10751 (600441), страница 3
Текст из файла (страница 3)
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». Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это — наиболее простое состояние системы, или состояние термодинамического равновесия, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу [6].
Общий итог достаточно печален: необратимая направленность процессов преобразования энергии в изолированных системах рано или поздно приведет к превращению всех видов энергии в тепловую, которая рассеется, т.е. в среднем равномерно распределится между всеми элементами системы, что и будет означать термодинамическое равновесие, или полный хаос. Если наша Вселенная — замкнута, то ее ждет именно такая незавидная участь. Из хаоса, как утверждали древние греки, она родилась, в хаос же, как предполагает классическая термодинамика, и возвратится.
Возникает, правда, любопытный вопрос: если Вселенная эволюционирует только к хаосу, то, как же она могла возникнуть и сорганизоваться до нынешнего упорядоченного состояния? Однако этим вопросом классическая термодинамика не задавалась, ибо формировалась в эпоху, когда нестационарный характер Вселенной даже не обсуждался. В это время единственным немым укором термодинамике служила дарвиновская теория эволюции. Ведь предполагаемый этой теорией процесс развития растительного и животного мира характеризовался его непрерывным усложнением, нарастанием высоты организации и порядка. Живая природа почему-то стремилась прочь от термодинамического равновесия и хаоса, Такая явная «нестыковка» законов развития неживой и живой природы, по меньшей мере, удивляла.
Удивление это многократно возросло после замены модели стационарной Вселенной на модель развивающейся Вселенной, в которой ясно просматривалось нарастающее усложнение организации материальных объектов — от элементарных и субэлементарных частиц в первые мгновения после Большого взрыва до наблюдаемых ныне звездных и галактических систем. Ведь если принцип возрастания энтропии столь универсален, как же могли возникнуть такие сложные структуры? Случайным «возмущением» в целом равновесной Вселенной их уже не объяснить. Стало ясно, что для сохранения непротиворечивости общей картины мира необходимо постулировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции.
Эти противоречия привели к формированию синергетики [6].
Глава 3. Обоснование универсального эволюционизма.
3.1 Теория нестационарной Вселенной.
Определяющее значение в утверждении универсального эволюционизма как принципа построения современной общенаучной картины мира сыграли три важнейших концептуальных направлений: во-первых, теория нестационарной Вселенной; во-вторых, синергетика; в-третьих, концепция биосферы и ноосферы [10].
Теория нестационарной Вселенной ввела следующие представления о космической эволюции: примерно 15-20 млрд. лет назад из точки сингулярности в результате Большого взрыва началось расширение Вселенной, которая вначале была горячей и очень плотной, но по мере расширения охлаждалась, а вещество во Вселенной по мере остывания конденсировалось в галактики. Последние, в свою очередь, разбивались на звезды, собирались вместе, образуя большие скопления. В процессе рождения и умирания первых поколений звезд происходил синтез тяжелых элементов. После превращения звезд в красные гиганты, они выбрасывали вещество, конденсирующееся в пылевых структурах. Из газово-пылевых облаков образовывались новые звезды, и возникало многообразие космических тел[2]. Теория Большого взрыва рисовала картину эволюции Вселенной в целом. В ее истоках лежало открытие А.А.Фридмана. Анализируя «мировые уравнения» Эйнштейна, описывающие метрику четырехмерного искривленного пространства-времени, А.А.Фридман нашел нестационарные решения мировых уравнений и предложил три возможных модели Вселенной. В двух из них радиус кривизны пространства должен был расти и Вселенная, соответственно, расширяться; третья модель предлагала картину пульсирующей Вселенной с периодически меняющимся радиусом кривизны[3,10].
Модель расширяющейся Вселенной вела к трем важным предсказаниям, которые впоследствии оказалось возможным проверить путем эмпирических наблюдений. Речь идет, во-первых, о том, что по мере расширения Вселенной галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними; во-вторых, эта модель предсказывала существование микроволнового фонового излучения, пронизывающего всю Вселенную и являющуюся реликтовым остатком его горячего состояния в начале расширения, в-третьих, данная модель предсказывала образование легких химических элементов из протонов и нейтронов в первую минуту после начала расширения.
В середине двадцатого столетия идеям эволюции Вселенной был дан новый импульс. Теория расширяющейся Вселенной испытывала значительные трудности при попытках охарактеризовать наиболее загадочные этапы эволюции от большого взрыва до мировой секунды после него. Ответы на эти вопросы во многом были даны в рамках теории раздувающейся Вселенной.
Ключевым элементом раздувающейся Вселенной была так называемая «инфляционная фаза» - стадия ускоренного расширения. Она продолжалась 10-32 сек., и в течение этого времени диаметр Вселенной увеличился в 1050 раз. После колоссального расширения окончательно установилась фаза с нарушенной симметрией, что привело к изменению состояния вакуума и рождению огромного числа частиц[2].
Новая теория позволяет рассматривать наблюдаемую Вселенную лишь в качестве малой части Вселенной как целого, а это значит, что вполне правомерно предположить существование достаточно большого числа эволюционирующих Вселенных. Причем большинство из них в процессе эволюции не способны породить того богатства форм организации, которые свойственны нашей Вселенной (Метагалактике).
Новые данные, полученные в космологии, позволяют предположить, что объективные свойства Вселенной как целого создают возможность возникновения жизни, разума на определенных этапах ее эволюции. Причем потенциальные возможности этих процессов были заложены уже в начальных стадиях развития Метагалактики.
Все эти научные результаты дают основания рассмотреть их как один из факторов утверждения идеи глобального эволюционизма в современной научной картине мира [10].
3.2 Синергетика.
Специфика синергетики заключается в том, что основное внимание она уделяет согласованному состоянию процессов самоорганизации в сложных системах различной природы. Она изучает любые самоорганизующиеся системы, состоящие из многих подсистем. Самоорганизация рассматривается как одно из основных свойств движущейся материи и включает все процессы самоструктурирования, саморегуляции, самовоспроизведения.
Довольно долго самоорганизация соотносилась только с живыми системами, что же касается объектов неживой природы, то считалось, что если они и эволюционируют, то лишь в сторону хаоса и беспорядка, что обосновывалось вторым началом термодинамики. Однако здесь возникла кардинальная проблема - как из подобного рода систем могли возникнуть объекты живой природы, способные к самоорганизации. Чтобы решить ее, требовалось изменить основополагающие принципы науки, и в частности устранить разрывы между эволюционной парадигмой биологии и абстрагированием от эволюционных идей в физической картине мира.
Постепенное размывание классической парадигмы началось в XIX в. Первым важным шагом была формулировка второго начала термодинамики, поставившая под вопрос вневременной характер физической картины мира. Моменты времени оказались нетождественными один другому и ход событий невозможно повернуть вспять, чтобы воспрепятствовать возрастанию энтропии. В принципе события оказываются невоспроизводимыми, а это означает, что время обладает направленностью.
Последующее развитие физики привело к осознанию ограниченности идеализации закрытых систем и описаний в терминах таких систем реальных физических процессов. Подавляющее большинство природных объектов является открытыми системами, обменивающимися энергией, веществом и информацией с окружающим миром, а определяющую роль в радикально изменившемся мире приобретают неустойчивые, неравновесные состояния[10].
В экспериментальных исследованиях было продемонстрировано, что, удаляясь от равновесия, термодинамические системы приобретают принципиально новые свойства и начинают подчиняться особым законам. При сильном отклонении от равновесной термодинамической ситуации возникает новый тип динамического состояния материи, названный диссипативными структурами. Тип диссипативной структуры в значительной степени зависит от условий ее образования, при этом особую роль в отборе механизма самоорганизации могут играть внешние поля.
Идеи самоорганизации нашли свое отражение в работах Э. Янча. Он попытался разработать унифицированную парадигму, способную раскрыть всеобъемлющий феномен эволюции. Для него все уровни как неживой, так и живой материи, равно как и состояния социальной жизни развиваются как диссипативные структуры. Эволюция с этих позиций выступает как целостный процесс, составными частями которого являются физико-химический, биологический, социальный, экологический, социально-культурный процессы. Раскрывая механизмы космической эволюции, Янч рассматривает в качестве ее источника нарушение симметрии. Нарушенная симметрия, преобладание вещества над антивеществом во Вселенной становится источником многообразия различного рода сил - гравитационных, электромагнитных, сильных, слабых. Следующий этап в глобальной эволюции - возникновение уровня жизни, которая является тонкой сверхструктурированной физической реальностью. Дальнейшее усложнение первейших живых систем приводит к возникновению нового уровня глобальной эволюции - коэволюции организмов и экосистем. Здесь возникает специфическое свойство, связанное с мыслительной деятельностью. Разум выступает как принципиально новое качество самоорганизующихся систем, который способен к рефлексии над теми пройденными этапами и к предвидению будущих состояний системы.
Идеи самоорганизации и эволюционизма выступают ядром формирования современной научной картины мира. Если до синергетики не было концепции, которая позволяла бы свести в единое целое результаты, полученные в различных областях знания, то с ее возникновением открылись принципиально новые возможности формирования целостной общенаучной картины мира [10].
3.3 Теория биологической эволюции. Концепция биосферы и ноосферы.
Уже в 20-х годах нашего столетия в биологии начало формироваться новое направление эволюционного учения, которое было связано с именем В.И.Вернадского и которое называют учением об эволюции биосферы и ноосферы. Его, несомненно, следует рассматривать как один из существенных факторов естественнонаучного обоснования идеи универсального эволюционизма [10].
Биосферой именуют область существования ныне живущих организмов, охватывающую часть атмосферы до высоты озонового слоя, всю гидросферу и часть литосферы, особенно ее кору выветривания. Границы биосферы являются одновременно и границами распространения жизни на Земле. Биосфера включает в себя как вещество и пространство, так и все живые организмы
Биосфера, по В.И.Вернадскому, представляет собой целостную систему, обладающую высочайшей степенью самоорганизации и способностью к эволюции. Она является результатом достаточно длительной эволюции во взаимосвязи с неорганическими условиями» и может быть рассмотрена как закономерный этап в развитии материи.
Специфической особенностью биосферы выступает организованность. Организованность биосферы - организованность живого вещества - должна рассматриваться как равновесия, подвижные, все время колеблющиеся в историческом и в географическом времени около точно выражаемого среднего. Смещения или колебания этого среднего непрерывно проявляются не в историческом, а в геологическом времени.
В результате саморазвития и под влиянием антропогенных факторов в биосфере могут возникнуть такие состояния, которые приводят к качественному изменению составляющих ее систем. В этом смысле единство изменчивости и устойчивости в биосфере есть результат взаимодействия слагающих ее компонентов.
В концепции В.И.Вернадского жизнь предстает как целостный эволюционный процесс, включенный в качестве особой составляющей в космическую эволюцию. Своим учением о биосфере и ноосфере В.И.Вернадский продемонстрировал неразрывную связь планетарных и космических процессов [1].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
