1 Физическая (естественнонаучная) картина мира
реклама
Физическая (естественнонаучная) картина мира 1. Эволюция мира 1.1. Человек как природное явление 1.2. Теория большого взрыва 1.3. О стрелах времени 2. Эволюция естествознания 2.1. О сущности познания 2.2. Последовательность картин мира 3. Проблемно-перспективные направления современного естествознания 3.1. Мультимасштабная общность 3.2. Единство живого и неживого 3.3. Живое и мыслящее 3.4. Синергетика 3.5. Проблемы экономфизики 3.6. Человеческая личность Литература 9. А.Н. Бекетов. Естествознание. Энциклопедический словарь. Ф. Брокгаузъ, И. Ефронъ. п/т.22, СПб, 1894, с. 687-689. 10. Современная психология. Справочное руководство. Ред. В.Н. Дружинин. М.: ИНФРА-М, 1999, 688 с. 11. С.Г.Рубин. Устройство нашей Вселенной. 2-ое изд., Фрязино: Век 2. 2008, 316 с. 12. С. Хокинг. Краткая история времени от большого взрыва до черных дыр, С-Пб: АМФОРА, 2000, 231 с. 13. Н.П. Дубинин. Вечное движение. М., 1975, 432 с. 14. Г.В. Носовский, А.Т. Фоменко. Как было на самом деле. Реконструкция подлинной истории, М.: Астрель, 2012, 767 с. 15. Ю.В. Горин, Б.Л. Свистунов, М.Б. Семенов. Естествознание от И. Ньютона до И. Пригожина. Вып.1. Естествознание по Ньютону. Пенза: ПГУ, 2001, 64 c. 16. П. Кемп, К. Армс. Введение в биологию. М.: Мир, 1988, 672 с. 17. Г. Хакен. Синергетика, М.: Мир, 1980, 406 с. 18. И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М.: Эдиториал УРСС, 2001, 432 с. 19. Я.Я. Рогинский. Проблемы антропогенеза. 2-е изд., М.: Высшая школа, 1977, 264 с. 20. А.В. Непомнящий, В.Г. Захаревич. Самоорганизация, самоконтроль саморегуляция в учебном процессе, Таганрог: ТРТИ, 1989, 81 с. и 1 5.1. Эволюция мира 5.1.1. Человек как природное явление Назначение данной главы – приобщение студентов-бакалавров к интеллектуальной элите. До этого мы ознакомились с физикой и убедились в её силе как основе совершенствования техники. Очередная «элитная» задача – свести разрозненные знания в систему, т.е. в единую физическую картину, которая является на сегодняшний день главной частью современной естественнонаучной картины мира (ЕНКМ). Эта картина создана естествоиспытателями всех направлений, прежде всего физиками, химиками и биологами. Профессор Андрей Николаевич Бекетов учил, что «...под именем естествознания должны понимать науку о строении Вселенной и о законах, ею управляющих» [9]. Каждый студент в отдельности и человечество в целом есть, несомненно, творение Природы, и, следовательно, все науки о человеке – это тоже грани естествознания, в том числе и психология [10]. Ещё раз подчеркнем факт: человек возник и развивается как явление чисто природное. Если поразмышлять, то мы придем к странному выводу: все, что сотворено отдельными людьми и человечеством в целом, есть сущности природные. Следовательно, и сами люди, и все то, что они создали, подлежат ведению естествознания как единой науки о Природе. За свою пока ещё недолгую жизнь люди создали очень многое. К уникальным творениям человеческого разума, прежде всего, следует отнести само человеческое общество – новую для природы сущность. Величайшее наше творение – это мировая культура с её двумя «полюсами» – искусством и наукой. Ещё люди создали техносферу – высший на данное время уровень организации неживой природы (новой среды нашего обитания), необратимо отличающейся от той, в которой возникли и жизнь в целом, и человечество в частности. Техносфера создана на базе наук, прежде всего физики и химии. Основным мотивом созидательной деятельности человека является его стремление к удовлетворению своих весьма разнообразных потребностей. Формирование человеческого общества вызвано жесткой необходимостью и потребностью действовать совместно и управляемо. Искусство, как один из компонентов мировой культуры, предназначено служить средством самосовершенствования личности и субъективного познания самого себя. Появление науки было предопределено потребностью человека в объективном познании. Искусство и наука воплотили потребность человека в творчестве. Техносфера многократно увеличила возможности анатомо-физиологической структуры человека в его производительной и научной деятельности. В наше время компьютерные системы претендуют на роль средств поддержки нашего естественного интеллекта. Таким образом, и человеческое общество, и культура, и техносфера, и формирующаяся ноосфера фактически есть явления природные. Их становление и развитие составляют суть наблюдаемого человеком этапа общей эволюции мира. Следовательно, корни всех гуманитарных и технических наук лежат в естествознании. Этот факт с удовлетворением констатируют и естествоиспытатели, и деятели техники и технических наук. Большинство наших наук возникло на базе отдельных направлений физики, химии, биологии. Сложнее с «гуманитариями». Многим из них мысль о том, что их науки – тоже от природы, воспринимается пока что как «очень странная». Некоторыми она даже активно отвергается, в основном по соображениям самодостаточности или интеллектуальной лени. На нашем этапе эволюции человечества противопоставлять «гуманитарный» и «естественнонаучный» способы описания природных явлений попросту нецелесообразно. Это разные грани одного и того же процесса познания. Они должны дополнять друг друга, составляя вместе единый образ Природы. Это и есть самая современная трактовка пресловутой проблемы «двух культур». Такое толкование возникло как результат анализа тенденций эволюции, как результат более смелых и 2 последовательных размышлений. Смелость в размышлениях сейчас просто необходима. Апологет истории Марк Блок отмечает: «Но если бы физики не были так дерзки в своей профессии, многого ли достигла бы физика?». Ваша образованность как личности должна быть системой. «Системообразующим фактором» является физика как ведущая часть естествознания. Хотелось бы предостеречь: ни физика, ни естествознание не относятся к «сверхнаукам». Они в чем-то пересекаются с философией, которая в недавнем прошлом определялась как «наука о всеобщих закономерностях, которым подчинено как бытие (т.е. природа и общество), так и мышление человека, процесс познания». На самом деле философия – не наука. Это нечто большее. «Философия есть свободное исследование основных проблем бытия, человеческого познания, деятельности и красоты» (Э. Радлов, 1902 г.) И «задача философии – установление первых или основных истин, т.е. истин, служащих основоначалами или принципами для прочих истин». В естествознании же отнюдь не все является всеобщим. Естествознание и физика, как его часть, всего лишь науки, грани познания. Зафиксируем как аксиому: Появление человека на Земле есть проявление естественного хода эволюции. Человек со всеми своими анатомическими особенностями и физиологическими потребностями возник и развивается как продукт вполне природного процесса, и в этом смысле он является объектом эволюции. Развивая свои потребности в познании и творчестве, человек начинает проявлять и вторую грань своей эволюционной сущности – он становится субъектом эволюции, т.е. таким природным явлением, которому Природа «поручила» реализовать конкретные эволюционные деяния. Это и есть основное из видимых нами предназначений человека – быть инструментом эволюции, т.е. совершенствовать самого себя и остальной мир. Столь глобальная миссия осуществляется человеком через вполне локальные деяния и явления – прежде всего, через создание общества, искусства, науки и техносферы. 5.1.2. Теория Большого Взрыва Уточним некоторые понятия. Эволюция – развитие системы, её постепенное преобразование количественное и качественное. Спокойные этапы чередуются с быстрыми, на которых происходит качественное преобразование системы или же её замена другой, новой системой. В зависимости от вида системы качественные скачки называют либо революцией, либо «катастрофой». В естествознании термин «эволюция» трактуется в обобщенном смысле. Революции и катастрофы есть этапы единого процесса эволюции Вселенная (метагалактика) – это весь наблюдаемый материальный мир. Во Вселенной имеют место также виртуальные объекты, явления и процессы; в физике «виртуальный» означает мыслимый, но ненаблюдаемый. По современным представлениям размеры Вселенной оцениваются примерно в 1010 световых лет, при этом один световой год равен 0,946·1016 метров (расстояние, которое свет проходит за один земной год). В космологии и космогонии применяяется также внесистемная единица длины 1 парсек (пк) = 3,086·1016 м; при этом 1 световой год = 0,3068 пк, т.е. парсек примерно в 3,3 раза больше, чем световой год. Теперь обратимся к эволюции мира. Великие умы человечества придумали множество умозрительных теорий о строении, происхождении, развитии Вселенной и её подсистем: галактик, Солнца, планеты Земля, человека и его мышления. В основе религиозных теорий заложена идея разовых созидательных деяний Бога. Характерно, что во всех религиях мира явно или неявно присутствует мысль о создании времени вместе с Вселенной и законами её бытия. Поэтому основным признаком конца мира будет 3 исчезновение времени («...что времени уже не будет». Откровения св. Иоанна Богослова, гл.10, стих 6.). Те, кто не принимал идеи божественного вмешательства, полагали, как правило, что окружающий мир существовал всегда и будет существовать вечно. Поэтому никаких «начала» и «конца» быть не может. Аристотель, например, считал, что не только среда обитания, но и сами люди существовали вечно, а их цивилизации периодически исчезали из-за потопов и затем стартовали вновь. Создание теории. В настоящее время наиболее адекватной является теория «Большого Взрыва» или теория «горячей Вселенной». В ней, как и в более ранних теориях, пока нет ответа на вопросы: «Почему возникла Вселенная?», «Зачем она была создана?». Но зато вопросы «когда?» и «как было дело?» отработаны обоснованно и достаточно подробно. Мы кратко изложим суть этой теории, опираясь на литературу [11, 12]. Теория эта непрерывно совершенствуется. В 1916 г. Альберт Эйнштейн дал первую научную картину устройства Вселенной. Основу картины составляло представление о том, что пространство и время, во-первых, активно влияют на все, что происходит во Вселенной, а во-вторых, что они сами изменяются под воздействием событий, происходящих во Вселенной. Это была очень революционная идея. До Эйнштейна пространство и время считались абсолютно пассивными формами существования материи. Сама Вселенная в теории Эйнштейна предполагалась стационарной, т.е. существующей вечно. Он полагал также, что размеры Вселенной не зависят от времени. Но в 1923 г. ленинградский геофизик и математик Александр Александрович Фридман показал, что «радиус мира» зависит от времени. Иными словами, теория требовала расширения или сжатия Вселенной. Эйнштейн писал: «Я считаю результаты Фридмана правильными и проливающими новый свет. Оказывается, что уравнения поля допускают наряду со статическими также и динамические (т.е. переменные относительно времени) центрально-симметричные решения для структуры пространства». Этот вывод теории в те годы для многих представлялся очень странным, а для некоторых – просто абсурдом. В 1928 г. Эдвин Хаббл, исследуя свечение внегалактических туманностей с помощью спектральной аппаратуры, обнаружил «красное смещение спектральных линий», которое было тем больше, чем дальше от нас туманность. Такое смещение возникает, если источник света удаляется от наблюдателя с заметной скоростью (вспомните эффект Доплера). Физически такой наблюдаемый факт означал всестороннее расширение системы звезд, или разбегание галактик. Фридман оказался прав. Радиус Вселенной непрерывно увеличивается. Но если это так, то логично предположить, что когда-то Вселенная была очень маленькой, и тогда у неё должна быть «дата рождения». Она же – дата рождения пространства и времени, поскольку, как писал Эйнштейн, «никакой пространственно-временной континуум не может существовать без порождающей его материи». По измерениям Хаббла начало расширения было всего лишь 109 лет тому назад. В дальнейшем более точные измерения дали для возраста Вселенной величину около 13,7·109 земных лет. В первой половине XX века астрофизики по спектрам светового (электромагнитного) излучения небесных объектов установили, что химический состав вещественной части материи во всей Метагалактике идентичен. Везде одни и те же химические элементы, известные землянам по таблице Менделеева. «Вселенское» единство вещества означало, что оно либо имеет один и тот же «источник», либо возникает всюду по одним и тем же законам. Опираясь на эти данные, Георгий Антонович Гамов (он же Дж. Гамов, гражданин США с 1934 г.) вместе с Гансом Бете и Ральфом Альфером опубликовал в 1948 г. работу, в которой была построена непротиворечивая картина «горячей Вселенной», возникшей в результате «Большого Взрыва». Анализируя созданную физико-математическую модель, Гамов пришел к выводу, что 4 фотоны, излученные в пространство на одной из ранних стадий развития Вселенной, должны «быть живы» до сих пор, хотя это реликтовое («очень древнее») излучение порядком остыло («состарилось»). В 1965 г. это излучение было зафиксировано приборами. Его экспериментально измеренная температура оказалась около 2,7 К, а возраст близким к 1010 лет, т.