Космология последних десятилетий XX века. Концепции «Большого взрыва» и «раздувающейся Вселенной»

Основываясь на теории расширяющейся Вселенной (появившейся еще в первой половине XX века), оказалось возможным проследить развитие Вселенной в «обратную сторону», т.е. попробовать вернуться возможно дальше назад. Хотя осуществить такую реконструкцию было далеко не просто, но все же она оказалась успешной.

По современным взглядам около 14 млрд. лет назад Вселенная представляла собой материальное образование, сосредоточенное в каком-то очень малом объеме с фантастически большой плотностью (на много порядков превосходящей плотность вещества внутри атомного ядра). Внезапно, по неизвестным пока науке причинам, произошел «Большой взрыв», который принято называть «рождением Вселенной» (ибо до этого «взрыва» материя имела совершенно иные, трудновообразимые свойства). Почти мгновенно (за 1032 секунды) пространство разилось в огромный раскаленный шар, значительно превосходивший размеры видимой нами части Вселенной. По новейшим расчетам американских ученых, это произошло 13 млрд. 700 млн. лет назад.

Начиная с 20-х годов XX века, модель расширения Вселенной, созданная А.А. Фридманом, считалась общепринятой. Но расчеты, сделанные им, говорили о равномерном расширении Вселенной, а новые, более точные вычисления указывают на фазу почти мгновенного ее раздувания. Новую теорию, созданную в 80-х годах XX века, в основном усилиями отечественных ученых, назвали теорией раздувающейся Вселенной. Согласно этой теории, в процессе раздувания первоначальная Вселенная (Правселенная) расщепилась на множество отдельных Вселенных, различающихся всеми фундаментальными константами, которые определяют физические свойства мира. Наша Вселенная - одна из них. Такого рода идеи отстаивают в настоящее время некоторые российские ученые (А.Д. Линде, С.С. Григорян и др.).

«Каждая из Вселенных расширялась уже по фридмановскому сценарию. Вначале, когда наша Вселенная (как и все прочие) была еще очень горяча, в ней рождались тяжелые элементарные частицы, на которые идет много массы и энергии. Они распадались и тут же воссоздавались заново, но скорость восстановления постепенно снижалась, и Вселенная обогащалась поколениями все более легких частиц. Согласно расчетам, протоны и нейтроны — «кирпичики», из которых сложены атомные ядра, — образовались примерно через тысячную долю секунды от «начала мира» или чуть раньше. Через несколько минут они «слиплись» в ядра. Вся последующая эволюция Вселенной — образование химических элементов, туманностей, звезд, галактик и так далее — не что иное, как медленное затухание, длинный «хвост» первичных процессов».

Область «начала мира» - предмет новейшего научного направления, получившего наименование квантовой космологии. До сих пор проверка теоретических выводов о процессах вблизи порога «рождения Вселенной» может основываться лишь на косвенных данных. Например, на изучении предсказываемых теорией свойств элементарных частиц и реакций между ними. Успехи физики частиц вселяют сегодня уверенность в правильности космологических построений ученых. Знаменательным стало то, что впервые в истории науки был «перекинут мост» между двумя, казалось бы противоположными, полюсами научных знаний — космологией, изучающей Вселенную с ее фантастическими расстояниями, и квантовой физикой, исследующей явления в ультрамалом. Оказалось, что, по существу, — это два аспекта одного и того же научного знания. В природе все взаимосвязано: изучая свойства микрочастиц, физики уточняют свое представление о фазах эволюции Вселенной; космологические же данные используются для выбора между различными вариантами теории элементарных частиц.

Важным событием космологии последних десятилетий XX века стала разработка релятивистской теории гравитации (FIT), в основе которой лежат труды ряда отечественных ученых (А.А. Логунова, Ю.М. Лоскутова, М.А. Мествиришвили и др.). Эта теория, по-новому осмысливающая физическую реальность, пришла к концу XX века на смену общепризнанной до недавнего времени общей теории относительности А.Эйнштейна, обнаружившей серьезные недостатки. «Анализ общей теории относительности (ОТО) показывает, что принятие ее концепции ведет, во-первых, к отказу от законов сохранения энергии-импульса и момента количества движения вещества и гравитационного поля, вместе взятых, во-вторых, к отказу от представления гравитационного поля как классического поля типа Фарадея — Максвелла... Однако ни в макро-, ни в микромире нет ни одного экспериментального указания, прямо или косвенно ставящего под сомнение справедливость законов сохранения материи, поэтому для отказа от этих законов нет никаких физических оснований».

В силу этого, «ОТО как теория, лишенная этих законов, с физической точки зрения не может считаться удовлетворительной. Отсутствие каких-либо экспериментальных указаний на нарушение законов сохранения дает основание утверждать, что физически приемлемой может быть только теория, согласующаяся с законами сохранения и объясняющая всю совокупность гравитационных эффектов...».

