По-видимому, этот период существования Вселенной можно образно представить как периодическую смену темноты светом. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и соответственно понижения ее температуры. Именно на этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы — протоны и нейтроны. Самым же главным результатом этой стадии микроэволюции нашей области Вселенной было образование крайне незначительного перевеса вещества. Как раз из этого излишка в процессе дальнейшей эволюции возникло то огромное богатство и разнообразие материальных образований, явлений и форм, начиная от атомов, молекул, кристаллов, минералов и кончая разнообразными горными образованиями, планетами, звездами и звездными ассоциациями, галактиками и скоплениями галактик.
Разумеется, в стандартной гипотезе имеется еще немало неясного и даже спорного, но она опирается на такой твердо установленный факт, как смещение спектральных линий света, идущего от далеких галактик, который интерпретируется как удаление, или «разбегание», их от наблюдателя. Кроме того, эта гипотеза основывается на такой фундаментальной идее, как нарушение симметрии в процессе образования все новых и более сложных материальных структур и систем, которая лежит в фундаменте современной концепции системного подхода и синергетической самоорганизации. Этим, однако, не ограничивается связь синергетики со стандартной моделью Вселенной. Процессы микроэволюции Вселенной, продолжавшиеся не менее 10 млрд лет, привели к образованию молекул и тем самым явились предпосылкой для начала макроэволюции Вселенной. Микро- и макроэволюции взаимно обусловливали и дополняли друг друга, вот почему они представляют собой две ветви единого процесса.
Однако наиболее важным для понимания места человека во Вселенной является возникновение жизни на Земле и социально-экономическая и культурно-историческая эволюция человечества.
Биологическая и экологическая эволюции представляют собой необходимые предпосылки для возникновения общества, не говоря уже о том, что многие наши интуитивные представления об эволюции вообще заимствованы из существовавших в разное время биологических знаний. Поэтому нам особенно важно познакомиться с ними, во-первых, для того, чтобы выявить в дальнейшем специфику социальных процессов, а во-вторых, показать ошибочность редукционистских и социал-дарвинистских взглядов на общество.
Собственно биологической эволюции предшествовала длительная предбиотическая эволюция, связанная с переходом от неорганической материи к органической, а затем к элементарным формам жизни. Началом предбиотической эволюции было постепенное возникновение органических молекул из неорганических. Предполагают, что по мере охлаждения Земли возникали все условия для образования сложных органических молекул из молекул неорганических. Такая возможность действительно была доказана экспериментально, и поэтому указанная гипотеза представляется достаточно обоснованной. Но ранее существовавшие гипотезы, защищая автономность элементарной системы жизни, слишком изолировались от взаимодействия с окружающей средой. Даже гипотеза, выдвинутая в 1938 г. А.И. Опариным (1894—1980), хотя и постулировала процесс возникновения биополимеров из мономеров, все же недостаточно подчеркивала роль среды в дальнейшей эволюции жизни.
Парадигма самоорганизации может помочь лучшему пониманию процессов происхождения жизни и дальнейшей ее эволюции. Действительно, с ее помощью можно более адекватно объяснить, каким образом из неорганических молекул возникли органические молекулы, а из последних — первые живые молекулы и клетки. Согласно гипотезе немецкого биофизика М. Эйгена (р. 1927), процесс возникновения живых клеток тесно связан с взаимодействием нуклеотидов, являющихся материальными носителями информации, и протеинов (полипептидов), служащих катализаторами химических реакций. В процессе взаимодействия нуклеотиды под влиянием протеинов воспроизводят себя и, в свою очередь, передают информацию следующему за ним протеину, так что в результате возникает замкнутая автокаталитическая цепь, которую Эйген называет гиперциклом.
В ходе дальнейшей эволюции появляются первые живые клетки: сначала без ядер, называемые прокариотами, а затем клетки с ядрами — экуариоты.
На предбиотической стадии эволюции до возникновения первых живых клеток, как показывают современные исследования, существовали материальные системы, обладавшие способностью к самовоспроизведению, метаболизму и развитию через мутации. Эти фундаментальные свойства, характеризующие жизнь, возникли в результате самоорганизации структур.
В ходе эволюции принцип автокатализа, или самоускорения, химических реакций дополняется принципом самовоспроизведения целого циклически организованного процесса в гиперциклах, предложенных Эйгеном. Воспроизведение компонентов гиперциклов, так же как и их объединение в новые гиперциклы, сопровождается быстрорастущим метаболизмом, связанным с синтезированием богатых энергией молекул и выведением как «отбросов» бедных энергией молекул. Примечательно, что вирусы, лишенные способности к метаболизму, внедряются в клеточные организмы и начинают пользоваться их метаболической системой. Особо следует отметить, что в ходе самоорганизации постоянно возникают мутации, а с ними неизбежно связан отбор.