е. к тем значениям, что были получены из анализа красного смещения в линиях излучения разбегающихся во все стороны галактик. Это означало, что модель Гамова вполне правдоподобна. Наблюдаемые факты: однородность химического состава Вселенной, наличие непрерывного расширения и наличие реликтового излучения вместе составили научное обоснование модели Большого Взрыва, модели рождения нашего мира. В ней принято, что эволюция Вселенной описывается теорией Фридмана. Все-таки это здорово: развитие мира дошло до того, что люди, как высшее достижение эволюции, смогли воссоздать картину, которую они не видели и никогда не увидят. Вместе с тем полезно осознавать, что теория эта весьма недолговечна. Уже сейчас её отличие от первичного варианта очень велико. Расширение Вселенной сопровождается охлаждением вещества и излучения. Температура падает обратно пропорционально размерам Вселенной (температура в первом приближении есть мера средней энергии движения частиц). Если корпускулы двигаются очень быстро, то они имеют возможность «не обращать внимания» на силы притяжения между собой. При охлаждении силы притяжения вызывают слияние частиц и их превращение в новые системы. Это означает, что не только энергия частиц, но и сам тип частиц будут зависеть от температуры и, тем самым, от возраста Вселенной. Иными словами, с увеличением возраста должен изменяться уровень организации материи. Чем ниже температура, тем вероятнее появление все более сложных образований и, соответственно, все более сложных «жизненных» процессов в таких системах. Пока что высший уровень из тех, что мы знаем – это человек. На старте размеры Вселенной были близкими к нулю, а плотность материи, кривизна пространства и температура – огромными, быть может, даже бесконечными, как в математических моделях. Такие системы называются сингулярностями. Мы пока не знаем, почему именно взорвалась исходная сингулярность, и зачем именно это надо было. Но это произошло. Старт был впечатляющим. За малую долю секунды радиус Вселенной увеличился в 1030 раз. В теории этот этап называют «инфляционным» (иногда «раздуванием»). Именно тогда возникли те сущности, которые мы ныне называем пространством-временем, мировыми постоянными типа скорости света и гравитационной постоянной, законами Природы, веществом, излучением. Возникли и фундаментальные взаимодействия. Сейчас известно, что во всем этом деле большую роль сыграла так называемая «темная материя». Большую, но не очень ясную. Эта материя и сейчас присутствует во Вселенной всюду, в том числе возможно и в ядре нашей Земли. Через доли секунды скорость расширения упала. К этому моменту температура всюду стала одинаковой – очень большой, но уже не бесконечной. В результате «раздувания» во Вселенной возникло много вещества (около 1080 частиц). Рождалось вещество из энергии в виде пар «частица-античастица». Но где взять столько энергии? Закон сохранения энергии к этому времени уже работал и действовал абсолютно точно и безапелляционно. Дело в том, что полная энергия Вселенной, скорее всего, равна нулю. Действительно, энергия движения вещества – положительна, а энергия гравитационного притяжения – отрицательна. Чем больше вещества, тем больше у него положительной энергии движения, и во столько же раз больше отрицательной энергии гравитации. Так что фаза раздувания стартовала с нулевой энергией, ею же она и закончилась. Нуль превратился в положительную энергию вещества и отрицательную энергию гравитационного притяжения. 5 Через секунду после взрыва температура упала примерно до 1012 К, уменьшилась и скорость расширения. В возрасте одна секунда Вселенная состояла из фотонов, а также электронов, протонов, нейтронов, нейтрино и их античастиц. При дальнейшем расширении и охлаждении, т.е. при уменьшении энергии частиц, аннигиляция стала преобладать над рождением пар. Число фотонов возрастало, а число частиц с массой покоя, отличной от нуля, уменьшалось. В конечном итоге осталось лишь сравнительно небольшое число протонов, нейтронов и электронов, а их античастицы исчезли почти полностью. Такое неравенство физики объясняют тем, что при однонаправленном течении времени поведение частиц отличается от поведения античастиц. Поэтому тела, галактики, звезды как раз и состоят из того, что осталось. На нынешнем этапе ученые-физики в лабораториях генерируют антивещество в очень малых количествах, достаточных лишь для того, чтобы мы поверили в реальность процессов аннигиляции. Есть и другие попытки объяснить преобладание вещества над антивеществом, например, предположение, что между веществом и антивеществом действуют гравитационные силы отталкивания, а не притяжения, как в нашем мире. Пока что такое предположение не проходит по ряду соображений, и прежде всего из-за того, что гравитационное разделение Вселенной и анти-Вселенной требует времени. Коль скоро у нас пока нет возможностей провести прямой эксперимент по определению знаков гравитационного взаимодействия «частицаантичастица», будем придерживаться принципа «бритвы Оккама». В возрасте около ста секунд Вселенная остыла до 1010 К, частицы замедлились в своем движении и стали уже не в силах полностью противостоять действию ядерных сил притяжения. Пошел процесс образования ядер. Ядро как конденсированная система из протонов и нейтронов качественно отличается от простого сообщества этих частиц. Это новый уровень организации – здесь и более сложная структура, и более сложные процессы взаимодействия. Налицо и системный эффект – появление «дефекта масс». Первыми возникли ядра дейтерия (протон + нейтрон), потом гелия (два протона + два нейтрона), затем более сложные ядра лития и бериллия. Из таблицы Менделеева можно узнать, сколько протонов и нейтронов в этих и более сложных ядрах. Из-за электрического отталкивания и некоторого дефицита нейтронов часть протонов (ядер водорода) осталась в свободном состоянии. Водород и гелий и сейчас преобладают во Вселенной. Через несколько часов после старта образование ядер гелия, лития, бериллия замедлилось. Затем в течение примерно 106 лет Вселенная взрослела спокойно, в состоянии плазмы из положительных ядер и отрицательных электронов, продолжая расширяться и остывать. Плазма, вообще говоря, для излучения непрозрачна, даже сквозь обычное пламя ничего не видно. Поэтому в течение этого времени излучение находилось в равновесии с окружающим веществом, т.е. оно непрерывно рождалось и поглощалось. Самое интересное началось тогда, когда температура упала до нескольких тысяч кельвинов (или градусов Цельсия). Скорости частиц упали настолько, что электроны и ядра уже не могли преодолеть взаимного электрического притяжения. Возникли качественно новые системы из связанных ядер и электронов – атомы. Возник новый уровень организации материи. Известно, что атомы могут поглощать фотоны только определенных энергий, следовательно, сообщество атомов стало прозрачным; излучение отделилось от вещества. Именно его астрофизики фиксируют как реликтовое излучение («микроволновое фоновое излучение»). В своем движении оно явно опережало вещество. Когда говорят о плотности вещества, то подразумевается обычно средняя плотность. В реальных системах всегда возможно случайное образование локальных «пустот» и локальных уплотнений – флуктуаций. Скорее всего, способность самопроизвольно генерировать флуктуации есть одно из фундаментальных свойств материи. Флуктуации плотности, вероятнее всего, возникали как до разделения вещества 6 и излучения, так и после возникновения атомных систем. В космологии просчитано несколько моделей, качественное следствие их одинаково – при уменьшении скоростей движения частиц случайное более плотное сообщество становится локальным источником гравитационного притяжения. За счет такой гравитационной неустойчивости на фоне общего расширения Вселенной некоторые её области начали сжиматься - возникла возможность коллапса, т.е. процесса быстрого сжатия вещества с повышением температуры внутри коллапсирующей системы. Именно гравитационная неустойчивость привела к появлению галактических облаков, затем внутри них возникли звезды. Гравитационное сжатие вызвало сильный разогрев материи внутри звезд. При их образовании температура внутри них повышалась до значений, достаточных для начала реакций ядерного синтеза. Водород в звездах превращается в гелий, звезда ярко светится. Но выделяющееся при этом тепло препятствует дальнейшему сжатию. Различного рода неустойчивости в первые тысячи лет жизни звезды вызывают локальные взрывы и выбросы более тяжелых элементов, из которых могут образоваться планеты и их спутники. Так образовалось и наше Солнце – рядовая звезда среднего поколения. Оно сосредоточило в себе 99,866% массы Солнечной системы. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли. Температура на поверхности Солнца (температура фотосферы) равна 5830 К. Температура в центре Солнца составляет 16·106 К. Плотность материи там превышает возможности нашего воображения (около 160000 кг/м3). Основной источник энергии – термояд. Как и все звезды, Солнце имеет атмосферу, в которой астрофизики выделяют три слоя: фотосферу, хромосферу и солнечную корону. То солнечное излучение (солнечный свет), которое мы наблюдаем, генерируется в основном в фотосфере, которая имеет толщину около 300 км. Выше (т.е. дальше от центра Солнца), в хромосфере, плотность ионизованного газа падает, а его температура слегка растет. Еще выше расположена солнечная корона, где газ ещё более разрежен и нагрет. Солнце имеет магнитные поля. На фотоизображениях солнечного диска хорошо заметно, что вся фотосфера состоит из светлых пятен, или гранул, разделенных более темными промежутками («и на Солнце есть пятна»). Гранулы двигаются, изменяют свои размеры, исчезают и снова возникают. Живет каждая гранула несколько минут. Есть и более крупные детали – факелы и пятна. Гранулы – это следствие конвекционных потоков, пятна и факелы своим происхождением и исчезновением обязаны изменяющимся магнитным полям. Эти поля очень необычно структурированы, изменчивы и сильно влияют на движение и излучение ионизованного вещества в фотосфере и хромосфере. Солнце живет интенсивно, обнаруживая периодичность активности с периодом в 11 лет. Солнце довольно интенсивно выгорает и, видимо, через несколько миллиардов лет погаснет. Оно не исчезнет, просто станет холодным. Шансов на переход в состояние черной дыры у него нет. Солнце не из самых старых звезд, но и немолодо, ему примерно пять миллиардов лет. Жить ему осталось, видимо ещё около шести-восьми миллиардов лет. Почти одновременно с Солнцем возникла и Солнечная система. Выбросы тяжелых элементов происходят, как правило, в экваториальных областях вращающихся звезд, именно поэтому все планеты солнечной системы вращаются примерно в одной плоскости. Как и другие планеты, Земля при рождении была горячей, и атмосферы на ней не было. В масштабах Вселенной наша планета – микроскопическая частица, вращающаяся вокруг рядовой звезды в одной из бесчисленных галактик. С точки зрения космогонии Земля – довольно стабильная планета. Её сложность и размеры как космического объекта со временем заметно не нарастают. Но мы должны понимать, что сложность объектов, порождаемых «геострелой» при нашем активном участии, непрерывно и интенсивно возрастает. Чем и как ответит планета на наше вмешательство – это очень интересная область исследований. 7 Земля – третья по удаленности от Солнца планета. Радиус её орбиты составляет 149,6 млн. км (астрономическая единица длины). По орбите Земля летит со скоростью 30 км/с, период её обращения 365,24 средних солнечных суток. Наряду с движением вокруг Солнца Земля вращается вокруг своей оси с периодом 86164,1 с, что лишь на четыре минуты меньше 24 часов; это вращение вызывает смену дня и ночи. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты («плоскости эклиптики») под углом 66,556º. Как и у любого гироскопа, положение оси вращения остается в пространстве неизменным. Постоянство этого направления предопределяет смену времен года. У Земли есть естественный спутник – Луна. Есть ещё несколько тысяч искусственных спутников, но времена их жизни очень невелики. Форма Земли – геоид, он близок к эллипсоиду вращения. Средний радиус около 6371 км. Средняя плотность Земли примерно в 5,5 раза больше плотности воды. По структуре земной шар неоднороден. В теле Земли выделяют три области: кору, мантию и ядро. На глубинах от 35 км до 2800 км расположена силикатная оболочка – мантия. Очень часто в моделях выделяют литосферу – внешнюю зону, состоящую из коры и верхних слоев мантии. Литосфера расколота на гигантские плиты, их насчитывают до десяти. Именно по границам плит расположены основные очаги землетрясений. Литосферные плиты как бы плавают в более глубоком вязком слое, который геологи называют «астеносферой». На глубинах более 2800 км находится ядро Земли, оно находится в жидком состоянии. В самом центре Земли, по всей вероятности, есть небольшое твердое ядро. Оно же может быть сгустком «темной материи». По массе это около 2 % массы Земли. Жидкая часть металлического ядра вращается не так, как твердая сфера. Угловая скорость сферических слоев различна, она зависит от расстояния от оси. В этом случае во вращающемся проводящем теле самопроизвольно и в самоподдерживающемся режиме возникают стационарные магнитные поля. Именно такому явлению обязано своим происхождением магнитное поле Земли. Жизнь на нашей планете поддерживается за счет энергии, поступающей от Солнца. Она определяет само существование биосферы. За одну секунду земной шар получает от Солнца около 1,75·1017 джоулей энергии. Из них 70 % доходит до поверхности Земли, остальные 30 % поглощаются или рассеиваются атмосферой. Соответственно, Земля столько же энергии сбрасывает через электромагнитное излучение всех частот. В целом планета не перегревается и не остывает. Масса всей атмосферы равна 5,15·1018 кг, при этом 78 % приходится на азот, 21 % – на кислород, чуть меньше одного процента – на аргон. В атмосфере присутствуют также углекислый газ (0,03 %) и в очень малых количествах неон, гелий, озон, метан и следы других газов. Хотя в верхних слоях давление газа очень низкое, эти слои оказывают заметное влияние на поглощение лучистой энергии солнечного излучения. Поглощение отдельных компонентов определяется химическим составом слоев. Это справедливо и для гомосферы, и для гетеросферы. Общеизвестно, что на высотах 20-25 км кислород под действием излучения превращается в озон (трехатомный кислород О3), который, в свою очередь, очень сильно поглощает почти весь ультрафиолет. До поверхности Земли доходит только излучение с длинами волн, бόльшими 300 нм. Весьма значимы случайно-локальные изменения в атмосфере. Огромную роль при этом играют электрические явления. Перенос электрических зарядов в атмосфере определяет и грозовую деятельность, и перемещение влаги. Грозы, вообще говоря, необходимы для нормального существования биосферы. Молнии – это очень красиво. К тому же без них атмосфера обеднеет и озоном, и окислами азота, столь необходимыми для растений. Ещё изящнее эльфы, спрайты и джеты. Все эти названия относятся к кратковременным вспышкам в стратосфере (над грозами). Эльфы (красноватые кольцеобразные вспышки), спрайты (красные вспышки) и голубые джеты (их также называют синими струями) – малоизученные проявления грозовой активности. 