Именно такой теорией и является РТГ, в которой гравитационное поле рассматривается «как любое другое физическое поле со всеми присущими физическим полям атрибутами».

Биология на рубеже XX и XXI веков. Расшифровка генома человека. Клонирование: достижения и проблемы. Конец XX века ознаменовался новыми революционными достижениями в области молекулярной биологии. К ним относятся, прежде всего, расшифровка генома человека и существенные успехи в решении научных проблем клонирования. Но эти достижения вызвали, вместе с тем, серьезные правовые и морально-этические проблемы (что весьма характерно для постнеклассической науки).

Разработанные методы генной инженерии, позволяли внедрить в клетку желаемую генетическую информацию. В 70-е годы XX в. появились методы выделения в чистом виде фрагментов ДНК с помощью электрофореза. В 1981 году процесс выделения генов и получения из них различных цепей был автоматизирован. Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещала возможности управлять живой материей почти так же, как неживой.

В 90-х годах XX века запускается международный проект «Геном человека». Этот проект был реализован раньше планировавшихся сроков (2005-2010 гг.). Уже в 2000 г., в канун нового XXI века были получены сенсационные результаты. Оказалось, что в геноме человека - порядка 30 тысяч генов (вместо предполагавшихся ранее 80—100 тысяч). Это ненамного больше, чем у червяка (19 тысяч генов) или мухи-дрозофилы (13,4 тысяч). Однако, по словам директора Института молекулярной генетики РАН, академика Е.Д. Свердлова, «сетовать на то, что у нас меньше генов, чем предполагалось, пока рано. Во-первых, по мере усложнения организмов один и тот же ген выполняет гораздо больше функций и способен кодировать большее количество белков. Во-вторых, возникает масса комбинаторных вариантов, которых нет у простых организмов. Эволюция весьма экономна: для создания нового занимается «перелицовкой» старого, а не изобретает все вновь. Кроме того, даже самые элементарные частицы, вроде гена, на самом деле невероятно сложны. Наука просто выйдет на следующий уровень познания».

В последние годы в средствах массовой информации активно обсуждаются опыты по клонированию и связанные с этим нравственные, правовые и религиозные проблемы. Дело в том, что практикуемый в таких опытах способ получения биологического материала, при котором происходит умерщвление жизнеспособного эмбриона, признается аморальным и недопустимым. Возникла серьезная правовая и морально-этическая проблема, связанная с посягательством на святость человеческой жизни. Поборниками запрета на проведение подобных экспериментов выступают различные антиабортные и религиозные общества. Однако их голоса не могут заставить ученых-медиков отказаться от развития весьма перспективного направления молекулярной и клеточной биологии. Активная работа по изучению потенциала, так называемых, стволовых клеток (которые являются базовым «строительным материалом» начальной стадии развития эмбриона) ведутся в настоящее время во многих биологических лабораториях мира. Такие исследования, по мнению специалистов, открывают революционные возможности при лечении тяжелых недугов человека. Клонирование органов и тканей — это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и в других областях медицины. При пересадке клонированного органа не надо думать о подавлении реакции отторжения. Клонированные органы станут спасением для людей, попавших в автомобильные аварии или какие-нибудь иные катастрофы, или для людей, которым нужна радикальная помощь из-за заболеваний сердца, печени и т.п. Самый наглядный эффект клонирования - дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей.

Однако клонирование высших млекопитающих, включая человека, содержит еще много невыясненных наукой проблем (например, необычно раннее старение и многочисленные сопутствующие болезни знаменитой клонированной овечки Долли, которую британские медики — вследствие нарастания патологических изменений — вынуждены были умертвить на седьмом году жизни в феврале 2003 г.). Поэтому большинство стран, располагающих достаточным потенциалом в области биологических исследований, весьма негативно относится к идеям и практике клонирования человека. Учитывая непредсказуемость последствий подобных экспериментов, американская администрация еще в период пребывания на посту президента США Билла Клинтона, предупредила о лишении поддержки федеральных фондов всех, кто вознамерится экспериментировать с человеческими эмбрионами. А в американский конгресс был направлен законопроект, запрещающий «создавать человеческое существо путем клонирования и ядерного переноса соматических клеток». Этот законопроект был ратифицирован конгрессом США уже в период администрации К. Буша в феврале 2003 г.

В вышеуказанных противоречиях, порожденных революционными достижениями биологии на рубеже XX и XXI вв., наглядно проявляется аксиологический аспект постнеклассической науки, в которой трансформируется идеал ценностно нейтрального исследования.

Синергетика как новое миропонимание конца XX века. На современном постнеклассическом этапе познания материального мира чрезвычайно важную роль играет парадигма самоорганизации, которая служит естественнонаучной основой философской категории развития. В настоящее время установлено, что обязательным условием развития является процесс самоорганизации, приводящий к возникновению качественно новых материальных структур.