Парадигма самоорганизации позволяет установить связь между неживым и живым в ходе эволюции, так что возникновение жизни представляется отнюдь не чисто случайной и крайне маловероятной комбинацией условий и предпосылок для ее появления, как заявляли некоторые авторитетные биологи. Нельзя также не отметить, что жизнь сама готовит условия для своей дальнейшей эволюции. Предполагают, что первыми стали осваивать Землю растения, которые появились примерно 50 млн лет назад. Такое предположение представляется доста-
точно обоснованным, так как именно растения способны к фотосинтезу и, следовательно, в состоянии накапливать энергию и отдавать свободный кислород в атмосферу. Затем появились первые животные — гипертрофы, которые стали использовать растения в качестве пищи. В результате дальнейшей эволюции из этих основных царств живых систем возникло огромное разнообразие форм и видов растений и животных, которые, постепенно адаптируясь к окружающей среде, усложняли свою структуру и функции и влияли также на свою среду, главным образом через те экосистемы, в которые они входили.
10.4. Антропный принцип в космологии
Анализируя мировые физические постоянные, или константы, такие, как постоянную Планка, массу протона, заряд электрона, скорость света и другие, ученые задались вопросом: что случилось бы с Вселенной, если бы значения этих постоянных изменились? Например, если бы масса протона возросла на треть, тогда был бы невозможен ядерный синтез, а следовательно, микро- и макроэволюция Вселенной не пошли бы по тому сценарию, который был рассмотрен выше. Аналогично этому при равенстве вещества и антивещества Вселенная превратилась бы в чистое излучение. Негативные последствия могли бы произойти от увеличения или уменьшения значений других физических постоянных.
В связи с этим невольно возникает впечатление о необъяснимом совпадении значений мировых констант. Совокупность таких совпадений называют «тонкой подстройкой Вселенной». Является ли такая подстройка случайной или же она вызвана какими-то неизвестными нам закономерными процессами?
Признание закономерности приводит к выводу, что на какой-то стадии эволюции неминуемо должен появиться человек, который в состоянии наблюдать эти процессы и оценивать значения мировых физических постоянных. Выходит, что Вселенная как-то подстраивается к возможности появления в будущем человека-наблюдателя. Некоторые сторонники крайних взглядов допускают даже, что появление такого наблюдателя является целью развития Вселенной и заложено в ней потенциально с самого начала. Многие ученые, привыкшие рассматривать природу как господство стихийных сил, считают «тонкую подстройку» чисто случайным совпадением.
Эти дискуссии в 70-х гг. XX в. привели к выдвижению так называемого антропного принципа, который существует в двух вариантах. Сто-
ронники сильного антропного принципа, например английский математик Б. Картер, считают, что Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на определенной стадии неминуемо появился наблюдатель.
П. Девис в своей книге «Случайная Вселенная», критикуя сильный вариант антропного принципа, утверждает, что его сторонники считают, что Вселенная изначально приспосабливалась для существования жизни. Поэтому и начальные условия, и законы физики подстраивались так, чтобы гарантировать возникновение жизни и появление наблюдателя.
Защитники слабого варианта считают, что появление наблюдателя должно быть связано с определенной стадией эволюции Вселенной, когда сложатся условия, которые допускают такую возможность.
Таким образом, антропный принцип должен объяснить, почему Вселенная именно такова, какой мы ее наблюдаем. Поиски такого объяснения предполагают использование не только философско-ми-ровоззренческих, но и естественнонаучных аргументов. Поэтому антропный принцип включает разнородное содержание. С философской точки зрения можно утверждать, что объективно существующие фундаментальные свойства Вселенной таковы, что на определенном этапе ее эволюции они привели к появлению наблюдателя.
С естественнонаучной точки зрения возникновение антропного принципа следует рассматривать в тесной связи с происхождением жизни во Вселенной, а также принципиальной возможностью появления других, отличных от нашей Вселенной миров. По мнению Р. Дикке, жизнь во Вселенной не может появиться раньше, чем сменится первое поколение звезд, в результате разрушения которых появится вещество, содержащее углерод, кислород и другие химические элементы, необходимые для возникновения жизни. Только после возникновения звезд второго поколения начинается отсчет звездного времени и появляется возможность зарождения жизни. Таким образом, рассматривая зависимость появления человека от универсальных мировых констант, в частности от возраста Вселенной, Дикке попытался дать биологическое объяснение антропному принципу.
Дискуссии вокруг антропного принципа в космологии, как нетрудно заметить, приобретают философский характер, поскольку они касаются проблемы предопределенности развития Вселенной фундаментальными исходными мировыми константами. Многие исследователи видят в этом возврат к антропоцентризму во взгляде на мир, признанию существования целей в природе, отход от революционной точки зрения Коперника, отрицающей выделенное место Земли и человека во Вселенной. Однако противоположный подход, преувеличи-
вающий роль случайностей в развитии мира и отрицающий его закономерный характер, также нельзя считать правильным. По-видимому, существование фундаментальных мировых констант, зависимость от них всего последующего развития Вселенной требуют также поиска тех общих универсальных закономерностей, которые детерминируют такое развитие. Обсуждение вопросов взаимосвязи между случайным и закономерным в эволюции Вселенной приводит нас к анализу ряда других философских и мировоззренческих проблем, выдвинутых развитием современной космологии.
10.5. Философско-мировоззренческие проблемы современной космологии
Возникновение и развитие современной релятивистской космологии имеет большое мировоззренческое значение. Она во многом изменила наши прежние представления о научной картине мира. Особенно радикальным было открытие так называемого красного смещения, свидетельствующего о расширении Вселенной. Этот факт нельзя было не учитывать при построении космологических моделей. Считать ли Вселенную бесконечной или конечной, зависит от конкретных эмпирических исследований, и прежде всего от определения плотности материи во Вселенной, что имеет решающее значение для оценки кривизны пространства-времени. Очевидно, что при нулевой или отрицательной кривизне модель должна быть открытой, при положительной — замкнутой. Однако оценка плотности распределения материи во Вселенной наталкивается на серьезные трудности, связанные с наличием так называемого скрытого (невидимого) вещества в виде темных облаков космической материи. Хотя никакого окончательного вывода о том, является ли Вселенная открытой или замкнутой, сделать пока еще нельзя, но многие научные факты свидетельствуют, по-видимому, в пользу модели открытой бесконечной Вселенной. Во всяком случае, такая модель лучше согласуется с неограниченно расширяющейся Вселенной. Замкнутая же модель предполагает конец такого расширения и допущение ее последующего сжатия. Как мы уже отмечали выше, коренной недостаток такой модели состоит в том, что пока современная наука не располагает какими-либо фактами, подтверждающими подобное сжатие. К тому же сторонники замкнутой Вселенной признают, что ее эволюция началась с «большого взрыва». Наконец, остается нерешенной и проблема оценки плотности распределения материи и связанной с ней величины кривизны пространства-времени.
Важной проблемой остается и оценка возраста Вселенной, которая определяется по длительности ее расширения. Если бы расширение Вселенной происходило с постоянной скоростью, равной в настоящее время 75 км/с, то время, истекшее с начала «большого взрыва», составило бы 13 млрд лет. Однако есть основания считать, что ее расширение происходит с замедлением. Тогда возраст Вселенной будет больше.
Значительные трудности связаны также с обоснованием первоначальной «горячей» модели в сингулярной области, поскольку предполагаемые плотности и температуры в ней никогда не наблюдались и не анализировались в современной астрофизике. Но развитие науки продолжается, и есть основания надеяться, что и эти труднейшие проблемы со временем будут разрешены. Главный же итог современных космологических исследований состоит в том, что они показали, что Вселенная не находится в стационарном состоянии, а непрерывно изменяется. Именно в результате такого процесса происходит эволюция материи, ведущая к появлению все новых и сложных структур.
Основные понятия, вопросы и задания
| Антивещество | «Красное смещение» |
| Антропный принцип | Макроэволюция |
| Бесконечность | Метагалактика |
| «Большой взрыв» | Микроэволюция |
| Вещество | Разрушение симметрий |
| Вселенная | Расширение Вселенной |
| Галактика | Реликтовое излучение |
| Гравитация | Стандартная модель |
Антивещество «Красное смещение»
Антропный принцип Макроэволюция
Бесконечность Метагалактика
«Большой взрыв» Микроэволюция
Вещество Разрушение симметрии
Вселенная Расширение Вселенной
Галактика Реликтовое излучение
Гравитация Стандартная модель
1. На какую физическую теорию опирается современная космология?
2. Какие этапы в своем развитии прошла эта космология?
3. На каких данных основывается современная космология?
4. Что собой представляет стандартная модель Вселенной?
5. Когда, по стандартной модели, произошел «большой взрыв»?
6. Что вкратце можно рассказать об эволюции Вселенной до возникновения макротел?
7. Как реликтовое излучение подтверждает стандартную модель?
8. Как связана эволюция Вселенной с разрушением прежних симметрий между физическими взаимодействиями?
9. Назовите основные типы физических взаимодействий. Какую роль они играют в образовании новых структур?
10. Какое значение имеет парадигма самоорганизации материи в космологии?
11. В чем заключается сущность антропного принципа?
12. Какое значение имеют открытия в космологии для формирования мировоззрения?
Литература
Основная:
Бесконечность и Вселенная. М., 1969.
Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М., 1990.
Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. М., 1995.
Философия науки. Современные философские проблемы областей научного
знания. М., 2005. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М., 1988.
Дополнительная:
Девис П. Случайная Вселенная. М., 1985.
Казютинский В.В. Антропный принцип // Философский словарь. М., 2001. Картер Б. Совпадение больших чисел и антропологический принцип космологии // Космология: теория и наблюдения. М., 1978. Физический энциклопедический словарь. М., 1983. С. 316. Философия: энциклопедический словарь / Под ред. А.А. Ивина. М., 2004. Шама Д. Современная космология. М., 1973.
Глава 11
