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.