8 Земля образовалась 4,6 млрд. лет назад в протопланетном облаке. В геологической истории Земли выделяют два этапа: докембрий, длившийся чуть больше 3 млрд. лет, и фанерозой, занимающий последние 570 млн. лет. Нынешний геологический облик Земля приобрела примерно 65 млн. лет назад. Живая материя на Земле возникла примерно 3,5 млрд. лет назад и стойко перенесла различные космические атаки, в которых каждые 30 млн. лет массово вымирали плохо адаптированные виды животных и растений. Самая сложная система живой материи – человек за очень короткий по геомасштабам отрезок времени сумела изменить ход эволюции биосферы. Не исключено, что мы вмешаемся и в эволюцию планеты в целом. В теории эволюции Вселенной ещё много неизвестного. Мы не знаем, почему именно так проходила эволюция, а не иначе. Мы не знаем также, зачем все это было нужно. Как следует из описанной выше схемы эволюции мира, по мере остывания возникали все более сложные системы. Вначале в хаосе элементарных частиц образовались ядра. Сработало самое сильное из фундаментальных взаимодействий – сильное (ядерные силы). Затем аналогичным способом дало знать о себе электромагнитное взаимодействие – появились атомы, затем молекулы. И, наконец, настала очередь самого слабого взаимодействия – гравитационного. Именно гравитационные силы привели к появлению галактик, звезд и планет. Сейчас скорость расширения Вселенной такова, что её размеры увеличиваются примерно на (5-10) % за 109 лет. Возникновение и развитие живого – процесс значительно более сложный, так как в результате зарождаются и эволюционируют все более сложные системы. Самая сложная система – человек. Именно человек оказался способным понять, кто он есть, и что он должен делать дальше. 5.1.3. О «стрелах времени» Все системы мира эволюционируют во времени. Время – категория весьма противоречивая, прежде всего своей относительностью. С одной стороны, время – это некий континуум, сущность непрерывная и однородная, форма существования материи во всех её ипостасях: хаотической и упорядоченной, живой и косной, сплошной и зернистой. С другой стороны, время есть непрерывное изменение. Вечное и повсеместное изменение всё той же материи, этой своеобразной «плоти Вселенной». Наше естествознание отражает наш уровень осознания всего, что было, есть и будет в природе. Истина здесь старая – без прошлого нет будущего, «стрелы» всех времен из прошлого летят только в будущее. Неясно только, имеет ли «настоящее» свою собственную длительность или это всего лишь неизмеримый «миг между прошлым и будущим». В процессе развития понятие времени изменяется. Ныне мы считаем, что время неразрывно связано с наблюдателем и что абсолютного времени нет. Реальное, относительное время однонаправлено, оно идет только «вперед», как стрела. Будем считать, что бег времени неотвратим. Поскольку время есть форма существования материи, мы всегда сопоставляем «течение времени» с протеканием некоторых материальных процессов. Фактически мы наблюдаем не само время, а движение, смену состояний материи со временем. Парадоксальную суть этого «параллельного восприятия» раскрыть пока ещё никому не удавалось. Да и само слово «вперед» мы используем просто в силу привычки. «Вперед» и «назад» – понятия пространственные. Термин «назад» в применении ко времени не имеет смысла. Поэтому «положительное направление времени» – это не более чем условное обозначение. Отрицательного времени просто нет. Фундаментальное свойство однонаправленности время приобрело при своем 9 возникновении. Мы будем считать, что время «есть число движения» (Аристотель), и число это может только возрастать. Этот постулат положим в развиваемое ниже представление «стрел времени». Данное понятие придумал физик и астроном Артур Эддингтон и в 1928 г. описал в работе «Природа физического мира». В науке анализируют несколько «стрел времени». Мы остановимся на системе из трех, наиболее привычных для естествоиспытателей базовых «стрел времени». Общеизвестна стрела термодинамическая. Она указывает направление времени, в котором возрастает энтропия. Энтропия – физическая величина, воспринимаемая как «мера беспорядка». Если в каком-то процессе упорядоченность системы возрастает, то энтропия этой системы уменьшается. Например, образование кристалликов снега из водяного пара сопровождается локальным уменьшением энтропии. Энтропия убывает, энергия выделяется. Если упорядоченность исчезает, то энтропия увеличивается (таяние снега). Но для этого требуется подвод тепла. В физике увеличение энтропии сопоставляется со стремлением системы к термодинамическому равновесию. Это стремление и есть закон возрастания энтропии. Но возрастание беспорядка в целом не исключает появление флуктуаций и локализованных высокоупорядоченных систем. Их появление (например, рост снежинок), означает локальное уменьшение энтропии, при этом энтропия атмосферы в целом возрастает. Мир фактически представляет собой весьма хаотическое сборище упорядоченных систем. Как писал поэт Поль Валери: «Мир беспорядочно усеян упорядоченными формами». Вторая стрела – психологическая. Иногда её именуют «исторической». Мы, как наблюдатели, воспринимаем ход времени в направлении, в котором мы помним прошлое и не в состоянии помнить будущее, его мы лишь прогнозируем. Наша жизнь очень наглядно демонстрирует необратимость процесса эволюции. Прошлое и будущее есть не только у биологических структур, но и у всех систем в этой Вселенной. Третья стрела – космологическая. Это – то время, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается. «Полет» космологической стрелы времени описан выше. Расширение Вселенной не означает увеличения размеров Земли и всего того, что на ней проживает. Живем мы в расширяющейся Вселенной, но даже если когда-нибудь расширение сменится сжатием, то происходить сжатие будет все в том же необратимом времени. Время «вспять не потечет». Три стрелы – это прием научного анализа, когда требуется рассмотреть одну из граней сущности. Стивен Хокинг доказал, что направления этих стрел совпадают, иначе не могли бы реализоваться условия для зарождения и развития разумных существ, способных разобраться в физической картине мира. Мы оптимистично полагаем, что человек ничем не ограничен в своем развитии, а его стратегическая функция – управление ходом эволюции Вселенной («Люди как Боги»). Возникает вопрос – а может быть, появление человечества есть всего лишь тупиковая ветвь в развитии планеты? Это очень интересный вопрос. 5.2. Эволюция естествознания 5.2.1. О сущности познания Потребность в познании заложена в самой сущности человечества как природного явления. Человечество не может ограничиться только наукой. Тем более что сама наука по историческим меркам создана сравнительно недавно. А человечество познавало мир с самого начала своего существования. Научное познание – это лишь один из способов добычи знаний. В «донаучное время» существовал чисто субъективный подход. Каждый человек наблюдал мир, среду своего обитания, подмечал красоту и несуразности, отмечал 10 закономерности. Так называемые «народные приметы» в предсказании погоды – это все обобщение субъективного опыта. Субъективный опыт в познании. Наблюдение, размышления и обобщения обеспечивали накопление субъективного опыта. Инструментом познания в этом случае выступает сам человек, вся его сущность – анатомо-физиологическая, интеллектуальная, духовная, творческая [13]. Мышление при субъективном познании часто протекает вне рамок какой-либо определенной языковой структуры. Об этом гениально сумел сказать Фёдор Тютчев: «Мысль изреченная есть ложь». Поэт прочувствовал, что наш язык беднее нас самих. Субъективный опыт, в общем-то, явление иррациональное, т.е. он не всегда может быть выражен в логических понятиях и суждениях. Разумеется, иррациональность не означает исключительности и претензий на «единственность», как это принимается в некоторых философских направлениях. В древние времена концентраторами субъективного опыта выступали разного рода «вещие люди» (ведуны, знахари, шаманы и просто мудрые люди). Они есть и сейчас, да и многие из нас совершенно спокойно познают бытие через собственное восприятие. Преимущества субъективного, личностного опыта очевидны – это системное, «проинтегрированное» внутри, целостное восприятие окружающего мира и себя в нем. Но не каждый из нас пока что может быть «эффективным инструментом» познания. Соответствующие методики субъективного самосовершенствования сейчас находятся в зачаточном состоянии. В субъективном познании очень велика зависимость от конкретной личности, её целей, генетических способностей, мировоззрения. Развитие самой личности в этом плане тормозится затрудненным усвоением накопленного другими субъективного опыта. Следовательно, одна из главных задач «человековедения» как части единого естествознания – создание научных методик организации субъективного познания. Здесь нет противоречия. Известно, что субъективный опыт исследователя очень важен и в науке; в свою очередь, научный подход способен перевести часть «субъективного» в объективное знание. Научный и субъективный способы познания должны дополнять друг друга; их синтез составит фундамент будущей «метанауки». Научный опыт в познании. Целью научного познания является получение объективных достоверных знаний об окружающем мире. Наука есть вид человеческой деятельности, в процессе которой мир познается на уровне объектов, модели каждого из которых могут быть описаны на каком-то языке, например, конечным числом математических уравнений различной степени сложности. Язык в науке выступает не только как средство общения, но и прежде всего как средство познания. В основе науки лежат эмпирический (включая эксперимент) и теоретический уровни познания. Разделение на уровни – чисто условное, поскольку так удобно для анализа. В реальных научных исследованиях они «работают» совместно, взаимно пронизывая и дополняя друг друга. К компонентам эмпирического уровня обычно относят наблюдение, описание с формулировкой первичных гипотез, измерение и эксперимент. Наблюдение отличается от обычного созерцания наличием заранее поставленной цели. Цель наблюдения – получить материал для описания. Последнее всегда ведется на каком-то языке, т.е. с использованием конечного числа понятий. Поэтому всегда в описании фигурирует не сами объекты или явления, а их модели. Моделирование – неотъемлемая часть научного познания. Всем известно, как важна роль графических моделей в решении учебных задач по физике. Ещё более они важны в исследованиях. Вслед за графическими следует модели математические. В технике на конечных этапах используют натурные модели, т.е. своего рода переходную стадию от научного исследования к опытно-конструкторским разработкам. Именно на них проверяется работоспособность тех или иных версий создания новых систем. Проверка ведется обязательно с использованием измерений. 11 Измерение предполагает возможность сравнения объектов по определенным количественным признакам. Во всех реальных опытах способ и результат измерения связаны с наблюдателем и прибором. Моделирование и измерение составляют суть научного эксперимента. Под экспериментом в науке понимается наблюдение и измерение в специально созданных условиях, допускающих воспроизведение. Так как эксперимент всегда идет в условиях, созданных наблюдателем, то и результат всегда зависит от наблюдателя. Степень неустранимого влияния наблюдателя предопределяется влиянием условий на «жизнь объекта», и мы всегда судим о состоянии системы «объект плюс наблюдатель». Как ведут себя ненаблюдаемые объекты, мы можем судить лишь сугубо предположительно. Теоретический уровень познания включает в себя методы аксиоматизации, формализации и создание систем гипотез. При аксиоматизации строится система аксиом или постулатов, т.е. утверждений, про которые мы думаем, что они не требуют доказательств или наличными средствами доказаны быть не могут. Вера в аксиомы иногда приводит к трагедиям и революциям в естествознании, если аксиомы оказываются неверными. Формализация предполагает создание абстрактных моделей, преимущественно математических. Эти модели отражают сущность изучаемых явлений или процессов на уровне нашего понимания. По результатам анализа моделей строятся гипотезы, т.е. предположения, как можно объяснить поведение моделей и вслед за ними объектов. Система гипотез способна дать выводы о сущности и взаимосвязи эмпирических фактов. Гипотезы, как правило, проверяются в мысленных или натурных экспериментах, после чего их содержание может лечь в основу научной теории. Как известно, нет ничего практичнее хорошей теории. В научных исследованиях мы применяем объективные методы и инструментарий приборы и методики, что обеспечивает три привлекательных качества научного способа познания. Во-первых, результат исследования обеспечивает глубину познания. О каждом объекте накапливается все нарастающий объем знаний. Их анализ и синтез позволяют понять большинство внутрисистемных («внутри объектных») связей, обеспечивающих целостность объекта. Во-вторых, достижения науки относительно просто внедряются в практику, что, вообще говоря, хорошо, хотя иногда бывают и исключения. (Создание и использование оружия массового поражения вряд ли можно назвать гуманным деянием.) В-третьих, знания, добытые в процессе накопления объективного опыта, также сравнительно просто передаются в «мир» и по наследству будущим поколениям через системы научной информации и образования. Эти три качества составляют огромное достоинство научного опыта, но они же и порождают миф о всемогуществе науки. Научное познание в истории человечества дало очень многое. Мы примерно знаем, как устроен мир. На научной основе создана техносфера – вся та надсистема, что состоит из технических устройств и технологий и ныне стала фактически новой средой нашего обитания. Плюсов много, но есть и минусы. Продвижение науки в сферу, традиционно относимую к субъективному опыту, т.е. вторжение рационального в «святую иррациональность», присущую природе, иногда порождает страх перед той всесокрушающей силой, которой будет обладать метанаука. Впрочем, вера всегда сопряжена со страхом... Но главная опасность в другом. Наука в силу своей «объектной» сущности испытывает постоянную тягу к дифференциации («знать почти всё о самом малом»). Дифференцированное, «отраслевое» познание и восприятие почти автоматически ведет к раздельному применению знаний через систему «прикладных наук». Из-за этого уже возникли «экологические», а точнее, антропогенные проблемы, так как узкая специализация в познании и в использовании знаний приводит к материализации «частных эффектов», не позволяя предвидеть, как та или иная «частность» отразится на всей системе. Иными словами, обеспечивая доскональное 12 знание взаимосвязей внутри изучаемого объекта, научное познание очень часто отсекает видение внешних связей системы, что и порождает нежелательные эффекты. Сказанное относится и к физике, как естественной науке, и к техническим наукам, и к так называемым гуманитарным. В техногенных ЧП страдает окружающая среда и мы вместе с ней. Пример тому – Чернобыль. В «гуманитарном случае» калечится психика людей и окружающий мир вслед за этим. Это не так явно видно, как саркофаг над ядерным реактором, но по последствиям может оказаться даже более катастрофичным. Психика человека – субстанция, организованная значительно более тонко и сложно, чем внешняя среда нашего обитания. Узкая специализация в технических науках способствует появлению «антропогенных проблем», хорошо видимых невооруженным глазом. Отраслевое мышление гуманитариев порождает нечто большее – социальные драмы. Второе, накладываясь на первое, создает неуверенность в ближайшем нашем будущем. Именно слабость системного мышления, отсутствие широкой образованности вызывают в обществе неверие в способность человечества решить им же созданные проблемы. Осознание такого положения и привело к признанию приоритетов широкой образованности и системного подхода. Действующим же прототипом «метанаучного познания» является современная методология естествознания как единой науки о природе, включая человека со всеми видами его деятельности. Естествознание всегда было системообразующим фактором, а физика – ядром естествознания. «Nature parendo vincitur» – побеждает природу тот, кто ей повинуется. 5.2.2. Последовательность картин мира Попытки осмыслить окружающую природу и свое место в ней предпринимались очень давно. Первые системные представления появились почти синхронно в разных частях света уже в древние времена. В этих первичных мировоззренческих проблесках просматривается идея единства природных процессов. На Ближнем Востоке около 7-го века до н.э. создал свое учение Заратуштра (Зороастр). Суть учения – мир сформировался и существует в непрерывном противостоянии света и тьмы, добра и зла. Главное в его мироощущении – жизнь есть борьба противоположностей. Позже в Индии Сиддхартха Гаутама (он же Будда), основал учение, в котором утверждалось вечное и неизменное существование материального мира и населяющих его сознательных существ. Согласно Будде, в мировом пространстве рассеяно бесконечное множество шарообразных миров, и один из них – наш. В Китае примерно в 6-5 веках до н.э. возникло конфуцианство. Его создатель Конфуций (он же Кунфу-цы – «почтенный учитель Кун») наряду с проповедями просвещения и порядка, настойчиво советовал своими ученикам изучать ещё непознанное, чтобы извлечь из наблюдений полезный опыт. В своей книге «Середина и постоянство» он писал: «То, что дано Небом, называется природой. Согласие с природой называется Путем. Нам необходимо изучить Путь и глубоко исследовать его. Также необходимо выяснить учение о Пути и раскрыть сущность его, чтобы народ мог осуществить его на деле. Необходимо изучить то, чего мы не знаем. Хотя для этого нужно много трудов, но это неизбежно». Так учил Конфуций две с половиной тысячи лет назад. Эти слова о согласии с природой и о необходимости изучать природу повторяют и сейчас профессора физики, убеждая студентов работать над собой... Ученики Конфуция, следуя его наставлениям, изобрели в свое время порох, фарфор, бумагу. Идеи древнегреческой и древнеримской цивилизаций дали старт эволюции естественнонаучной картины мира. Идеи греческих натурфилософов были почти целиком восприняты в древнем Риме, а через военные походы греческих фаланг и римских когорт – ещё и в некоторых частях Европы и Азии. Так случилось, что в древнегреческой культуре была принята иная, нежели на Востоке, постановка самой проблемы познания 13 мира. Природа признавалась вполне познаваемой, боги были почти как люди. В центре мира были Земля и земная жизнь, созданные богами для человека. Можно сказать, что мыслители Древней Греции исповедовали идею антропоцентризма. Систему их взглядов на сущность природы мы называем натурфилософией, что в дословном переводе означает «любовь к мудрости природы». Здесь мы остановимся лишь на тех представлениях о строении материи, устройстве Вселенной и о методологии познания, которые остались и в современной науке. Натурфилософия есть исторический старт теоретического познания природы. Основу методологии натурфилософов составляли наблюдения и умозаключения. Натурфилософы не задавали вопросов природе. Спрашивали они преимущественно самих себя и настойчиво искали «универсальное начало», объединяющее природу. «Что есть всё?» Этот вечно интересный вопрос первым задал себе Фалес из Милета (625-547 г.г. до н.э.). Он и его ученики считали, что есть некая единая, непрерывная, бесформенная сущность, из которой и состоят все тела в этом мире. Эта универсальная сущность получила титул материи – плоти Вселенной. Мыслители античности, пытаясь понять и выразить гармонию наблюдаемого мира, создавали и способы выяснения истины, или методологию познания. Сократ (469-399 г.г. до н.э.) создал майевтику (дословно – помощь при родах) – учение о том, как ставить вопросы и находить на них правильные ответы через столкновение противоречивых истин. Центром мироздания Сократ провозглашал Человека. Метод самопознания по Сократу – это общение через диалог, когда истина и знание никому не даны в готовом виде, а устанавливаются в ходе совместного поиска. Фактически натурфилософия является «относительным обобщеним естественных наук, выводящим наш ум из наивных представлений житейского сознания» (Вл. Соловьев). Для обобщений нужен был и обобщенный язык. Многие натурфилософы в этот ранг интуитивно возводили математику. Размышляя о месте человека в природе, почти все натурфилософы придерживались идеи антропоцентризма, неизменно ставя человека над природой. Пытаясь собрать воедино огромное количество наблюдаемых фактов, исследователи выстраивали умозрительные картины строения материи и мира в целом. Именно в те времена были сформулированы актуальные до сих пор проблемы познания: «Из чего состоит мир?», «Кто и где мы в этом мире?», «Как все это живет и что им движет?». В поисках ответов было выработано множество систем. В дошедших до нас изложениях учений Демокрита и Аристотеля практически нет математических формул, только вербальное изложение. Но в трудах Птолемея, создавшего систему устройства мира, математика представлена во всем её тогдашнем могуществе. Основатель атомизма Демокрит (470-380 г.г. до н.э.) считал, что материя не является сплошной, а состоит из очень большого числа неделимых и незримых тел – атомов, двигающихся в пространстве. Между атомами – пустота. Возникновение и уничтожение тел есть не что иное, как соединение и разъединение атомов. Сами атомы вечны, неделимы и неизменяемы и представляют собой первичные корпускулы материи. В учении Демокрита четко видна система, в которой нет места богам. «Божественными» могут считаться только природные явления. Мышление тоже есть движение. В отношении устройства Вселенной больших расхождений с другими натурфилософами не было. В центре – неподвижная шарообразная Земля, вокруг неё на разных сферах вращаются звезды, Солнце, планеты, Луна. Сферы планет могут вращаться в разных направлениях. Геоцентризм сомнению не подвергался, так же, как и материальность Солнца и Луны. В учении Демокрита сформулирована идея дискретности материи. Наличие взаимодействия между частицами приводит к разрушению одних форм и созданию новых, среди которых могут оказаться и очень 14 сложные. Эта мысль фактически составляет основание эволюционной концепции, а в философии – основу диалектики. Основателем учения о стационарности мира (метафизики) по праву считается Аристотель (384-322 г.г. до н.э.). Гениальность Аристотеля до сих пор остается непревзойденной. Он является родоначальником многих наук: биологии, физики, этики, логики, психологии и политики. Материя по Аристотелю вечна, пассивна и неизменна. Бесконечная делимость на нашем языке означает непрерывность материи, отсутствие пустоты. Как утверждали римские последователи Аристотеля, «Natura abhorret vacuum» – природа не терпит пустоты. Движение по Аристотелю есть возникновение и уничтожение форм (качественные изменения), их увеличение или уменьшение (количественные изменения), а также перемещение в пространстве. Любое движение трактуется как непрерывный процесс. Эта мысль Аристотеля в дальнейшем была выражена Г. Лейбницем в виде афоризма «natura non facit saltus» - природа не делает скачков. Понятие непрерывности составляет основу трактовки пространства и времени. Непрерывное по протяженности есть пространство, непрерывное по последовательности есть время, поэтому «настоящее» во времени пересекается и с прошлым, и с будущим. Представления Аристотеля об устройстве мира практически не отличались от общепринятых в те времена. Вселенная имеет центр и периферию, так что пространство не является однородным и изотропным. В центре мира, естественно, Земля с человеком, она неподвижна и шарообразна. Шаровидность Земли подтверждается формой тени при лунных затмениях. Светила вместе со своими сферами вращаются вокруг Земли. Ближайшая сфера – лунная, самая удаленная – сфера звезд, которая и есть граница Космоса. Движение в надлунном мире – только круговое, оно самое совершенное. Все надлунные тела состоят из пятой стихии – эфира (вечного, неуничтожимого и неизменного). Вне сферы звезд есть только неподвижный «перводвигатель», фактически – Бог. Метафизическая концепция Аристотеля и его учеников базировалась на представлениях о непрерывности материи, времени и пространства и о неизменности природных сущностей. Вершиной мироустроительных систем натурфилософии стала геоцентрическая картина Вселенной, созданная Клавдием Птолемеем (90-168 г.г. н.э.). Это был могучий естествоиспытатель с огромными познаниями, владеющий логическим мышлением. Его основной астрономический труд – «Великое математическое построение». При переводе на арабский язык от названия осталось одно только слово «al magistu» – ВЕЛИКОЕ, и книга стала известна в мире под названием «Альмагест». Согласно Птолемею, в центре мира – шарообразная Земля. Она неподвижна и расположена в центре всего небесного свода. Небосвод сферичен, тверд и вращается вокруг Земли с периодом в одни сутки. Солнце и Луна, как великие светила, вращаются вокруг Земли с постоянной скоростью, их траектории – окружности. Все остальные планеты также вращаются по окружностям. Чтобы объяснить наблюдаемое петлеобразное движение планет на фоне звездного небосвода, Птолемей предположил, что вокруг Земли движется не сама планета, а центр её круговой орбиты. Античные натурфилософы, используя наблюдения, умозаключения и начала математики, создали системные картины мира и материи. От них к нам пришли идеи корпускулярности и непрерывности, метафизики и диалектики, стационарности и эволюции, идея борьбы противоположностей. Они обосновали и создали аксиоматический метод в исследованиях. Религиозные картины мира. Ко второму веку нашей эры в развитии общества назрел кризис. Рабовладельческий строй перестал соответствовать потребностям, в потрясеньях и войнах надвигалось средневековье. Смена назрела не только в социоструктурах, но и в познании. Коренные изменения античного растущим формаций привели к 15 появлению и формированию религиозных монотеистических систем. У религии есть множество определений. Самое короткое из них: «религия есть организованное поклонение высшим силам». Именно вера в высшие силы составляет базис религиозного мировоззрения, но оно не отрицает необходимости познания. В основе такого познания лежит идея («парадигма») о всемогущем Создателе и Управителе мира. Бог – безусловный владыка всей материи как её творец. Человеку же Бог вручил господство над материальным земным миром, чтобы через материальные тела и в материальном мире он осуществлял бы свое идеальное назначение – духовное совершенствование с целью служения Богу. Человек – всего лишь «раб божий». Теологи утверждают, что зло не в самой материи и не от неё, а от извращенной свободной воли ангелов и человека. От них оно перешло на материю («проклята земля в трудах твоих»). Согласно Г.В. Носовскому и А.Т. Фоменко [14] все известные сегодня основные религии вышли из одного корня – царского (а потом апостольского) христианства. После победы Апостольского христианства возникли православие, католицизм, буддизм, иудаизм и позже ислам. Царское христианство стали называть первичным иудейским. Основателем христианской религии был Иисус Христос (4 г. до н.э.- 29 г. н.э.). Ислам – наиболее молодая религия; ее основателем являлся пророк Мухаммед (571-632 г. н.э.). Авторы [14], используя современные методы компьютерных вычислений и основываясь на археологических артифактах и наиболее известных природных явлениях прошлого, обнаружили хронологические сдвиги в «прошлое» и фальсификацию многих исторических событий в скалигеровской истории XVI-XVIII вв. В соответствии с их результатами Римско-византийский сдвиг оказался на 330-360 лет, Римский сдвиг – на 1053 (или 1153) года, а Греко-библейский сдвиг – на 1780-1800 лет. Поэтому к указанной выше хронологии деятельности великих ученых «древности» и рождения религий следует относиться с большой осторожностью. Одной из причин массового распространения этих религий была привлекательность содержащихся в них идей порядка в обществе и мировоззрении. Свою роль сыграла и более глубокая причина – фактическая невозможность в то время понять природные явления и преодолеть страх перед их неотвратимостью. Конечно, каждая религия имеет свой уровень страха, свой уровень догматизма и свой «уровень» фанатизма. Религии не отрицают ценность знаний. Но знание трактуется исключительно как откровение высших сил. Наши мысли – это не более чем отражение божественных замыслов. В соответствии с потребностями «паствы» священнослужители пытались посвоему объяснять природные явления. Религиозные деятели интуитивно осознавали, что реальные люди живут не в разных там эфирах, а в обычной земной среде обитания. В иудаизме, христианстве и исламе утверждается абсолютная ценность человеческой личности. Именно поэтому в синагогах, монастырях и при мечетях накапливались библиотеки. Там же произрастали и наиболее грамотные умы человечества. Познание в целом не исчезло, шло накопление опыта. Становление науки. Религиозное засилье объективно не могло остановить природные процессы. Развитие человеческой личности, рост потребностей общества шли своим чередом. Течение бытия человеческого создавало новые потребности материального характера, которые не могли быть удовлетворены без познания и творчества. Эволюция человеческого мозга обеспечила новые возможности в понимании мира. Природа вполне добротно подготовила условия для возникновения науки. Николай Коперник (1473-1543 г.г.), пользуясь фактически лишь методами натурфилософии, т.е. наблюдениями и умозаключениями, создал новую астрономическую картину мира. В своей книге «О вращении небесных сфер», опубликованной лишь в последний год его 16 жизни, Коперник вполне обоснованно показал, что в центре Вселенной должно быть Солнце – Гелиос. Планетам же суждено вращаться вокруг Солнца по круговым орбитам. Гелиоцентризм, провозглашенный и доказанный Коперником, потряс всех: естественников, теологов, обывателей. С одной стороны, гелиоцентризм отодвигал Землю и людей куда-то на задворки, отводя человеку место отнюдь не центральное. Осознание этого ставило на дыбы не только служителей культа, но и большинство ученого сообщества. Но открытие Коперника возвеличивало человека, поскольку люди оказались способными сотворить знание об истинном устройстве Солнечной системы. Именно человеческое величие привлекло на сторону учения Коперника многих выдающихся людей современности. Философ и монашествующий поэт Джордано Бруно (1548-1600 г.г.) в развитие идей Коперника высказал мысль о том, что Гелиос – не единственный. Множество звезд – это такие же солнца. Наряду с идеей бесконечности и единства мироздания Бруно отстаивал мысль о неограниченности познавательных способностей человека. За что его и сожгли. К сожжению его приговорил трибунал, в котором не было естественников, были только служители культа, «духовные пастыри». Началом создания «подсистем» науки целесообразно считать творения Галилео Галилея (1564-1642 г.г.). Он изобрел первый термометр и с помощью собственноручно построенной зрительной трубы увидел кратеры на Луне и пятна на Солнце. Он же обнаружил, что Млечный путь – это огромное сообщество звезд, увидел фазы Венеры и спутники Юпитера. Таким образом, весь мир оказался похож «сам на себя», а далекое «небесное» очень похожим на земное и околоземное. За эту «небожественность» его неотступно преследовала церковь. Галилей экспериментально установил независимость скорости падения тел от их массы. В своих «Диалогах» он описал закон инерции и сформулировал принцип относительности: нет таких механических опытов, с помощью которых можно однозначно установить, покоится ли система или движется прямолинейно и равномерно. Но самое главное, что сделал Галилей – ввел в познание эксперимент и инструмент. Он оставил человечеству не только великолепные открытия, но и метод добычи новых знаний. Иоганн Кеплер (1571-1630 г.г.), современник Галилея, математически открыл три главных закона небесной механики. Открытие этих законов имело очень мощное мировоззренческое и методологическое значение. Кеплер сумел отказаться от «идеала» – равномерного движения по окружностям, у него планеты двигались по эллипсам. В части методологии он осознал и продемонстрировал миру действенность математических моделей и мощь математики как языка познания природы. Уильям Гарвей (1578-1657 г.г.) считается основателем современных физиологии и эмбриологии. Он сформулировал идею кровообращения, открыл большой и малый круги кровообращения. Он показал, что кровь – творение не божественное, а вполне естественное. В становлении науки внесли свой вклад множество ученых. Р. Бэкон (1214-1294 г.г.) был первым пропагандистом эксперимента, предшественником Галилея. Леонардо да Винчи (1452-1519 г.г.) написал большую книгу о свете; это не физика, а наблюдения художника, отражавшие «начала» оптики. Рене Декарт (1596-1650 г.г.) в своих сочинениях «подвергает все сомнению» и анализирует возможности рационального описания природных систем, опираясь на неукротимую веру в силу человеческого разума. Э. Торричелли (1607-1647 г.г.) доказал возможность существования и получения различных давлений газов, вплоть до вакуума. Его трудами экспериментально было доказано, что «природа не боится пустоты», а ветер – это не деяния богов, а всего лишь следствие разности атмосферных давлений. 17 Блез Паскаль (1623-1662 г.г.), сформулировал ряд законов, описывающих явления, связанные с давлением жидкостей и газов, он же впервые вычислил вес земной атмосферы и изобрел гидравлический пресс. Физик и инженер, писатель и философ, великий естествоиспытатель Паскаль олицетворял собой трагизм тогдашнего поколения мыслящих людей; исследуя явления природы и создавая свою систему взглядов на мир и познание, он в то же время пути постижения истины видел в христианстве. Христиан Гюйгенс (1629-1695 г.г.) создал маятниковые часы и их теорию, сформулировал основной принцип волнового движения. Он же открыл кольцо Сатурна и его спутник Титан, измерил ускорение силы тяжести на Земле с помощью секундного маятника. Роберт Гук (1653-1703 г.г.) стал основателем теории упругости (закон Гука), он же изобрел микроскоп. Для создания науки нужен был гений. И он появился. Исаак Ньютон родился в 1643 г. (ушёл из жизни в 1727 г.). Школу он окончил первым учеником; в 1661 г. стал студентом Кембриджского университета, а с 1667 по 1696 г. возглавлял кафедру математики в своём университете. В 1703 г. Ньютон избран Президентом Лондонского королевского общества, в 1705 г. удостоен титула пэра. Он открыл дисперсию света. Интереснейшие факты его биографии, пророчества и наставления по методологии исследования природы описаны в [15], здесь мы остановимся лишь на главном деле жизни Ньютона – создании основ науки как рационального способа познания мира. Одним из величайших его результатов было установление закона всемирного тяготения. Этот закон однозначно констатировал: а) гравитационные силы свойственны всем телам во Вселенной, имеющим массу; б) гравитационные силы есть силы притяжения и, следовательно, потенциальная энергия гравитационного взаимодействия является величиной отрицательной; в) источником сил являются массы тел (масса в этом законе есть «масса тяготеющая»); г) силы притяжения направлены «от центра к центру» и убывают при увеличении расстояния обратно пропорционально второй степени расстояния. Именно такая зависимость нужна для существования явления «гравитационной» неустойчивости. Переоценить значение данного закона трудно. Для нас существенна, прежде всего, «всемирность» закона. Закон прекрасно объяснял и наблюдаемые траектории планет, и полет артиллерийских снарядов. Осмысливая наблюдаемый характер движения небесных тел и тел на Земле, Ньютон сформулировал три основных закона механики, которые составили основу классической механики. Чтобы их использовать, нужен был специальный язык. Для этого Ньютон создал дифференциальное и интегральное исчисление, а также разработал основы «прикладной математики». Этот язык, в силу гениальной идеи, заложенной в его основу, зажил своей удивительной и плодотворной жизнью, став в наше время универсальным языком. Фактически Ньютон создал язык всей науки. Итак, обобщая результаты процесса познания, можно свести его к следующей системе: – наблюдения; – умозаключения, гипотезы, модели; – эксперимент; – описание на определенном языке (языке математики). Эта системность означала появление научного способа познания. Изящно построенная система Ньютона была системой открытой. Она представляла собой общую схему, из которой вытекало множество частных задач, причем каждая из них была достойна самых талантливых умов. 18 И. Бернулли развил исчисление бесконечно малых и создал вариационное исчисление, что давало возможность решать все более сложные задачи механики. П. Мопертюи сформулировал принцип наименьшего действия. Д. Бернулли исследовал движение жидких и газообразных тел. Трудами Л. Эйлера и Ж. Лагранжа была создана аналитическая механика, которая представляла собой математическую «сверхмодель» механических явлений. Г. Кавендиш экспериментально определил гравитационную постоянную, что дало возможность оценить массу Земли; он же тщательно изучил состав воздуха. С. Лаплас создал теорию вероятности и изучал явления капиллярности. Т. Юнг (1773-1829 г.г.) создал основы теории упругости, он же вместе с О. Френелем (1788-1827 г.г.) разработал основы волновой теории света, открыв принцип суперпозиции и явление интерференции света. Механическая картина мира. На основе механики Ньютона и трудов многих его последователей и оппонентов к концу XVIII – началу XIX века сформировалась механическая картина материи и мира (МКМ). Её основные положения: 1. Пространство и время были, есть и будут неизменными. Они абсолютны, ибо созданы Богом. Пространство и время непрерывны, в них движется материя в виде дискретных частиц («корпускул») вещества. Тяготение и инертность корпускул определяются их массой. 2. Мир устроен так, как его описал Исаак Ньютон, т.е. по законам механики. Все явления в этом мире объясняются механическим движением атомов и молекул – элементарных корпускул вещества. Поскольку механическое движение подчиняется точным уравнениям Ньютона, возможно полное описание мира на языке математики. 3. Микромир подобен макромиру. Планеты и атомы подчиняются одному и тому же своду законов природы. Вещество всюду дискретно, а пространство, время и движение всюду непрерывны. 4. Все виды энергии сводятся, в конечном счете, к энергии механического движения частиц и их гравитационного притяжения. 5. Природа в целом незыблема. Изменения в ней происходят только количественные, в большинстве своем периодические. Качественных изменений нет и, следовательно, нет развития. Мир стационарен. 6. Все причинно-следственные связи в природе однозначны. Случайность – это лишь следствие нашей временной неспособности учесть влияние всех факторов сложнейшего механизма природы, в которой царствует жесткий детерминизм по Лапласу. 7. Человек создан Богом и ведению механики не подлежит. В свое время Бог запустил мир, ввел в действие законы механики, и с той поры («с сотворения мира») все движется, как предписано. Механическая картина мира явилась первой научной картиной, которая знаменовала собой создание новой системы познания мира – науки. Наука стала осознаваться как общественно полезная система. Главная полезная функция этой системы очевидна – установление новых фактов и новых взаимосвязей между уже известными фактами. Структура данной системы (эмпирика плюс теория) фактически стала восприниматься как технология получения новых знаний. Введение эксперимента и языка описания определило полноту и обеспечило упорядоченность системы. Ее компоненты 19 тесно связаны между собой. Познание не может замыкаться само на себя, оно касается различных сторон человеческой деятельности. Ученые поняли, что свою потребность в познании можно и нужно совместить с удовлетворением материальных потребностей общества. В свою очередь, цивилизованное общество осознало ценность и значимость науки. Достоинства нового способа познания почти автоматически перешли и на объекты познания. Стало ясно, что разрозненные факты всегда можно объединить в систему, если вскрыть внутренние природные связи между явлениями. Системное видение мира эффективнее как в смысле познания истин, так и в части получения практических выгод. Становление МКМ оказало могучее влияние на развитие человеческой цивилизации. Во-первых, МКМ стала научной базой развития самого естествознания. На основе МКМ была развита молекулярно-кинетическая теория вещества в разных агрегатных состояниях – твердом, жидком, газообразном. Экспериментально доказана возможность превращения любого газа в жидкое состояние. Фактически это было применение механики Ньютона к движению атомов и молекул – мельчайших частиц химических элементов и веществ. Обобщение этих положений дало возможность лучше понять и другие явления. Были определены понятия энергии в целом и её разновидностей: кинетической (Г. Гельмгольц) и потенциальной (К. Гаусс) энергий тел и их элементов. Утвердилось понятие теплоты как суммы кинетических энергий молекул. Стало ясно, что температура есть мера средней кинетической энергии движения частиц. У. Томсон (18241907 г.г.), он же лорд Кельвин, ввел понятие абсолютной температуры. Трудами врача Ю. Майера (1814-1878 г.г.), пивовара Д. Джоуля (1818-1889 г.г.), врача Г. Гельмгольца (18211894 г.г.) был сформулирован закон сохранения энергии как общей количественной меры движения и взаимодействия всех видов материи. Появление МКМ дало мощный толчок развитию науки и философии. Клод СенСимон предложил перестроить философию по образцу классической механики. Философское осмысление МКМ привело к появлению гениальных творений И. Канта и Г. Гегеля. Революционное влияние МКМ оказала на развитие техники. Понимание сущности явлений, наличие математического языка позволяли инженерам рассчитывать проектируемые машины и определять их оптимальные структуры и режимы работы. В дополнение к интуитивным догадкам техника получила научную основу. Теоретическая и техническая механика стали единым направлением. Наличие системы знаний позволило по-новому организовать обучение инженеров. Возникла система высшего технического образования, основанная на изучении и передаче научных знаний, а не только личного опыта учителя. Сообщество ученых и технических интеллектуалов наконец-то осознало, что «нет ничего практичнее хорошей теории». Электромагнитная картина мира. Картина материи и мира по Ньютону восхищала своей стройностью, но и в ней были «белые пятна». Так, в МКМ плохо вписывались свет и совокупность электрических и магнитных явлений, сведения о которых накапливались с древности. Внутренние неясности теории, её противоречия некоторым наблюдаемым фактам всегда составляют своеобразные «точки роста». Так было и с переходом от чисто механистических представлений к качественно новой системной картине в научном познании. Очередной системой стала электромагнитная картина мира. Само учение об электромагнетизме начиналось с накопления фактов, которые вначале представлялись только любопытным набором разрозненных наблюдений. Но уже к началу XVIII века реальность электрических и магнитных явлений не вызывала сомнений, однако попытки выяснить их суть приводили лишь к умозрительным мнениям о существовании «особых» 20 электрических или магнитных «флюидов». Сам термин «электричество» был введен ещё в 1600 г. У. Гильбертом (1544-1603 г.г.), описавшим опыты с янтарем (по древнегречески «янтарь» – ἤλεκτρον – электрон) и появлением при этом «электрических сил». Атмосферное электричество исследовалось М.В. Ломоносовым (1711-1765 г.г.), Г. Рихманом (1711-1753 г.г.), Б. Франклином (1706-1790 г.г.). Они утверждали, что электрический «флюид», скорее всего, связан с корпускулами вещества. Л. Гальвани (1737-1798 г.г.) при исследованиях «животного электричества» обнаружил наличие электрических потенциалов на границе «металл-жидкость» (металл-электролит). Шарль Огюст Кулон (1736-1806 г.г.) в 1785 г. опубликовал свой «Мемуар», в котором был сформулирован «закон Кулона» о взаимодействии электрических зарядов. Но что представляет собой «электрический заряд», оставалось не очень ясным. А. Вольта (17451827 г.г.) в 90-х годах XVIII века открыл контактную разность потенциалов, что вместе с открытием Гальвани дало начало построению химических источников электрического тока. В 1801-1805 г. Г. Дэви в Англии и В. Петров в России наблюдали и исследовали явление электрической дуги, т.е. прохождение электрического тока через раскаленный («ионизованный») газ. В 1820 году Х. Эрстед (1777-1851 г.г.) открыл действие тока на магнитную стрелку. А. Ампер (1775-1836 г.г.) установил закон магнитного взаимодействия проводников с током. Он однозначно установил наличие общности в электрических и магнитных явлениях и тем самым фактически заложил основы электродинамики. В начале XIX века состоялась серия экспериментальных открытий гениального исследователя Майкла Фарадея (1791-1867 г.г.). Явление и законы электролиза однозначно свидетельствовали о том, что носителем электрического заряда является вещество. Электрический заряд и масса есть природные свойства частиц вещества. Электрический заряд также дискретен, как и вещество. Электрические заряды разного «происхождения» тождественны между собой. Окончательно гениальная догадка Фарадея о дискретности электрического заряда была подтверждена лишь много позже. Открытый Фарадеем закон электромагнитной индукции утверждал физическую реальность «превращения магнетизма в электричество». В работах Фарадея содержится мысль о том, что «магнитное взаимодействие» распространяется с конечной скоростью и что этот процесс можно описать с помощью теории колебаний. Фактически это была идея электромагнитных волн. Магнитооптический эффект Фарадея показал наличие взаимодействия света и магнитного поля и тем самым натолкнул на мысль об электромагнитной сущности света. Системное осознание добытых результатов привело М. Фарадея к самому значимому из его открытий: в природе существует особый вид материи – физические поля. Есть поле электрическое и поле магнитное. Отсюда было недалеко и до идеи гравитационного поля. А. Эйнштейн так оценил значимость новой трактовки материи: «Открытие поля – это самое важное открытие со времен Ньютона». Дальнейшее развитие учения об электромагнетизме связано с именем Джеймса Кларка Максвелла (1831-1879 г.г). Он исследовал восприятие цветов и их сочетаний, у него есть выдающиеся работы по механике и по статистической теории газов. Маятник Максвелла и распределение молекул по скоростям навеки поселились в учебниках физики». В 1873 г. Максвелл опубликовал трактат «Учение об электричестве и магнетизме», в котором теоретически осмыслены экспериментальные результаты Кулона, Эрстеда, Ампера и Фарадея. Фактически была создана теория электромагнетизма. Система уравнений Максвелла до сих пор лежит в основе всех работ по электромагнетизму. Эта система уравнений представляет собой свод самых общих законов электродинамики. Все прикладные вопросы в электротехнике и радиотехнике решаются через уравнения Максвелла, записанные для конкретных систем зарядов, токов и полей с учетом конкретных свойств вещества. Из уравнений Максвелла следует математическая модель электромагнитной волны. Отсюда был сделан вывод о том, что электромагнитные волны должны быть физической реальностью. Поэтому почти сразу 21 же после выхода трактата начались экспериментальные поиски электромагнитных волн. Природе был задан вопрос: как можно обнаружить электромагнитные волны? Направление поисков подсказали работы Фарадея: обнаружить их можно по воздействию волн на вещество, расположенное на некотором расстоянии от предполагаемого источника переменных электрического и магнитного полей. В 1887 г. Генрих Герц получил на своей установке ответ: да, волна существует и распространяется она в пространстве со скоростью света. Справедливость максвелловской системы уравнений была подтверждена экспериментально, что дало огромный толчок экспериментальным исследованиям электромагнитного излучения, в том числе света. К концу XIX века сформировалась электромагнитная картина мира (ЭКМ). Её основу составляли классические представления о сущности неживой материи и формах её существования по Ньютону, Фарадею, Максвеллу. В формировании этой картины внесли большой вклад ученые инженеры, работавшие в области прикладной электротехники (Э.Х. Ленц, О. Хевисайд, М.О. Доливано-Добровольский). Основные положения ЭКМ сводятся к следующему: 1. Материя существует в двух видах: в виде дискретного вещества и в виде непрерывных физических полей. Они друг в друга не превращаются. 2. Электрические заряды имеют вещественного носителя. Масса и электрический заряд есть свойства частиц вещества. Заряд дискретен. Он существует в виде элементарных носителей двух знаков. Элементарный заряд по модулю равен е = 1,6·10-19 Кл. Масса и заряд неуничтожаемы, в природе действуют законы сохранения массы и электрического заряда. 3. В природе есть два материальных поля – гравитационное и электромагнитное, они взаимонезависимы и друг в друга не переходят. Гравитационное поле порождается массой и воздействуют на массу. Электромагнитное поле порождается электрическими зарядами и воздействует на них. Поле имеет импульс и энергию. 4. Электромагнитное поле представляет собой систему переменных во времени электрических и магнитных полей, порождающих друг друга. В отсутствие вещества электромагнитное поле распространяется в пространстве с постоянной скоростью с = 3·108 м/с. 5. Гравитационные и электромагнитные взаимодействия определяют все явления во Вселенной. 6. В природе существует универсальная количественная аддитивная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Эта мера называется энергией. Энергия не возникает и не уничтожается, она только переходит из одной формы в другую. 7. Для вещества справедливы законы механики Ньютона. Выявление огромной роли электромагнитного взаимодействия не означало «отмену механики». Формирование ЭКМ как системной картины природы составило основу дальнейшего прогресса цивилизации в науке, философии, техносфере. Учение об электромагнетизме способствовало качественным преобразованиям во многих отраслях знания – физики, химии, философии, математики. Введенные М. Фарадеем и Дж. Максвеллом понятия физического поля и близкодействия со временем позволили глубже понять физическую сущность многих механических явлений – сил трения, сил упругости, явлений коррозии, усталости металлов и др. Ещё в 1869 году появилась периодическая система химических элементов, созданная Д.И. Менделеевым на основе выявленной периодичности физических и химических свойств элементов. К концу XIX века физики и химики стали понимать, что эта периодичность – пока ещё не очень понятное следствие электромагнитных взаимодействий в атомах и молекулах. Открытия в 22 области электромагнетизма стимулировали появление новых воззрений в философском осмыслении естествознания и познания. Философские изыскания физика Э. Маха привели к возникновению эмпириокритицизма. Новое видение природы анализировались в «Диалектике природы» Ф. Энгельса, «Материализме и эмпириокритицизме» В.И. Ленина, «Философии живого опыта» А. Богданова. Ещё со времен Фарадея началось интенсивное развитие электротехники. Системное осмысление электромагнетизма, понимание того, как распространяется электромагнитное поле по металлическим проводам (волноводам) и в пустом пространстве привело к невероятно быстрому развитию техники переменных токов, к созданию и быстрому прогрессу радиосвязи. В этой области работали такие выдающиеся умы, как А.С. Попов, Т. Эдисон, А. Белл, М.О. Доливано-Добровольский, Г.Маркони. Первая в мире радиограмма, переданная Поповым, состояла из двух слов: «Генрих Герц». Электромагнитные технологии активно внедряются и в традиционную механическую технику. Обрабатывающие станки оснащаются электроприводом, создается электрическая система зажигания для двигателей внутреннего сгорания. Интенсивно развиваются линии передачи электрической энергии (ЛЭП) на большие расстояния. Электросвязь и электропередача фактически положили начало объединению технических объектов в техносферу. Синтез механики Ньютона, классической термодинамики, статистической физики и учения об электромагнетизме способствовал выявлению и обострению многих противоречий в естествознании. Электромагнитная картина мира, в полном соответствии с законами эволюции познания, тоже содержала в себе внутренние противоречия. Наряду с внутренними почти сразу обозначились и «внешние точки роста». Например, явление внешнего фотоэффекта, открытое Герцем и тщательно изученное А.В. Столетовым, никак не вписывалось в рамки классической волновой электродинамики. Именно эти «точки роста» и составили те самые «степени свободы», которые обеспечили дальнейший прогресс познания. Квантово-вероятностная картина мира. Началом формирования новой системной картины мира послужили глубокие исследования как форм существования материи (пространство и время), так и самой вещественно-полевой сущности материи. Были созданы специальная и общая теория относительности, установлена эквивалентность массы и энергии. В теории вещества и поля введены понятия квантов излучения и квантов действия, открыт принцип неопределенности. Затем была создана квантовая механика, в основе которой лежит представление о корпускулярно-волновом дуализме материи. Корпускулярно-волновой дуализм – это принцип, согласно которому любой объект может иметь как волновые, так и корпускулярные свойства. Он был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Дальнейшим развитием принципа корпускулярно-волнового дуализма стала концепция квантованных полей в квантовой теории поля (квантовая хромодинамика). Определены четыре типа фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное) и слабое. Физики придумали «состояние физического вакуума». Естествоиспытатели поняли, что случайность в поведении частиц есть физическая реальность. Следовательно, законы движения могут предсказывать лишь вероятность тех или иных конечных состояний. Именно вероятностное описание, на которое в классике ещё ранее обратил внимание А. Пуанкаре, отвечает фундаментальным свойствам движения микрообъектов. К настоящему времени эти достижения и многие другие разработки легли в основу квантово-вероятностной картины мира (М. Планк, Н. Бор, В. Гейзенберг, В. Паули, Э. Шредингер). Но мы уже сейчас осознаем, что и эта картина является лишь очередным приближением к истине, как 23 и традиционная («классическая») физика. Если в рассматриваемой макросистеме реальное действие много больше постоянной Планка, то в этом случае уравнения квантовой механики переходят в привычный для многих классический вид. Поэтому макродвижение разумнее описывать как непрерывное, подчиняющееся механике Ньютона. Эволюция науки о живой материи. Здесь речь пойдет о том, что не изучается в курсах физики. Но знать хотя бы минимум о живой природе требует несомненная принадлежность инженеров к интеллектуальной элите человечества. В предыдущих разделах мы проследили, как «живая мыслящая материя» сделала элементом своего развития процесс познания окружающего мира. Стройные картины натурфилософии по Аристотелю и Демокриту, науки по Ньютону, Фарадею-Максвеллу, Планку и Бору сменяли друг друга, возникая из «точек роста», противоречий, «степеней свободы» предыдущих системных представлений. Чем позднее, тем все меньше времени уходило на спокойные периоды поклонения догмам. Связано это, как уже отмечалось, с постоянным ростом потребностей человечества и развитием самого человека. Рано или поздно «поклонение достигнутым догмам» становилось противоестественным. Развитие нашего знания о природе и самих себе наглядно демонстрирует, что все в мире, в том числе и познание живой природы, развивается по единым эволюционным законам. Наука о живой природе формировалась в рамках единого естествознания, но в её эволюции наблюдалось некоторое отставание. Это вполне естественно – прежде всего в силу специфики «объекта». Живые системы неизмеримо сложнее всех неживых, и потому изучать самих себя – дело весьма трудное. Ныне наука о живой материи называется биологией. При изложении биологических аспектов эволюции мы в основном опирались на книгу [16]. Биологию составляет система наук о живой природе. Термин «биология» введен в обиход в 1802 г. Жаном Батистом Ламарком, автором одной из эволюционных теорий живой материи («Философия зоологии», 1809 г.). Биологическое учение всегда было тесно связано с потребностями человека, заботой о продуктах питания (животноводство и растениеводство) и необходимостью лечить болезни. Исторически (в античности) изучение живого начинали врачи. Из тех времен наиболее известны имена Гиппократа (460-356 г.г. до н.э.) и Галена (131-200 г.г. до н.э.). Эти знаменитые медики внесли много ценного в познание сущности живой материи. Знаменитым зоологом и ботаником был и Аристотель. До эпохи Возрождения биология почти не развивалась, шло медленное накопление фактов. Но в XVII веке развитие биологии пошло быстрее; она стала наукой инструментальной. Микроскоп и техника тонких срезов (томография) открыли новые детали в строении живого, новый мир «микросуществ». Человек впервые увидел микробов. В теоретической биологии на рубеже XVIII-XIX веков набирала силы идея совместной эволюции живой материи и неживой природы. В 1804 г. Орас де Соссюр доказательно описал роль солнечного света в газообмене растений, в их способности поглощать углекислый газ и выделять кислород. Эта работа весьма способствовала развитию взглядов на всю природу как на «единый организм», где все может изменяться и само по себе, и под воздействием Солнца. Карл Линней (1707-1778 г.г.) создал фактически эволюционную систематику растительного и животного мира, но неизменно выступал в защиту постоянства видов и самой идеи креационизма – сотворения мира Богом из ничего. Жан Батист Ламарк (1744-1829 г.г.) создал первую картину эволюции живого, включив в нее процессы изменения и усложнения организмов. Эволюцию он объяснял внутренним стремлением всех организмов к усовершенствованию. Мотивы развития – только внутренние, заложенные Богом. Палеонтолог Жорж Кювье (1769-1832 г.г.) по 24 полученным данным открыл, что виды рождаются и умирают. Но рождение и смерть видов Кювье объяснял катастрофами, не признавая эволюционного процесса. Труды целой когорты ученых создали фундамент для появления научно обоснованной эволюционной теории. Единство живой материи подтверждалось клеточной теорией строения живого вещества, созданной в 1839 г. Т. Шванном, как обобщение многих фактов, описанных в трудах ботаников и зоологов. В 1859 г. появился фундаментальный труд Чарльза Дарвина «Происхождение видов». В нем в развернутом и доказательном изложении была представлена эволюционная теория, сущность которой ранее была изложена в совместном докладе Ч. Дарвина и А. Уоллеса. В работе вскрывались природные механизмы самого процесса эволюции: изменчивость, наследуемость, отбор. В наши дни идея дарвинской триады претендует на всеобщность и универсальность. Согласно Дарвину изменчивость – это свойство живых организмов существовать в различных формах. По механизмам возникновения и характеру изменений признаков Дарвин выделил две главные причины изменчивости: изменчивость типа мутаций, когда изменения происходят на генном уровне, и изменчивость типа модификаций. При модификации фенотип изменяется под действием условий существования организма. Генотип остается без изменений. Ясно, что изменчивость – одна из основ селекции растений и животных. Как ею управляют селекционеры – это детали их профессии. Для нас существенно, что изменчивость есть необходимый атрибут развития систем любого происхождения. По Дарвину, естественный отбор является результатом «борьбы за существование». В потомстве выживают те особи, которые наиболее адекватно приспособлены («адаптированы») к изменяющимся условиям жизни. Естественный отбор реализуется в природе при наличии наследуемой изменчивости. В этом смысле триада «изменчивость–наследуемость–отбор» есть системный механизм эволюции. Следствием отбора являются увеличение разнообразия форм организмов и последовательное усложнение форм организации в ходе эволюции. Может появиться и что-то более простое, но при длительном существовании популяции «упрощенные формы» неизбежно вымрут, так как они адаптированы к единственному сочетанию условий. Интересно проследить действие отбора на высшем уровне организации неживой природы, в техносфере. Здесь разрабатываются и испытываются сотни вариантов технических систем, но в нашу жизнь входят лишь те, что в наибольшей степени соответствуют нынешнему комплексу человеческих потребностей. В судьбе творцов новой техники, в судьбе изобретателей драматических ситуаций тоже хватает, но здесь их суть не так жестока, как, например, в искусстве или науке. В собственно дарвинском варианте теории сразу же было отмечено наличие двух «белых пятен». В теории отсутствовал конкретный механизм наследования, были лишь противоречивые картинки. В ней также не было ничего о том, как возник и как работает разум. Именно эти проблемы составили основную интригу «последарвинского» этапа развития биологии. В области наследуемости последовал целый каскад выдающихся исследований. В 1865 г. Грегор Мендель сформулировал основные количественные закономерности наследования признаков. Томас Морган дал экспериментальное обоснование хромосомной теории наследственности и указал на генетические основы естественного отбора. Алексей Северцев создал эволюционную морфологию животных. В его теории филэмбриогенеза было впервые показано, что на начальных стадиях (в зародышевой период) развития организма могут возникать и усложнение, и упрощение строения и функций организмов. Николай Кольцов в 1927 г. ввел понятие «молекул наследственности», развил теорию молекулярного строения и матричной репродукции хромосом, т.е. структурных элементов ядра клетки, которые содержат ДНК. В 1953 г. молекулярный биолог Дж. Уотсон и физик Ф. Крик расшифровали структуру и 25 окончательно выявили роль молекул ДНК и РНК в наследовании признаков. Они фактически установили молекулярную природу гена и генотипа. Стало ясно, что генная изменчивость происходит действительно на молекулярном уровне, как и предполагали в свое время Морган и Кольцов. Эта изменчивость «работает» по двум механизмам: случайные изменения по внутренним причинам и прогнозируемые изменения под управляемым внешнем воздействии. Конечно, надо бы ещё рассказать о том, что сделали Де Фриз, А. Вейсман, А.С. Серебровский, С. Райт, С.С. Четвериков, Н.И. Вавилов, Н.П. Дубинин и многие другие – каждый из них внес много нового в генетику. После открытия Уотсона и Крика до сих пор идет поток работ по генной инженерии, по теории генетической информации, но по сути своей все это прикладные исследования. Квантово-вероятностная картина мира, созданная физиками, химиками, космологами оказалась в состоянии интегрировать в себя и биологию, поскольку концептуальные построения, т.е. способы и результаты понимания нами природы, оказались не только совместимыми, но фактически разными гранями нашего познания единой природы. 5.3. Проблемно-перспективные направления современного естествознания 5.3.1. Мультимасштабная общность По масштабам изучаемый физикой и естествознанием мир можно подразделить на микромир, мегамир и макромир. Микромир – это атомы и то, что меньше их. Мегамир начинается с размеров порядка размеров планеты Земля и далее до Вселенной. Мы живем в макромире (иногда его ещё называют мезомиром – промежуточным по размерам). Параллельно с исследованиями микромира, т.е. глубинного строения вещества и физических полей, развивалась и космология – учение о мегамире. Мы обсудили теорию Большого Взрыва и эволюцию Вселенной. Исследования мегамира позволили нам сформировать первичные представления о месте и роли человека и человечества во Вселенной. Мы стали осознавать решающую роль случайностей и неустойчивостей в развитии Вселенной и всех её «подсистем» разного уровня – от удивительных превращений звезд до не менее удивительного процесса закипания воды. Исследования микромира показали, что в этом мире царствуют кванты и вероятности, а наши представления о дискретности и непрерывности, представления о веществе и физических полях, представления о жесткой и однозначной причинности есть не более чем дань нашей макросущности, нашему эмпирическому восприятию мира. Макромир тоже не обделен вниманием. Теория цепных химических реакций и теория полимеризации стали основой современной индустрии новых материалов. Теория волновых процессов и физика диэлектриков обеспечивают устойчивую работу современных электроэнергетических систем. Огромное количество частных задач, решаемых в различных направлениях человеческой деятельности, в совокупности своей сводятся к одной главной проблеме естествознания. Коротко эту проблему можно обозначить так: что есть человек в этом мире? Фактически сейчас идет этап осознания человеком своей роли в эволюции природы. Мы исследуем микромир, макромир и мегамир для удовлетворения наших макропотребностей. 5.3.2. Единство живого и неживого В естествознании много различных классификаций, но уровни организации материи – это один из проблемных подходов, позволяющих синтезировать наши представления об эволюции материи и не менее значимые представления об эволюции естествознания. В понятии «уровень организации» входят и структурная сложность 26 системы, и сложность процессов в ней. При этом мы в полной мере можем реализовать преимущества системного подхода. К уровням организации неживой материи, как было сказано ранее, отнесятся: элементарные частицы, атомы, молекулы, кооперативные состояния вещества и надсистемный уровень техносферы. К уровням организации живой материи можно отнести: макромолекулы биополимеров как нулевой уровень, затем клеточный, организменный, популяционновидовой уровни, далее биогеоценоз и надсистемный уровень биосферы и, возможно, ноосферы. Основа классификации – возникновение системного эффекта при эволюции системы. Так, основное свойство элементарных частиц как нулевого уровня организации – их способность к взаимопревращению. Это свойство сильно работало при «взрыве» сингулярности. Затем из частиц возникли ядра. Уровень элементарных частиц как бы «вложен» в ядерный уровень, но у ядер есть системное свойство, которого нет у простого сообщества элементарных частиц. Этим системным свойством является дефект масс – запас ядерной энергии на все последующие стадии и процессы жизни Вселенной. Далее идет сообщество ядер и электронов – атомы. Системный эффект атомного уровня организации материи – прозрачность, определившая в дальнейшем и скорость расширения Вселенной, и возникновение жизни на Земле. Следующий уровень – молекулы с их способностью к взаимопревращениям химических веществ за счет соответствующих запасов химической энергии. Здесь подчеркнем, что атом в составе молекулы не эквивалентен свободному атому, поэтому химические процессы нельзя свести к простой сумме «физических процессов» в атомах; это скачкообразное нарастание сложности процессов и структуры. Далее идет кооперативный уровень организации материи: газы, конденсированные состояния в виде твердых тел и жидкостей. Системный эффект – то, что мы называем эффектом ансамблей, когда огромное множество резко индивидуализированных частиц в среднем ведет себя как устойчивая система, которую мы можем представить в виде моделей, описываемых с помощью усредненных величин: температуры, объема, внутренней энергии, давления и т.п. Аналогичную иерархию мы можем построить и для живой материи. Нулевой уровень – биополимеры: углеводы, липиды, белки, аминокислоты. Биополимеры способны к конформации – они «умеют» изменять свою форму, оставаясь самими собой. Следующий уровень – клетка. Системный эффект очевиден – способность к воспроизводству себе подобных. Именно на клеточном уровне проявляется основное свойство живого вещества. Сообщество особым образом организованных клеток – организм. Системное качество – способность адаптироваться к изменению условий среды обитания, оно проявляется и у одноклеточных организмов. Далее идет популяционно-видовой уровень. Здесь работает основное свойство популяции как единицы макроэволюции; именно на уровне популяций происходит образование новых видов. Сообщество популяций вкупе с неживой средой обитания образует биогеоценоз. На этом уровне появляется дифференциация по ярусам обитания, по трофическим цепям. Сообщество биогеоценозов мы называем биосферой. Такие надсистемы, как биосфера, техносфера и тем более Вселенная – это клубок проблем современного естествознания. Мы знаем, что такие надсистемы существуют, но мы находимся внутри них, а понять изнутри назначение и свойство надсистем очень трудно. Теорема Геделя даже утверждает, что это в принципе невозможно. Уже на уровне биогеоценоза мы должны объединить рассмотрение живой и косной материи. Это типично для науки – раздельное рассмотрение (анализ) мы должны синтезировать в единую картину. Как это раздельные исследования объединить в единое целое? 5.3.3. Живое и мыслящее 27 В 20-ые годы прошлого столетия академик Владимир Иванович Вернадский создал свое учение о биосфере планеты как активном начале в геологической истории Земли. Биосфера – своеобразная оболочка планеты. Состав, структура и энергетика этой оболочки определяются совокупной деятельностью всей живой материи: от одноклеточных организмов до всего человеческого сообщества. Он причислил живое вещество к наиболее мощным геохимическим и энергетическим факторам, доказав, что живая материя является ведущей силой планетного развития. Газовый состав атмосферы, химический состав верхней части земной коры есть результат совокупной деятельности живого вещества, непрерывно поддерживающего режим неорганической среды, которая обеспечивает существование жизни. Фактически биосфера есть сложнейшая динамическая система; её жизненная функция состоит в улавливании, накоплении и переносе энергии путем обмена веществ между живым веществом и средой его обитания. С развитием человечества и его потребностей антропогенное воздействие приняло глобальный характер, изменяя не только лик Земли, но и близлежащий космос. Это воздействие и неразрывно связанное с ним противодействие оказывают сильное влияние как на сам характер нашего мышления, так и на соответствующие подходы ко всему комплексу взаимодействия природы и общества. При этом необходимо учитывать, что и само общество является подсистемой природного происхождения. В дальнейшем трудами В. Вернадского и П. Тейяра де Шардена было создано учение о ноосфере. Сам термин «ноосфера» придумал Э. Леруа; он происходит от греческого понятия «noos» – разум. Сейчас под ноосферой понимается новое, формирующееся на наших глазах такое состояние биосферы, в котором разум становится основным фактором развития биосферы и планеты Земля. При этом Тейяр де Шарден трактует данный процесс как проявление «божественного замысла». В работах Вернадского становление ноосферы трактуется как прямой результат науки, её развития. Но становление и развитие науки есть следствие эволюции самого человека, его когнитивных (познавательных) и креативных (творческих) структур. Работа Вернадского, где была изложена отточенная идея ноосферы, появилась в 1944 г. Тогда она многими оценивалась как описание очередного «тупикового» пути в развитии науки. Но спустя много лет ученые поняли, что это не просто игра ума великого ученого, а вполне реальный процесс, знания о котором необходимы не только нынешним исследователям, но всему поколению нынешних и будущих потомков. Основой концепции ноосферы стало наше осознание реальности совместной эволюции человека и остальной природы как системного процесса. Частями этой системы служат взаимосвязанные эволюционные процессы в природе. Следовательно, эволюция неживой и живой материи, в том числе и человечества, есть единый процесс. Мы приходим к выводу, что триада «изменчивость – наследуемость – отбор» есть универсальный на данный момент времени механизм развития всей природы, всех её подсистем (косного вещества, живых существ, в том числе приматов) и всех творений человечества (социума, культуры, техносферы). 5.3.4. Синергетика В 70х-80х годах прошлого столетия сформировалось новое направление в научном познании мира – наука о самоорганизации – синергетика. Первая работа по синергетике Г. Хакена была посвящена лазерному излучению. Лазерный луч является прекрасным примером появления высокоупорядоченного состояния неживой природы. Возникает он самопроизвольно из хаотического состояния вещества и излучения. Лазерного излучения в земной природе пока не обнаружено. Рано или поздно его найдут, ибо известно, что всё, что принципиально возможно, где-нибудь все равно реализуется. Уже имеются публикации о «лазерных звездах». Пока же лазерный луч возникает в специальных системах, придуманных человеком. В генерации лазерного излучения Г. Хакен увидел не 28 только одну из особенностей физического явления вынужденного излучения, а общую закономерность всех систем, обладающих свойствами открытости, нелинейности и диссипативности [17]. В становлении синергетики большую роль сыграли труды Ильи Романовича Пригожина, бельгийского физика. Анализируя общие закономерности неравновесных процессов упорядочения и разупорядочения, т.е. переходов от хаоса к порядку и обратно, Пригожин пришел к выводу, что концептуально процесс эволюции всегда идет через конкурентное сочетание процессов деградации и самоорганизации [18]. Общее направление эволюции определяется преобладанием самоорганизации по сравнению с деградацией. Именно поэтому в природе по мере развития появляются все более сложные системы со все более высокой степенью упорядоченности. (Вспомним эволюцию мира, в том числе в представлении «стрел времени», где описана фактически последовательность перехода от первохаоса распавшейся сингулярности к появлению человеческого разума и его многочисленных деяний.) 5.3.5. Проблемы экономфизики Физика установила, что мир существует как эволюционный процесс в материальных структурах. Это естественный процесс для всех систем, от ядер до человеческого сознания. Эволюция идет через конкурентное сочетание процессов самоорганизации и деградации, с преобладанием первого. В мире возникают все более сложные уровни организации материи. Ход эволюции зависит от разума; идея антропоцентризма снова возрождается на новом уровне. Усложнение систем на Земле осуществляется с участием человека, хотя человечество вряд ли ограничится только своей планетой. Движущей силой в естествознании служат антиномии – те противоречия между двумя восприятиями, каждое из которых признается логически доказуемым, например, непрерывность и дискретность материи, физические противоречия в технических системах и т.п. Методология естествознания стала общенаучной методологией. Можно сказать, что любая наука только в том случае наука, если она явно или неявно следует естественнонаучным закономерностям. Иначе это либо эмпиризм, либо уровень натурфилософии, т.е. стартовое состояние. Не следует перечить природе, и уж тем более её «покорять». Надо идти вперед по стрелам времени, и лучше осознанно, чем через пробы и ошибки. Что же нам ждать от естествознания в обозримый период? Несомненно, физики продолжат свое проникновение «вглубь» и «вширь» материального мира. Изучения микромира и мегамира, по-прежнему, будут развиваться, чтобы в обозримом будущем объединиться. Будет продолжен поиск «единых представлений». Системное видение мира дает очень много как в смысле познания, так и в практическом использовании результатов, поскольку наши потребности (материальные, познавательные и творческие) неминуемо будут увеличиваться. Они, подобно энтропии мира, могут только возрастать. Энтропия уже осознана математически, а потребности ещё ждут своей очереди. Стратегия развития самого естествознания как единой науки состоит в разработке научно обоснованных методов управления естественными процессами. В неживой природе – это управление движением небесных тел (астероидов, Луны и планет), земным и солнечным магнетизмом, радиоактивным распадом, а также процессами внутри элементарных частиц. Уверенности в том, что так называемые самопроизвольные процессы вполне управляемы, придает технология создания лазеров, фактически управляющих вынужденным излучением как естественным процессом. В живой природе – это управление делением клеток через познание глубоких механизмов митоза, управление наследственными факторами, которые являются прямым вмешательством в действие дарвинской триады. Данный подход перспективен во всех областях естествознания физике, химии, биологии 29 и, вероятно, в обществе. В обществе давно назрела потребность управления развитием социальных структур. Здесь уже сейчас четко обозначилось «волнообразное» соперничество деградации и самоорганизации. В какой степени физические и естественнонаучные закономерности могут быть обобщены до уровня социальных или экономических покажет будущее. 5.3.6. Человеческая личность Как именно мы преобразуем окружающий мир – это вопрос второй. Первый – как мы поступаем с собственной личностью? Общепринято, что личность формируется на основе персональной генетической сущности под воздействием общества, т.е. системы образования, личного окружения, средств массовой информации и т.п. Но общепринятое ещё не значит истинное. На самом деле диада «гены плюс среда» формирует не личность, а исполнительного ремесленника с аттестатом или дипломом. Творческие личности, своего рода «пророки», появляются как исключение, а не как правило. Но каждый из нас хочет быть творческой личностью, что вполне естественно для человека на современном уровне нашего развития. Формирование же собственной личности невозможно без активного и осознанного участия самой личности. Диада формирует не личности, а «винтики» для общества, что было, повидимому, достаточно для прошедшего, но явно мало для нынешнего и тем более для будущего времени. Настало время триады: «гены плюс личность плюс среда». Именно поэтому в конце 80-х - начале 90-х годов прошлого столетия цивилизованные страны, в том числе Россия, начали переориентацию систем образования с производства узких специалистов на подготовку «широкообразованной личности». Мы осознали, что мир изменяется с нарастающей скоростью и что лучшее средство обеспечить адаптацию личности к изменяющимся обстоятельствам – это снабдить её тем, что называется «широкой образованностью». И переход этот должен быть совершен без потерь в профессионализме, во владении собственным ремеслом. Владеть в совершенстве своим ремеслом обязан каждый человек. Прагматическая ценность широкой образованности состоит в возможности сначала адаптировать себя к изменяющимся обстоятельствам, а в дальнейшем – в умении управлять обстоятельствами применительно к своим потребностям, не вступая в конфликт с обществом и природой. Стратегическая ценность состоит в том, что системная образованность становится необходимым условием сознательного участия человека в самосовершенствовании. «Обстоятельства» – это та самая «внешняя среда», которая также развивается согласно единым законам эволюции. Она включает в себя и природу, и сущности, созданные человеком (социальные структуры, культуру, технику). Следовательно, чтобы управлять собой и обстоятельствами, нужно знать основы тех законов, по которым функционирует система («законы гомеостаза»), а также законы, по которым она развивается («законы эволюции»). Эти знания заложены в методологии естествознания, поскольку все подсистемы Вселенной (от галактик до студенческих коллективов), развиваются по одним и тем же закономерностям. Они способствуют становлению научного мировоззрения личности. Всё человечество и каждый из нас – это часть Природы (самая сложная часть). Познать самих себя мы сможем только в том случае, если будем развивать свои анатомофизиологи-ческую, познавательную и творческую структуры вполне осознанно, в гармонии с законами Природы. Человек – это система с очень большим, скорее всего, бесконечным числом степеней свободы. Люди уже научились понимать и отслеживать свою «моторику», свои физические нагрузки. Многое из этой области мы уже можем моделировать с явной пользой для себя. Многочисленные машины, станки, роботы выполняют за нас 30 физическую работу, причем чаще всего много быстрее и точнее, чем мы сами. В какой-то степени мы уже знаем, как работает человеческий интеллект, если под интеллектуальной деятельностью понимать всю нашу работу с информацией (её прием, классификацию, хранение, переработку и выдачу). Системы искусственного интеллекта во-многом построены «по образу и подобию» человека. Но наряду с «моторикой» и интеллектом человек ещё способен к творчеству, т.е. к изобретательству, к генерации нового знания, того знания, которого нет в перерабатываемом массиве информации. Здесь ещё многое не очень ясно. Можно ли, например, вызвать «озарение по заказу»? Но подходы и первичные модели уже имеются в активе человечества. Поэтому первейшая проблема естествознания – управление формированием собственной творческой личности. Применительно к человеческой личности необходимо надежно зафиксировать в сознании каждого студента, что мы с вами живем в эпоху быстрого развития когнитивных и креативных структур человека. Во времена натурфилософии познание было уделом отдельных «светочей». Во времена Ньютона и Максвелла стали возникать сообщества ученых – лаборатории, кафедры, академии. Число исследователей росло. В конце XIX века появились специализированные исследовательские организации. Первый научно-исследовательский институт (НИИ) изобрел и организовал Т. Эдисон. В XX веке численность ученых резко возросла; к познанию и творчеству стали причастны миллионы людей, а таланты стали появляться все чаще и чаще. Подобная тенденция свидетельствует о том, что познание и творчество со временем станет делом всего общества. (Каждый обязан стать талантливым). Нужно видеть мир как систему, где эволюцией самих себя должны управлять Вы сами. В конечном счете не исключено, что предназначением человека является управление эволюцией Вселенной. Подобный антропоцентризм выглядит на первый взгляд очень «амбициозной» позицией. Но если все общество будет состоять из талантливых и широко образованных людей, то задачи и проблемы должны быть соответствующими. Естествознание во главе с физикой на то и существует, чтобы человек смог реализовать все то, что в нем заложено природой, плюс все то, что он создаст в себе сам. 31