Длительное время в науке доминировало представление об отсутствии явления самоорганизации в неживой природе. Считалось, что объекты неорганического мира способны изменяться только в направлении дезорганизации. Последнее означает, что в соответствии со вторым началом термодинамики, системы неживой природы могут «эволюционировать» лишь в сторону возрастания их энтропии, а значит, хаоса. Считалось, что самоорганизующиеся процессы присущи только живым системам.

Первые серьезные усилия по научному исследованию вопросов самоорганизации были предприняты в кибернетике. Эта наука имела дело как с живыми, так и с техническими (построенными из неживого вещества) управляемыми и саморегулирующимися системами, т.е. с системами, в которых самоорганизация заложена изначально. Кибернетику интересовали гомеостатические системы, поддерживающие свое функционирование в заданном режиме. Само понятие гомеостазиса указывает на то, что в гомеостатической системе речь может идти только о самоорганизации, направленной на достижение оптимальной структуры ее элементов. Такая идея позволяет понять факт устойчивости и сохранения систем (в том числе живых). Но с позиций гомеостазиса нельзя понять как возникают новые системы, причем не только в живой, но и в неорганической природе. К тому же, проблема гомеостазиса в кибернетике рассматривается с чисто функциональной точки зрения и поэтому в ней не анализируются конкретные механизмы самоорганизации.

Постепенно в науке накапливалось все большее число фактов, свидетельствовавших о возникновении упорядоченных структур и феномена самоорганизации в неживой природе при наличии определенных условий. Даже повседневные наблюдения (образование, например, песчаных дюн, вихрей на воде, различного рода кристаллов и т.п.) свидетельствуют о том, что и в неживой природе, — наряду с дезорганизацией, — происходит также и самоорганизация, которая проявляется в возникновении новых материальных структур. В настоящее время считается установленным, что процессы самоорганизации (так же как, разумеется, и дезорганизации) могут происходить в сравнительно простых физических и химических средах неорганической природы. А это означает, что простейшая, элементарная форма самоорганизации имеет место уже в рамках физической и химической форм движения материи. Причем, чем сложнее форма движения материи, тем выше уровень ее самоорганизации.

Указанные наблюдения и обобщения привели к возникновению синергетики - междисциплинарного научного направления, изучающего общие и универсальные механизмы самоорганизации, т.е. механизмы самопроизвольного возникновения и относительно устойчивого существования макроскопических упорядоченных структур самой различной природы. Синергетика стирает, как казалось, непреодолимые грани между физическими и химическими процессами, с одной стороны, и биологическими и социальными процессами — с другой, ибо исследует общие механизмы самоорганизации и тех, и других.

Зарождение синергетики произошло в нашей стране. Еще в 60-х годах XX века отечественным ученым Б.Н. Белоусовым были начаты интересные эксперименты с так называемыми автокаталитическими химическими реакциями, которые затем были продолжены A.M. Жаботинским. Эти эксперименты показали, что наличие автокаталитических реакций значительно ускоряет процессы самоорганизации в химической форме движения. Были высказаны веские предположения, что именно автокаталитические самоорганизующиеся химические процессы послужили основой для перехода от предбиологической к биологической форме движения материи.

Позднее реакция Белоусова — Жаботинского послужила экспериментальной основой для построения математической модели организующихся процессов в бельгийской школе лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожина (1917-2003). Исследуя по преимуществу процессы самоорганизации в физических и химических системах, И.Р. Пригожий в целом ряде своих работ (часть из них переведена на русский язык) раскрывает исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.

В 70-80-х годах XX века работы в области синергетики быстро расширялись, в них включались все новые исследователи. В нашей стране разработкой теории самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного (компьютерного) эксперримента занялась школа академика А.А. Самарского и члена-корреспондента РАН С. П. Курдюмова. Эта школа выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции относительно устойчивых структур в нелинейных средах.

Немецкому профессору Г. Хакену (Институт синергетики и теоретической физики в Штутгарте) удалось объединить большую международную группу ученых, создавшую серию книг по синергетике.

В этих работах представлялись результаты исследований процессов самоорганизации в самых разных системах, включая и социальные.

Создатели синергетики показали, что способность к самоорганизации является атрибутивным свойством материальных систем, а потому синергетика на сегодня является наиболее общей теорией самоорганизации.

Формирование синергетики в последней четверти XX столетия оказалось в чем-то схожим со становлением кибернетики в середине этого столетия. Такая схожесть основывается на обнаруженной общности в феноменах, имеющих место в системах неживой и живой природы, а также в социальных системах. Во всех этих материальных системах имеют место процессы самоорганизации. Вместе с тем между кибернетикой и синергетикой существует и значительное различие. Кибернетика, возникшая на рубеже 40—50-х годов XX века, претендовала на общенаучное значение в изучении процессов управления, имеющих место в некоторых неорганических (созданных человеком), биологических и социальных системах. И, надо сказать, она успешно отстояла свой общенаучный статус. Синергетика претендует сегодня на большее: она выступает уже как новое миропонимание, как основа концепций глобального и космического эволюционизма.