 млн химических соединений, 96% из них — это органические соединения, составленные из все тех же 6—18 элементов. Из всех же остальных химических элементов природа почему-то создала не более чем 300 тыс. неорганических соединений. Столь разительные несоответствия невозможно объяснить различной распространенностью химических элементов на Земле или даже в космосе. Она совсем другая. Так что налицо совершенно очевидный «отбор» химических элементов, свойства которых (прочность и энергоемкость образуемых ими химических связей, легкость их перераспределения и т.п.) «дают преимущество» при переходе на более высокий уровень сложности и упорядоченности вещества.

  Действие  механизма отбора просматривается  и на следующем «витке» эволюции: из многих миллионов органических соединений в построении биосистем заняты лишь несколько сотен, из ста известных аминокислот для составления белковых молекул живых организмов природой использовано только двадцать и т.д. На такого рода факты и опираются представления о «предбио-логической эволюции», т.е. эволюции химических элементов и соединений.

  Уже сформулированы первые теории химической эволюции как саморазвития каталитических систем. Конечно, в этой области еще очень много неясного, малообоснованного и т.д., но важен сам факт «обращения» современной химии в «эволюционную веру».

  В XX в. эволюционное учение интенсивно развивалось и в рамках самой его прародительницы — биологии. Современный эволюционизм в научных дисциплинах биологического профиля предстает как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и даже биогеоценотическом. Наиболее выдающиеся успехи достигнуты, конечно, на молекулярно-генетическом уровне: расшифрован генетический механизм передачи наследуемой информации, выяснены роль и структура ДНК и РНК, найдены методы определения последовательностей нуклеотидов в них и т.п. Синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма) развела процессы микроэволюции (на уровне популяций) и макроэволюции (на надвидовых уровнях), установила в качестве элементарной эволюционной единицы популяцию и т.д. Таким образом, именно дарвиновская концепция эволюции стала тем основным руслом, в которое вливаются многочисленные потоки разнородного специализированного биологического знания.

  Идея  эволюции праздновала успех и  в других областях естествознания: в геологии, например, окончательно утвердилась концепция дрейфа континентов; а такие науки, как экология, биогеохимия, антропология, были изначально «эволюционны».

Таким образом, современное естествознание вправе выбросить лозунг: «Все существующее есть результат эволюции!». Укорененность в нынешней научной картине мира представления о всеобщем характере эволюции является ее главной отличительной чертой.

  В биологии концепция эволюции имеет  давние устойчивые традиции. А вот физика и химия к таким идеям только привыкают. Облегчить этот процесс, видимо, призвано новое междисциплинарное научное направление (70-х годов рождения) — синергетика. Она претендует на то, что способна описать движущие силы эволюции любых объектов нашего мира. 
 

2. Синергетика

Появление синергетики в современном естествознании инициировано, скорее всего, подготовкой глобального эволюционного синтеза всех естественно-научных дисциплин. Эту тенденцию в немалой степени сдерживало такое обстоятельство, как разительная асимметрия процессов деградации и развития в живой и неживой природе. Дело в том, что в классической науке (XIX в.) господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию, что в энергетическом смысле и означало неупорядоченность, т.е. хаос. Такой взгляд на вещи сформировался под воздействием образцовой физической дисциплины — равновесной термодинамики.

Эта наука  занимается процессами взаимопревращения  различных видов энергии. Ею установлено, что взаимные превращения тепла и работы неравнозначны. Работа может полностью превратиться в тепло трением или другими способами, а вот тепло полностью превратить в работу принципиально невозможно. Это означает, что во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует выделенная самой природой направленность. Знаменитое второе начало (закон) термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему».

Закон сохранения и превращения энергии (первое начало термодинамики) в принципе не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии сохранялось в прежнем объеме. Но в реальности такого никогда не происходит. Вот эту-то односторонность, однонаправленность перераспределения энергии в замкнутых системах и подчеркивает второе начало.

  Для отражения этого процесса в термодинамику  было введено новое понятие — энтропия. Под энтропией стали понимать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: «При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает».