Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
, К
КОНЦЕПЦИИ
СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Рекомендовано Министерством общего
и профессионального образования РФ в качестве
учебного пособия для студентов высших
учебных заведений
Ростов-на-Дону ' Издательство «Феникс* 1997
ББК 22.3Я72 К64
Авторский коллектив под руководством доктора социологических наук, профессора С. И. Самыгина
Авторский коллектив
М. И. Басаков;
кандидат философских наук В. О. Голубинцев; кандидат технических наук А. Э. Каждан; доктор философских наук Л. А. Минасян; • кандидат медицинских наук Р. Ф. Морозова1 1 О. П. Самыгина; ;
кандидат психологических наук
.' • •-:-•• : Л. Д. Столяренко; •....,..• В. Е. Столяренко; Н. Ю. Турчина. ,\, Концепции современного естествознания: Сер. «Учеб-К64 ники и учебные пособия». Ростов н/Д: «Феникс», 1997. - 448 с.
Учебное пособие написано в соответствии с Государственным стандартом РФ по дисциплине "Концепции современного естествознания", входящей в цикл общих мате матических и естественно-научных дисциплин, и предназначено для студентов гумани тарных и экономических специальностей высших учебных заведений всех форм обучения.
В работе показано, что если классическое естествознание дало традициснный взгляд на мир "со стороны", то в современном естествознании утверждается взгляд "изнутри": мы — люди, мы — человечество — присутствуем во Вселенной. Неотде лимы от нее, как и она от нас.
Естественно-научная и гуманитарная культуры, научный метод; история есте ствознания; панорама современного естествознания; тенденция развития; корпуску лярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в приро де; хаос; структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мегамиры; про странство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохране ния; взаимодействие; близкодействие; дальнодействие; состояние; принципы суперпо зиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические законо мерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; прин ципы возрастания энтропии; химические системы, энергетика химических процессов; реакционная способность веществ; особенности биологического уровня организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития животных систем; много образие живых организмов — основа организации и устойчивости биосферы; генетика и эволюция; человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность; биоэтика; человек, биосфера и космические циклы; ноосфера; необратимость времени; самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюцио низма; путь к единой культуре.
ISBN 5-222-000-78-8
ББК 22.3Я72
© Коллектив авторов, 1997. С) Оформление: издательство
—— ^"
~t?.n*
1997.
Введение
Основные концепции естествознания — это в конеч ном счете попытки решения т. н. мировых загадок, о ко торых еще в конце прошлого века писали Эрнст Геккель и Эмиль Дюбуа-Реймон. Их знаменитый спор вошел в науку под названием: ignoramus или ignorabimus?
В 1878 году физиолог Дюбуа-Реймон свою публичную речь "О границах познания природы" закончил словами:
" В отношении к загадкам телесного мира естествоиспы татель давно уже привык с мужественным ограничением выс казывать свое ignoramus" (не знаем. — С. С.). По отноше нию к загадкам, что такое материя и сила и каким образом они могут мыслить, он раз и навсегда должен решиться на гораздо более тяжелое признание, выраженное приговором ignorabimus.
Эрнст Геккель горячо возражал Дюбуа-Реймону и его сторонникам, активно борясь против тезиса ignorabimus. Его книга "Мировые загадки'^ стала широко известной.
И Дюбуа-Реймон и Геккель — оба говорили о семи "ми ровых загадках", две из которых относятся к физике, две — .к биологии и три последние — к психологии:
1) сущность материи и силы; ..>.;хжйг.зг/,ь;и.-;. -.;• u'W »,'•"• 2) происхождение движения; ъзый !Ул~:\ >.'" •---•-',"-1 3) происхождение жизни; Г5Р'&а;г. с :••;.:» к 4) целесообразность природы; »!
5) возникновение ощущения и сознания; •... щ
6) возникновение мышления и речи; • "-ф ,; 7) свобода воли.
1' Несомненно, что самые сложные проблемы связаны с Тзникновением жизни и венцом развития живого — ***адкой человеческого сознания. Недаром И. П. Павлов,
4 Концепции современного естествознания
продолжая спор Геккеля с Дюбуа-Реймоном, начал свой док лад "Естествознание и мозг", прочитанный в 1909 году на съезде естествоиспытателей и врачей, следующими словами:
"Можно с правом сказать, что неудержимый со времен Галилея ход естествознания впервые заметно приостанав ливается перед высшим отделом мозга или, вообще гово ря, перед органом сложнейших отношений животных к внешнему миру. И казалось, что это — недаром, что здесь — действительно критический момент естествознания, так как мозг, который в высшей его формации — человеческо го мозга — создавал и создает естествознание, сам стано вится объектом этого естествознания".
То, что для Дюбуа-Реймона было загадкой, современ ным ученым в значительной степени уже понятно. И имен но поэтому возникает множество дополнительных вопросов.
Наши знания можно сравнить с расширяющейся сфе рой. Чем шире сфера, тем больше точек ее соприкоснове ния с еще не известным. Увеличение сферы знания приво дит к появлению новых нерешенных проблем. Когда объем знаний увеличивается, решаются и они.
Общеизвестно, что естествознание — это совокупность наук о природе. Задачей естествознания является познание объективных законов природы и содействие их практичес кому использованию в интересах человека. Естествознание возникает в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых в процессе практической деятельности людей, и само является теоретической основой этой прак тической деятельности.
В XIX веке было принято естественные науки (или опытное познание природы) разделять на 2 большие груп пы. Первая группа по традиции охватывает науки о явлени ях природы (физика, химия, физиология), а вторая — о предметах природы. Хотя деление это довольно условное, но очевидно, что предметы природы — это не только весь окружающий материальный мир с небесными телами и зем лей, но и неорганические составные части земли, и нахо дящиеся на ней органические существа, и, наконец, человек.
Введение
Рассмотрение небесных тел составляет предмет астрономи ческих наук, земля составляет предмет ряда наук, из кото рых наиболее разработаны геология, география и физика земли. Познание предметов, входящих в состав земной коры и на ней находящихся, составляет предмет естественной истории с ее тремя главными отделами: минералогией, бо таникой и зоологией. Человек же служит предметом антро пологии, наиболее важными составными частями которой являются анатомия и физиология. В свою очередь, на ана томии и физиологии базируются медицина и эксперимен тальная психология.
В наше время такой общепризнанной классификации естественных наук уже не существует. По объектам иссле дования самым широким делением является деление на науки о живой и так называемой неживой природе. Важ нейшие большие области естествознания (физика, химия, биология) можно отличать по формам движения материи, которые они изучают. Однако этот принцип, с одной сто роны, не позволяет охватить все естественные науки (на пример математику и многие смежные науки), с другой сто роны, он неприменим к обоснованию дальнейших класси фикационных делений, той сложной дифференциации и взаимосвязи наук, которые столь характерны для современ ного естествознания.
В современном естествознании органически перепле таются два противоположных процесса: непрерывной диф ференциации естествознания и все более узкие области на уки и интеграции этих обособленных наук. Наше учебное пособие будет построено на интегральном представлении об организации космического живого вещества, основанном на концепции об универсальном характере самоорганизации материи. Становится ясно, что достижение успеха в пони мании фундаментальных свойств Вселенной возможно только на основе интегральных представлений об окружающем нас реальном мире, включающих как физический мир, так и человеческое существование. А это значит, что все новей шие концепции естествознания, все исследования на стыке
6
Концепции современного естествознания
космологии, физики элементарных частиц, химии, био логии, психологии и других научных дисциплин, вышед ших ка передний план поступательного движения от неиз вестного к известному, приводят к осмыслению вечной про блемы соотношения космоса и человека. Все ближе наука подходит к пониманию того, что само существование чело века обусловлено основными закономерностями развития Вселенной в целом. Если верна концепция антропоцент ризма и человек является целью всех совершаемых в мире событий, то возникает очень важный мировоззренческий вопрос: не было ли существование человека потенциально заложено в зародыше Вселенной? Может быть, следует ис кать в самом начале возникновения Вселенной некий код, который содержит в себе всю информацию о дальнейшей эволюции космоса, о возникновении жизни и человека, а также о том, что пас ожидает » будущем?
Авторы учебника уверены в том, что человек не есть некое суверенное и автономное существо в мироздании. Он неотделим от судеб космического развития. Но возникает и обратная зависимость: человек становится одним из мощ ных факторов дальнейшей эволюции природы в обитаемом им участке мироздания, и притом фактором, действующим сознательно. Это налагает на него громадную ответствен ность, так как делает его прямым участником процессов космического масштаба и значения.
Наше понимание основных проблем современного ес тествознания базируется на идеях выдающегося русского уче ного В. И. Вернадского. Думается, что главное открытие В. И. Вернадского состоит в обосновании им неоднород ной структуры мироздания — существования во Вселенной трех реальностей, функционирующих с высокой степенью аатономности, но все же связанных определенной простран ственно-временной общностью. По Вернадскому, в мире существует три реальности: реальность космоса, реальность микромира и биосферная реальность Земли, включающая человечество как составную часть. Соответственно, у на уки есть четыре задачи: познать Космос, познать микромир, познать биосферу и познать человечество.
Введение
Для нас важно показать взаимосвязь всех наук и веду щую роль в процессах их взаимовлияния и взаимодействия наук о жизни и человеке. В. И. Вернадский по этому по воду задается глобальным вопросом: "Действительно ли на уки о жизни ничего не могут коренным образом изменить в наших основных представлениях научного мироздания, в представлениях о пространстве и времени, энергии, мате рии? И полон ли этот список основных элементов нашего научного мышления?"
В меру своих сил и возможностей мы попытаемся отве тить на этот вопрос. •
шг'^ ": Раздел! "•;'"';:.vf; Научный метод
Понятия метода и методологии. Классификация методов научного познания ,...;••; ,
Понятие метод (от греческого слова "метоДос" — путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций прак тического и теоретического освоения действи!ельности.
Метод вооружает человека системой принципов, тре бований, правил, руководствуясь которыми он может дос тичь намеченной цели. Владение методом означает для че ловека знание того, каким образом, в какой последователь ности совершать те или иные действия для решения тех или иных задач, и умение применять это знание да практике.
Учение о методе начало развиваться еще в науке Нового времени. Ее представители считали правильный метод ори ентиром в движении к надежному, истинному знанию. Так, видный философ XVII века Ф. Бэкон сравнивал метод по знания с фонарем, освещающим дорогу путнику, идущему в темноте. А другой известный ученый и философ этого же периода Р. Декарт изложил свое понимание метода следу ющим образом: "Под методом,— писал он, — я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых ... без лишней траты умственных сил, но постепенно и непре рывно увеличивая знания, способствует тому, что ум дос тигает истинного познания всего, что ему доступно"1.
Существует целая область знания, которая специально занимается изучением методов и которую принято имено вать методологией. Методология дословно означает "учение
1 Декарт Р. Избранные произведения. М., 1950. С. 89.
Раздел I. Научный метод
о методах" (ибо происходит этот термин от двух греческих слов: "методос" — метод и "логос" — учение). Изучая зако номерности человеческой познавательной деятельности, методология вырабатывает на этой основе методы ее осуще ствления. Важнейшей задачей методологии является изу чение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.
Методы научного познания принято подразделять по степени их общности, т. е. по широте применимости в процессе научного исследования.
Всеобщих методов в истории познания известно два; диалектический и метафизический. Это общефилософские методы. Метафизический метод с середины XIX века на чал все больше и больше вытесняться из естествознания диалектическим методом.
Вторую группу методов познания составляют общена учные методы, которые используются в самых различных областях науки, т. е. имеют весьма широкий, междисцип линарный спектр применения. Классификация общенауч ных методов тесно связана с понятием уровней научного познания.
Различают два уровня научного познания: эмпиричес кий и теоретический. Одни общенаучные методы применя ются только на эмпирическом уровне (наблюдение, экспе римент, измерение), другие — только на теоретическом (идеализация, формализация), а некоторые (например, мо делирование) — как на эмпирическом, так и на теоретичес ком уровнях.
Эмпирический уровень научного познания характери зуется непосредственным исследованием реально существу ющих, чувственно воспринимаемых объектов. На этом уров не осуществляется процесс накопления информации об исследуемых объектах, явлениях путем проведения наблю дений, выполнения разнообразных измерений, постанов ки экспериментов. Здесь производится также первичная си стематизация получаемых фактических данных в виде таблиц, схем, графиков и т. п. Кроме того, уже на втором
10
Концепции современного естествознания
уровне научного познания — как следствие обобщения на учных фактов — возможно формулирование некоторых эм пирических закономерностей.
Теоретический уровень научного исследования осуществ ляется на рациональной (логической) ступени познания. На данном уровне происходит раскрытие наиболее глубоких, существенных сторон, связей, закономерностей, присущих изучаемым объектам, явлениям. Теоретический уровень — более высокая ступень в научном познании. Результатами теоретического познания становятся гипотезы, теории, за коны.
Выделяя в научном исследовании указанные два раз личных уровня, не следует, однако, их отрывать друг от друга и противопоставлять. Ведь эмпирический и теорети ческий уровни познании взаимосвязаны между собой. Эм пирический уровень выступает в качестве основы, фунда мента теоретического. Гипотезы и теории формируются в процессе теоретического осмысления научных фактов, ста тистических данных, получаемых на эмпирическом уровне. К тому же теоретическое мышление неизбежно опирается на чувственно-наглядные образы (в том числе схемы, гра фики и т. п.), с которыми имеет дело эмпирический уро вень исследования.
В свою очередь, эмпирический уровень научного позна ния не может существовать без достижений теоретического уровня. Эмпирическое исследование обычно опирается на определенную теоретическую конструкцию, которая опреде ляет направление этого исследования, обусловливает и обо сновывает применяемые при этом методы.
К третьей группе методов научного познания относятся методы, используемые только в рамках исследований какой-то конкретной науки или какого-то конкретного явления. Такие методы именуются частнонаучными. Каждая частная наука (биология, химия, геология и т. д.) имеет свои спе цифические методы исследования.
При этом частнонаучные методы, как правило, содер жат в различных сочетаниях те или иные общенаучные мето-
Раздел I. Научный метод
11
ды познания. В частнонаучных методах могут присутство вать наблюдения, измерения, индуктивные или дедуктив ные умозаключения и т. д. Характер их сочетания и исполь зования находится в зависимости от условий исследования, природы изучаемых объектов. Таким образом, частнонауч ные методы не оторваны от общенаучных. Они тесно связа ны с ними, включают в себя специфическое применение общенаучных познавательных приемов для изучения конкрет ной области объективного мира.
Частнонаучные методы связаны и со всеобщим, диа лектическим методом, который как бы преломляется через них. Например, всеобщий диалектический принцип раз вития проявился в биологии в виде открытого Ч. Дарви-ном естествен!юисторического закона эволюции животных и растительных видов.
К сказанному остается добавить, что любой метод сам по себе еще не предопределяет успеха в познании тех или иных сторон материальной действительности. Важно еще умение правильно применять научный метод в процессе по знания. ,.-....- .,••••. .. ,, ....... ....-.' -;'-•-р.; <-«й .-
1„ Общенаучные методы эмпирического познания
1.1. Наблюдение
Наблюдение есть чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Это — исходный метод эмпири ческого познания, позволяющий получить некоторую пер вичную информацию об объектах окружающей действитель-ности.
Научное наблюдение (в отличие от обыденных, повсе дневных наблюдений) характеризуется рядом особенностей:
12
Концепции современного естествознания
— целенаправленностью (наблюдение должно вестись для решения поставленной задачи исследования, а внимание наблюдателя фиксироваться только на явлениях, связанных с этой задачей);
— планомерностью (наблюдение должно проводиться строго по плану, составленному исходя из задачи исследо вания);
— активностью (исследователь должен активно искать, выделять нужные ему моменты в наблюдаемом явлении, привлекая для этого свои знания и опыт, используя раз личные технические средства наблюдения).
Научные наблюдения всегда сопровождаются описани ем объекта познания. Последнее необходимо для фиксиро вания тех свойств, сторон изучаемого объекта, которые со ставляют предмет исследования. Описания результатов на блюдений образуют эмпирический базис науки, опираясь на который исследователи создают эмпирические обобще ния, сравнивают изучаемые объекты по тем или иным па раметрам, проводят классификацию их по каким-то свой ствам, характеристикам, выясняют последовательность эта пов их становления и развития.
Почти каждая наука проходит указанную первоначаль ную, "описательную" стадию развития. При этом, как под черкивается в одной из работ, касающихся этого вопроса, "основные требования, которые предъявляются к научному описанию, направлены на то, чтобы оно было возможно более полным, точным и объективным. Описание должно давать достоверную и адекватную картину самого объекта, точно отображать изучаемые явления. Важно, чтобы поня тия, используемые для описания, всегда имели четкий и однозначный смысл. При развитии науки, изменении ее основ преобразуются средства описания, часто создается новая система понятий"1.
Наблюдение как метод познания более или менее удов летворяло потребности наук, находившихся на описательио-
1 Назаров И. В. Методология геологического исследования. Но восибирск, 1982. С. 41.
Раздел I. Научный метод
13
эмпирической ступени развития. Дальнейший прогресс научного познания был связан с переходом многих наук к следующей, более высокой ступени развития, на которой наблюдения дополнялись экспериментальными исследова ниями, предполагающими целенаправленное воздействие на изучаемые объекты.
Что касается наблюдений, то в них отсутствует деятель ность, направленная на преобразование, изменение объек тов познания. Это обусловливается рядом обстоятельств: недоступностью этих объектов для практического воздей ствия (например наблюдения удаленных космических объек тов), нежелательностью, исходя из целей исследования, вмешательства в наблюдаемый процесс (фенологические, психологические и др. наблюдения), отсутствием техничес ких, энергетических, финансовых и иных возможностей постановки экспериментальных исследований объектов по знания.
По способу проведения наблюдения могут быть непоср едственными и опосредованными.
При непосредственных наблюдениях те или иные свой ства, стороны объекта отражаются, воспринимаются орга нами чувств человека. Такого рода наблюдения дали нема ло полезного в истории науки. Известно, например, что наблюдения положения планет и звезд на небе, проводив шиеся в течение более двадцати лет Тихо Браге с непрев зойденной для невооруженного глаза точностью, явились эмпирической основой для открытия Кеплером его знаме нитых законов.
В настоящее время непосредственное визуальное на блюдение широко используется в космических исследованиях как важный (а иногда и незаменимый) метод научного по знания. Визуальные наблюдения с борта пилотируемой ор битальной станции — наиболее простой и весьма эффек тивный метод исследования параметров атмосферы, поверх ности суши и океана из космоса в видимом диапазоне. "С орбиты искусственного спутника Земли глаз человека мо жет уверенно определить границы облачного покрова, типы
14
Концепции современного естествознания
облаков, границы выноса мутных речных вод в море, про смотреть рельеф дна на мелководье, определить характери стики океанических вихрей и пылевых бурь размером в не сколько сот километров, различать типы планктона и т. п. Комплексное восприятие наблюдаемых явлений..., избира тельная способность человеческого зрения и логический ана лиз результатов наблюдений — это те уникальные свойства метода визуальных наблюдений, которыми не обладает ни какой набор аппаратуры"'.
"Возможности визуального метода наблюдений суще ственно увеличиваются, если использовать инструменты, расширяющие границы человеческого зрения. Это могут быть бинокли, зрительные трубы, приборы ночного виде ния с оптико-электронным усилением света"2.
Хотя непосредственное наблюдение продолжает играть немаловажную роль в современной науке, однако чаще все го научное наблюдение бывает опосредованным, т. е. про водится с использованием тех или иных технических средств. Появление и развитие таких средств во многом определило то громадное расширение возможностей метода наблюдений, которое произошло за последние четыре столетия.
Если, например, до начала XVII в. астрономы наблю дали за небесными телами невооруженным глазом, то изоб ретение Галилеем в 1608 году оптического телескопа подня ло астрономические наблюдения на новую, гораздо более высокую ступень. А создание в наши дни рентгеновских те лескопов и вывод их в космическое пространство на борту орбитальной станции (рентгеновские телескопы могут ра ботать только за пределами земной атмосферы) позволило проводить наблюдения за такими объектами Вселенной (пульсары, квазары), которые никаким другим путем изу чать было бы невозможно.
Подобно развитию технических средств дальних наблю дений, создание в XVII веке оптического микроскопа, а
1 Байбаков С. Н., Мартынов А. И. С орбиты спутника — в глаз тайфуна. М., 1986. С. 17.
2 Там же. С. 17. .;.-.,..' / '
Раздел!. Научный метод
15
много позднее, уже в XX веке, и электронного микроскопа позволило исследователям наблюдать удивительный мир микрообъектов и микроявлеикй.
Развитие современного естествознания связано с повы шением роли так называемых косвенных наблюдений. Так, объекты и явления, изучаемые ядерной физикой, не могут прямо наблюдаться ни с помощью органов чувств человека, ни с помощью самых совершенных приборов. То, что уче ные наблюдают в процессе эмпирических исследований в атомной физике, — это не сами микрообъекты, а только ре зультаты их воздействия на определенные объекты, являю щиеся техническими средствами исследования. Например, при изучении свойств заряженных частиц с помощью каме ры Вильсона эти частицы воспринимаются исследователем косвенно — по таким видимым их проявлениям, как образо вание треков, состоящих из множества капелек жидкости.
Косвенные наблюдения обязательно основываются на некоторых теоретических положениях, устанавливающих оп ределенную связь (скажем, в виде математически выражен ной функциональной зависимости) между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми явлениями. Подчеркивая роль теории в процессе таких наблюдений, А. Эйнштейн в разговоре с В. Гейзенбергом заметил: "Можно ли наблюдать данное яв ление или нет — зависит от вашей теории. Именно теория должна установить, что можно наблюдать, а что нельзя"1.
Вообще любые научные наблюдения, хотя они опира ются в первую очередь на работу органов чувств, требуют в то же время участия и теоретического мышления. Исследо ватель, опираясь на свои знания, опыт, должен осознать чувственные восприятия и выразить их (описать) либо в понятиях обычного языка, либо — более строго и сокра щенно — в определенных научных терминах, в каких-то гра фиках, таблицах, рисунках и т. п.
Наблюдения могут нередко играть важную эвристичес кую роль в научном познании. В процессе наблюдений
1 Гейзенберг В. Теория, критика и философия/ Успехи физи ческих наук. 1970. Т. 102. Вып. i. С. 303.
16
Концепции современного естествознания
могут быть открыты совершенно новые явления, позволя ющие обосновать ту или иную научную гипотезу. Приведем лишь один пример из области истории космических иссле дований. Участники длительных экспедиций в космос на орбитальной станции «Салют-6» вели наблюдения Мирово го океана, ибо над ним и даже в его глубинах формируется погода планеты. В результате этих наблюдений были обна ружены так называемые синоптические вихри. Последние представляют собой специфические образования в океане, размеры и цвет которых бывают различными. Некоторые из них имеют зеленоватую окраску, что характеризует подъем глубинных вод к поверхности, другие отличаются голубой окраской — здесь вода с поверхности уходит в глубину. Эти наблюдения позволили подтвердить гипотезу академика Г. И. Марчука, согласно которой в Мировом океане есть энергоактивные зоны, являющиеся своеобразными "гене раторами погоды". Именно над такими аномалиями и на чинается формирование циклонов1.
Для получения каких-то выводов об исследуемом явле нии, для обнаружения чего-то существенного в нем зачас тую требуется проведение весьма большого количества на блюдений. Например, для получения даже краткосрочного (до 7—10 суток) прогноза погоды необходимо проводить огромное число наблюдений за различными метеорологи ческими параметрами атмосферы. Такие наблюдения в со временном мире осуществляют свыше 10 тысяч метеороло гических станций, получающих необходимые данные в рай оне земной поверхности, и около 800 станций радиозонди рования, собирающих данные во всей толще атмосферы. К этому надо добавить метеорологическую информацию, ко торая является результатом наблюдений, проводимых с ос нащенных специальной аппаратурой морских судов и само летов, беспилотных метеорологических спутников Земли и пилотируемых орбитальных станций. Весь этот обширный комплекс технических средств обеспечивает глобальные
1 См.: Губарев В. Вихри в окзане/Правда. 1984. 26 сентяб ря. С. 6.
Раздел I. Научный метод
17
наблюдения за состоянием атмосферы, поверхности суши и екеана с целью изучения тех физических процессов, кото рые определяют аномалии погоды на нашей планете.
Из всего вышесказанного следует, что наблюдение яв ляется весьма важным методом эмпирического познания, обеспечивающим сбор обширной информации об окружаю щем мире. Как показывает история науки, при правиль ном использовании этого метода он оказывается весьма пло дотворным.
1.2. Эксперимент
Эксперимент — более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением. Он предполагает активное, целенаправленное и строго контролируемое воз действие исследователя на изучаемый объект для выявле ния и изучения тех или иных его сторон, свойств, связей. При этом экспериментатор может преобразовывать иссле дуемый объект, создавать искусственные условия его изу чения, вмешиваться в естественное течение процессов.
Эксперимент включает в себя другие методы эмпири ческого исследования (наблюдение, измерение). В то же время он обладает рядом важных, присущих только ему осо бенностей.
Во-первых, эксперимент позволяет изучать объект в "очищенном" виде, т. е. устранять всякого рода побочные факторы, наслоения, затрудняющие процесс исследования. Например, проведение некоторых экспериментов требует специально оборудованных помещений, защищенных (эк ранированных) от внешних электромагнитных воздействий на изучаемый объект.
Во-вторых, в ходе эксперимента объект может быть по ставлен в некоторые искусственные, в частности, экстремаль ные условия, т. е. изучаться при сверхнизких температурах, при чрезвычайно высоких давлениях или, наоборот, в ваку уме, при огромных напряженностях электромашщщвго поля
18
Концепции современного естествознания
Раздел I. Научный метод
19
и т. п. В таких искусственно созданных условиях удается обнаружить удивительные, порой неожиданные свойства объектов и тем самым глубже постигать их сущность. Очень интересными и многообещающими являются в этом плане космические эксперименты, позволяющие изучать объек ты, явления в таких особых, необычных условиях (невесо мость, глубокий вакуум), которые недостижимы в земных лабораториях.
В-третьих, изучая какой-либо процесс, эксперимента тор может вмешиваться в него, активно влиять на его про текание. Как отмечал академик И. П. Павлов, "опыт как бы берет явления в свои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных, упрощенных ком бинациях определяет истинную связь между явлениями. Иначе говоря, наблюдение собирает то, что ему предлагает природа, опыт же берет у природы то, что хочет"1.
В-четвертых, важным достоинством многих экспери ментаторов является их воспроизводимость. Это означает, что условия эксперимента, а соответственно и проводимые при этом наблюдения, измерения могут быть повторены столько раз, сколько это необходимо для получения досто верных результатов.
В истории науки известен, например, такой случай. Американский физик Шэнкланд, изучавший соударения фотонов с электронами, пришел к выводу о невыполнении закона сохранения энергии в элементарном акте соударения. Эти эксперименты вызвали сенсацию. Но ряд крупных физиков, в том числе А. Ф. Иоффе, отнеслись к ним скеп тически. Тогда Шэнкланд решил повторить свои экспери менты. Пытаясь воспроизвести свои прежние результаты, он нашел ошибку в методике экспериментирования. Вы явилось, что при правильной постановке эксперимента за кон сохранения энергии соблюдается и в указанном элемен тарном акте соударения. Так, благодаря воспроизводимос ти экспериментальных исследований, вторая работа Шэнк-ланда опровергла первую. :«
Л
Павлов И. П. Поли. собр. соч. Т. II. Кн. 2. М.-Л., 1951. С. 274!
Подготовка и проведение эксперимента требуют соблю дения ряда условий. Так, научный эксперимент:
— никогда не ставится наобум, он предполагает нали чие четко сформулированной цели исследования;
— не делается "вслепую", он всегда базируется на ка ких-то исходных теоретических положениях;
— не проводится беспланово, хаотически, предвари тельно исследователь намечает пути его проведения;
— требует определенного уровня развития технических средств познания, необходимого для его реализации;
— должен проводиться людьми, имеющими достаточно высокую квалификацию.
Только совокупность всех этих условий определяет успех в экспериментальных исследованиях.
В зависимости от характера проблем, решаемых в ходе экспериментов, последние обычно подразделяются на ис следовательские и проверочные.
Исследовательские эксперименты дают возможность об наружить у объекта новые, неизвестные свойства. Результа том такого эксперимента могут быть выводы, не вытекаю щие из имевшихся знаний об объекте исследования. Приме ром могут служить эксперименты, поставленные в лаборато рии Э. Резерфорда, в ходе которых обнаружилось странное поведение альфа-частиц при бомбардировке ими золотой фольги: большинство частиц проходило сквозь фольгу, не большое количество частиц отклонялось и рассеивалось, а некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали обратно, как мяч от сетки. Такая экспериментальная карти на, согласно расчетам, получалась в силу того, что вся масса атома сосредоточена в ядре, занимающем ничтожную часть его объема (отскакивали обратно альфа-частицы, соударяв-шиеся с ядром). Так исследовательский эксперимент, про веденный Резерфордом и его сотрудниками, привел к обна ружению ядра атома, а тем самым и к рождению ядерной физики.
Проверочные эксперименты служат для проверки, под тверждения тех или иных теоретических построений. Так,
20
Концепции современного естествознания
существование целого ряда элементарных частиц (позитро на, нейтрино и др.) было вначале предсказано теоретичес ки, и лишь позднее они были обнаружены эксперименталь ным путем.
Проникновение человеческого познания в микромир потребовало проведения экспериментальных исследований, в которых нельзя было пренебречь воздействием прибора на объект (точнее сказать, микрообъект) познания. Из этого обстоятельства некоторые физики стали делать выводы, что, в отличие от классической механики, в квантовой ме ханике эксперимент играет принципиально иную роль.
Но возмущающее влияние прибора не изменяет позна вательной роли эксперимента в физике микромира. При боры оказывают возмущающее действие на изучаемый объект и в классической физике, имеющей дело с макрообъекта ми, только это их действие здесь очень мало, и им можно пренебречь. В сфере же материальной действительности, изучаемой квантовой механикой, прибор оказывает на час тицу гораздо более существенное возмущающее влияние, которым пренебречь нельзя. Однако это влияние не озна чает, что свойства микрочастиц материи порождаются при бором по воле экспериментатора (как представлялось неко торым физикам). Необходимо отметить также, что возму щающее действие касается только количественной стороны микрочастицы — величины энергии, импульса, ее про странственной локализации. Качественная же специфика микрочастиц не претерпевает при возмущении никаких из менений: электрон остается электроном, протон — прото ном и т. д.
Исходя из методики проведения и получаемых резуль татов, эксперименты можно разделить на качественные и количественные. Качественные эксперименты носят поис ковый характер и не приводят к получению каких-либо ко личественных соотношений. Они позволяют лишь выявить действие тех или иных факторов на изучаемое явление. Ко личественные эксперименты направлены на установление точных количественных зависимостей в исследуемом
Раздел I. Научный метод ,-п,••;
21
нии. В реальной практике экспериментального исследова ния оба указанных типа экспериментов реализуются, как правило, в виде последовательных этапов развития позна ния.
Как известно, связь между электрическими и магнит ными явлениями была впервые открыта датским физиком Эрстедом в результате чисто качественного эксперимента (поместив магнитную стрелку компаса рядом с проводни ком, через который пропускался электрический ток, он обнаружил, что стрелка отклоняется от первоначального положения). После опубликования Эрстедом своего откры тия последовали количественные эксперименты француз ских ученых Био и Сапара, а также опыты Ампера, на осно ве которых была выведена соответствующая математическая формула. Все эти качественные и количественные эмпири ческие исследования заложили основы учения об электро магнетизме.
В зависимости от области научного знания, в которой используется экспериментальный м-етод исследования, раз личают естественнонаучный, прикладной (в технических науках, в сельскохозяйственной науке и т. д.) и социаль но-экономический эксперименты.
В конце XIX века, например, два видных ученых Г. Герц и А. С. Попов занимались экспериментальным изу чением электромагнитных колебаний. Но Герц ставил перед собой лишь задачу экспериментальной проверки теоретичес ких построений Максвелла. Практическое применение элек тромагнитных колебаний его не интересовало. Поэтому экс перименты Герца, в ходе которых были получены электро магнитные волны, предсказанные теорией Максвелла, сле дует рассматривать как естественнонаучные. Что же касается экспериментов А. С. Попова, то они имели четкую практи ческую направленность (как практически использовать "вол ны Герца"?) и были экспериментами в области зарождаю щейся прикладной науки — радиотехники. Более того, Герц вообще не верил в возможность практического примене ния электромагнитных волн, не видел никакой связи между
22
Концепции современного естествознания
своими экспериментами и нуждами практики. Узнав о по пытках практического использования электромагнитных волн, Герц даже написал в Дрезденскую палату коммерции, что исследования в этом направлении нужно запретить как бесполезные1.
Завершая рассмотрение экспериментального метода ис следования, следует упомянуть об очень важной проблеме планирования эксперимента. Еще в первой половине ны нешнего столетия все экспериментальные исследования сво дились к проведению так называемого однофакторного экс перимента, когда изменялся какой-то один фактор иссле дуемого процесса, а все остальные оставались неизменны ми. Но развитие науки настойчиво требовало исследования процессов, зависящих от множества меняющихся факторов. Использование в этом случае методики однофакторного экс перимента было бессмысленным, ибо требовало выполне ния астрономического количества опытов.
В начале 20-х годов нашего столетия английский ста тистик Р. Фишер впервые разработал и доказал целесооб разность метода одновременного варьирования всех факто ров, влияющих на результаты экспериментальных исследо ваний в области прикладных наук. Но лишь через три деся тилетия эта работа Фишера нашла практическое примене ние. В 1951 году Бокс и Уилсон разработали метод, по которому исследователь должен ставить последовательные небольшие серии опытов, варьируя в каждой из этих серий по определенным правилам все факторы. Причем органи зуются указанные серии таким образом, чтобы после мате матической обработки предыдущей можно было бы выбрать (спланировать) условия проведения следующей серии, что в конечном итоге позволит выйти в область оптимума.
После упомянутой работы Бокса и Уилсона появился целый ряд, работ на эту же тему, в которых предлагались и другие методики. Достигнутые успехи в теоретической раз работке и практическом применении планирования экспе римента в научных исследованиях привело к появлению но-
1 См. Карцев D. П. Эксперимент и практика. М., 1974. С. 31.
--?,!КгМ:шРаздел I. Научный метод >
23
вой дисциплины — математической теории эксперимента. Эта теория направлена на решение задачи получения досто верного результата экспериментального исследования с ми нимальными затратами труда, времени и средств. В итоге достигается оптимизация работы экспериментатора при од новременном обеспечении высокого качества эксперимен тальных исследований. А "высокое качество эксперимен та, — как подчеркивал академик П. Л. Капица, — являет ся необходимым условием здорового развития науки"'.
1.3. Измерение
Большинство научных экспериментов и наблюдений включает в себя проведение разнообразных измерений. Из мерение — это процесс, заключающийся в определении ко личественных значений тех или иных свойств, сторон изу чаемого объекта, явления с помощью специальных техни ческих устройств.
Огромное значение измерений для науки отмечали мно гие видные ученые. Например, Д. И. Менделеев подчер кивал, что "наука начинается с тех пор, как начинают из мерять". А известный английский физик В. Томсон (Кель вин) указывал на то, что "каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить"2.
Важной стороной процесса измерения является методи ка его проведения. Она представляет собой совокупность приемов, использующих определенные принципы и средства измерений. Под принципами измерений в данном случае имеются в виду какие-то явления, которые положены в ос нову измерений (например, измерение температуры с исполь зованием термоэлектрического эффекта).
Наличие субъекта (исследователя), производящего из мерения, не всегда является обязательным. Он может и не
' Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. М., 1987. С. 182. 2 Цит. по: Ор нате кий П. П. Теоретические основы информа ционно-измерительной техники. Киев, 1976. С. 7.
24 Концепции современного естествознания
принимать непосредственного участия в процессе измере ния, если измерительная процедура включена в работу ав томатической информационно-измерительной системы. Последняя строится на базе электронно-вычислительной тех ники. Причем с появлением сравнительно недорогих мик ропроцессорных вычислительных устройств в измерительной технике стало возможным создание "интеллектуальных" при боров, в которых обработка данных измерений производится одновременно с чисто измерительными операциями.
Результат измерения получается в виде некоторого чис ла единиц измерения. Единица измерения — это эталон, с которым сравнивается измеряемая сторона объекта или яв ления (эталону присваивается числовое значение "1"). Су ществует множество единиц измерения, соответствующее множеству объектов, явлений, их свойств, сторон, свя зей, которые приходится измерять в процессе научного по знания. При этом единицы измерения подразделяются на основные, выбираемые в качестве базисных при построении системы единиц, и производные, выводимые из других еди ниц с помощью каких-то математических соотношений.
Методика построения системы единиц как совокупности основных и производных была впервые предложена в 1832 году К. Гауссом. Он построил систему единиц, в которой за основу были приняты три произвольные, независимые друг от друга основные единицы: длины (миллиметр), массы (миллиграмм) и времени (секунда). Все остальные (произ водные) единицы можно было определить с помощью этих трех. В дальнейшем с развитием науки и техники появились и другие системы единиц физических величин, построенных по принципу, предложенному Гауссом. Они базировались на метрической системе мер, но отличались друг от друга ос новными единицами.
Кроме того, в физике появились так называемые есте ственные системы единиц. Их основные единицы опреде лялись из законов природы (это исключало произвол чело века при построении указанных систем). Примером может служить "естественная" система физических единиц,
Раздел I. Научный метод
25
предложенная в свое время Максом Планком. В ее основу были положены "мировые постоянные": скорость света в пустоте, постоянная тяготения, постоянная Больцмана и постоянная Планка. Исходя из них и приравняв их к "1", Планк получил ряд производных единиц (длины, массы, времени и температуры). Планк так писал по поводу еди ниц предложенной им системы: "Эти величины сохраняют свое естественное значение, пока законы всемирного тяго тения и распространения света в пустоте и два основных на чала термодинамики останутся неизменными; они должны получаться одинаковыми, какими бы разумными существа ми и какими бы методами они ни определялись"1.
Основное значение подобных "естественных" систем еди ниц (к ним относится также система атомных единиц Хартри и некоторые другие) состоит в существенном упрощении вида отдельных уравнений физики. Однако размеры единиц та ких систем делают их малоудобными для практики. Кроме того, точность измерения основных единиц подобных сис тем, необходимая для установления всех производных еди ниц, еще далеко не достаточна. В силу указанных причин предложенные до сих пор "естественные" системы единиц не могут в настоящее время найти применения при решении вопроса об унификации единиц измерения.
Вопрос об обеспечении единообразия в измерении ве личин, отражающих те или иные явления материального мира, всегда был очень важным. Отсутствие такого едино образия порождало существенные трудности для научного познания. Например, до 1880 года включительно не суще ствовало единства в измерении электрических величин: ис пользовалось 15 различных единиц электрического сопро тивления, 8 единиц электродвижущей силы, 5 единиц элек трического тока и т. д. Сложившееся положение сильно затрудняло сопоставление результатов измерений и расче тов, выполненных различными исследователями. Остро ощущалась необходимость введения единой системы элект рических единиц. Такая система была принята первым меж-
1 Цит. по: Хвольсон О. Д. Курс физики. Т. I. Л. — М., 1933. С. 256.
26 Концепции современного естествознания
; дународным конгрессом по электричеству, состоявшимся в -•1881 году.
В настоящее время в естествознании действует преиму щественно Международная система единиц (СИ), приня тая в 1960 г. XI Генеральной конференцией по мерам и весам. Международная система единиц построена на базе семи основных (метр, килограмм, секунда, ампер, кель-вин, кандела, моль) и двух дополнительных (радиан, сте радиан) единиц. С помощью специальной таблицы множи телей и приставок можно образовывать кратные и дольные единицы (например, с помощью множителя 10~3 и пристав ки "милли" к наименованию любой из названных выше еди ниц измерения можно образовывать дольную единицу раз мером в одну тысячную от исходной).
Международная система единиц физических величин является наиболее сопершенпой и универсальной из всех су ществовавших до настоящего времени. Она охватывает фи зические величины механики, термодинамики, электроди намики и оптики, которые связаны между собой физичес кими законами.
Потребность в единой международной системе единиц измерения в условиях современной научно-технической ре волюции очень велика. Поэтому такие международные орга низации, как ЮНЕСКО и международная организация за конодательной метрологии, призвали государства, являю щиеся членами этих организаций, принять вышеупомяну тую Международную систему единиц и градуировать в этих единицах все измерительные приборы.
Существует несколько видов измерений. Исходя из ха рактера зависимости измеряемой величины от времени, измерения разделяют на статические и динамические. При статических измерениях величина, которую мы измеряем, остается постоянной во времени (измерение размеров тел, постоянного давления и т. п.). К динамическим относятся такие измерения, в процессе которых измеряемая величина меняется во времени (измерение вибраций, пульсирующих давлений и т. п.).
Раздел I. Научный метод
27
По способу получения результатов различают измере ния прямые и косвенные. В прямых измерениях искомое зна чение измеряемой величины получается путем непосред ственного сравнения ее с эталоном или выдается измери тельным прибором. При косвенном измерении искомую ве личину определяют на основании известной математичес кой зависимости между этой величиной и другими величи нами, получаемыми путем прямых измерений (например, нахождение удельного электрического сопротивления про водника по его сопротивлению, длине и площади попереч ного сечения). Косвенные измерения широко используют ся в тех случаях, когда искомую величину невозможно или слишком сложно измерить непосредственно или когда пря мое измерение дает менее точный результат.
Технические возможности измерительных приборов в значительной мере отражают уровень развития науки. С со временной точки зрения, приборы, использовавшиеся уче ными-естествоиспытателями в XIX в. и в начале нашего столетия, были весьма несовершенны. Тем не менее с по мощью этих приборов ставились иногда блестящие экспе рименты, оставившие заметный след в истории науки, от крывались и изучались важные закономерности природы. Оценивая, например, значение известных измерений ско рости света, проведенных американским физиком А. Май-кельсоном, для последующего развития науки, академик С. И. Вавилов писал: "На почве его экспериментальных от крытий и измерений выросла теория относительности, раз вилась и рафинировалась волновая оптика и спектроскопия и окрепла теоретическая астрофизика"1.
С прогрессом науки продвигается вперед и измеритель ная техника. Наряду с совершенствованием существующих измерительных приборов, работающих на основе традици онных, утвердившихся принципов (замена материалов, из которых сделаны детали прибора, внесение в его конструк цию отдельных изменений и т. д.), происходит переход на принципиально новые конструкции измерительных
1 Вавилов С. И. Собрание сочинений. Т. HI. M., 1956. С. 137.
28
Концепции современного естествознания
устройств, обусловленные новыми теоретическими предпо сылками. В последнем случае создаются приборы, в кото рых находят реализацию новые научные достижения. Так, например, развитие квантовой физики существенно повы сило возможности измерений с высокой степенью точнос ти. Использование эффекта Мессбауэра позволяет создать прибор с разрешающей способностью порядка 10~13 % из меряемой величины.
Хорошо развитое измерительное приборостроение, раз нообразие методов и высокие характеристики средств изме рения способствуют прогрессу в научных исследованиях. В свою очередь, решение научных проблем, как уже отме чалось выше, часто открывает новые пути совершенствова ния самих измерений.
2. Общенаучные методы t теоретического познания
2.1. Абстрагирование. Восхождение от абстрактного к конкретному
..ц Я
'.О
Процесс познания всегда начинается с рассмотрения кон кретных, чувственно воспринимаемых предметов и явлений, их внешних признаков, свойств, связей. Только в результате изучения чувственно-конкретного человек приходит к каким-то обобщенным представлениям, понятиям, к тем или иным теоретическим положениям, т. е. научным абстракциям. По лучение этих абстракций связано со сложной абстрагирую щей деятельностью мышления.
В процессе абстрагирования происходит отход (восхож дение) от чувственно воспринимаемых конкретных объек тов (со всеми их свойствами, сторонами и т. д.) к воспро изводимым в мышлении абстрактным представлениям о
Раздел I. Научный метод
29
них. При этом чувственно-конкретное восприятие как бы "... испаряется до степени абстрактного определения"'. Аб страгирование, таким образом, заключается в мысленном отвлечении от каких-то — менее существенных — свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным вы делением, формированием одной или нескольких существен ных сторон, свойств, признаков этого объекта. Результат, получаемый в процессе абстрагирования, именуют абстрак цией (или используют термин "абстрактное" — в отличие от конкретного).
В научном познании широко применяются, например, абстракции отождествления и изолирующие абстракции. Аб стракция отождествления представляет собой понятие, ко торое получается в результате отождествления некоторого множества предметов (при этом отвлекаются от целого ряда индивидуальных свойств, признаков данных предметов) и объединения их в особую группу. Примером может служить группировка всего множества растений и животных, оби тающих на нашей планете, в особые виды, роды, отряды и т. д. Изолирующая абстракция получается путем выделения некоторых свойств, отношений, неразрывно связанных с предметами материального мира, в самостоятельные сущ ности ("устойчивость", "растворимость", "электропровод ность" и т. п.).
Переход от чувственно-конкретного к абстрактному все гда связан с известным упрощением действительности. Вме сте с тем, восходя от чувственно-конкретного к абстракт ному, теоретическому, исследователь получает возможность глубже понять изучаемый объект, раскрыть его сущность.
Конечно, в истории науки имели место и ложные, не верные абстракции, не отражавшие равным счетом ничего в объективном мире (эфир, теплород, жизненная сила, электрическая жидкость и т. п.). Использование подобных "мертвых абстракций" создавало лишь видимость объясне ния наблюдаемых явлений. В действительности же ника кого углубления познания в этом случае не происходило.
1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 12. С. 727.
30
Концепции современного естествознания
Развитие естествознания повлекло за собой открытие все новых и новых действительных сторон, свойств, связей объектов и явлений материального мира. Необходимым ус ловием прогресса познания стало образование подлинно на учных, "не вздорных" абстракций, которые позволили бы глубже познать сущность изучаемых явлений. Процесс пе рехода от чувственно-эмпирических, наглядных представ лений об изучаемых явлениях к формированию определен ных абстрактных, теоретических конструкций, отражающих сущность этих явлений, лежит в основе развития любой науки.
Это можно хорошо показать на примере развития уче ния об электричестве, в частности, прогресса в познании электромагнитных явлений. Вторая половина XIX века на чалась без особых успехов в теоретическом осмыслении мно гообразной сферы явлений, связанных с электричеством. Ф. Энгельс, отмечая "вездесущность электричества", про являющегося и самых различных процессах природы, ука зывал в то же время на то, что "оно является именно той формой движения, насчет существа которой царит еще ве личайшая неясность". "В учении... об электричестве, — писал он, — мы имеем перед собой... какое-то неуверенное блуждание во мраке, не связанные друг с другом исследо вания и опыты многих отдельных ученых, атакующих неиз вестную область вразброд, подобно орде кочевых наездни ков".1
Понадобился огромный теоретический талант Максвел ла, который отголкнулся от фарадеевских чувственно-на глядных, эмпирических представлений об электромагнит ных явлениях, создал свою теорию электромагнитного поля. Максвелл придал идеям Фарадея теоретическую завершен ность, ввел точное понятие "электромагнитное поле", сфор мулировал математические законы этого поля.
Поскольку конкретное (т. е. реальные объекты, про цессы материального мира) есть совокупность множества свойств, сторон, внутренних и внешних связей и отноше-
Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 433—434.
г:,- :, i Раздел I. Научный метод
31
ний, его невозможно познать во всем его многообразии, оставаясь на этапе чувственного познания, ограничиваясь f5 им. Поэтому и возникает потребность в теоретическом ос мыслении конкретного, т. е. в восхождении от чувствен но-конкретного к абстрактному.
Но формирование научных абстракций, общих теоре тических положений не является конечной целью познания, а представляет собой только средство более глубокого, раз ностороннего познания конкретного. Поэтому необходимо дальнейшее движение (восхождение) познания от достиг нутого абстрактного вновь к конкретному. Получаемое на этом этапе исследования знание о конкретном будет каче ственно иным по сравнению с тем, которое имелось на эта пе чувственного познания. Другими словами, конкретное в начале процесса познания (чувственно-конкретное, явля ющееся его исходным моментом) и конкретное, постигае мое в конце познавательного процесса (его называют логи чески-конкретным, подчеркивая роль абстрактного мыш ления в его постижении), коренным образом отличаются друг от друга.
Логически-конкретное есть теоретически воспроизведен ное в мышлении исследователя конкретное во всем богатстве его содержания. Оно содержит в себе уже не только чувственно воспринимаемое, но и нечто скрытое, недоступное чувствен ному восприятию, нечто существенное, закономерное, по стигнутое лишь с помощью теоретического мышления, с по мощью определенных абстракций.
Понимание электромагнитных явлений (конкретного) после появления знаменитых уравнений Максвелла суще ственно расширилось и обогатилось. Из его математических абстракций вытекали важные выводы, касающиеся конк ретных проявлений электромагнитного поля. Эти выводы свидетельствовали, что всякое изменение электрического поля вызывает появление поля магнитного, и, наоборот, что реально существуют электромагнитные волны (впослед ствии экспериментально открытые Герцем), что скорость рас пространения их в пустоте равна скорости распространения
Раздел I. Научный метод
33
в ней света (отсюда следовало, что свет имеет электромаг нитную природу), что электромагнитная волна переносит оп ределенную энергию, что при попадании на препятствие эта волна должна оказывать на него давление (которое впер вые измерил русский физик П. Н. Лебедев, установив ший, что оно совпадает с теоретическим значением, полу ченным Максвеллом), и т. д.
В результате этих новых данных науки оказалась суще ственно поколебленной прежняя механическая картина мира, фундамент которой заложил И. Ньютон. Представ ление об окружающем мире изменилось. Оно стало более многообразным, более богатым по содержанию.
Изложенное здесь восхождение от абстрактного к конк ретному характеризует общую направленность научно-теоре тического познания, имеющего целью переход от менее со держательного к более содержательному знанию. Другими словами, исследователь получает в результате целостную кар тину изучаемого объекта во всем богатстве его содержания.
2.2. Идеализация. Мысленный эксперимент
Мысленная деятельность исследователя в процессе на учного познания включает в себя особый вид абстрагирова ния, который называют идеализацией. Идеализация пред ставляет собой мысленное внесение определенных измене ний в изучаемый объект в соответствии с целями исследо ваний.
В результате таких изменений могут быть, например, исключены из рассмотрения какие-то свойства, стороны, признаки объектов. Так, широко распространенная в меха нике идеализация, именуемая материальной точкой, подра зумевает тело, лишенное всяких размеров. Такой абстракт ный объект, размерами которого пренебрегают, удобен при
описании движения. Причем подобная абстракция позволя ет заменить в исследовании самые различные реальные объек ты: от молекул или атомов при решении многих задач стати стической механики и до планет Солнечной системы при изу чении, например, их движения вокруг Солнца.
Изменения объекта, достигаемые в процессе идеализа ции, могут производиться также и путем наделения его ка кими-то особыми свойствами, в реальной действительнос ти неосуществимыми. Примером может служить введенная путем идеализации в физику абстракция, известная под на-знамисм абсолютно черного тела. Такое тело наделяется не-сущестиующим в природе свойством поглощать абсолютно всю попадиющую па него лучистую энергию, ничего неот-ражии и ничего не пропуская сквозь себя. Спектр излуче ния абсолютно черного тела является идеальным случаем, ибо па пего не оказывает влияния природа вещества излу чателя или состояние его поверхности. А если можно тео ретически описать спектральное распределение плотности энер! ни и (лучения для идеального случая, то можно кое-что узнать и о процессе излучения вообще.
Указанная идеализации сыграла важную роль в прогрессе научного познания в области физики, ибо помогла выя вить ошибочность некоторых существовавших во второй по ловине XIX века представлений. Эти представления, при ложенные к исследованию абсолютно черного тела, приво дили к парадоксальной ситуации.
Физики занялись проблемой излучения абсолютно чер ного тела в самом конце прошлого столетия. "Начав с пред положений, основанных на законах классической термоди намики и оптики, они попытались вывести формулу энер гетического спектра излучения. Эти попытки потерпели неудачу, так как привели к выводу, который стал известен как "ультрафиолетовая катастрофа"... Из теории следова ло, что абсолютно черное тело, нагретое до высоких темпе ратур, должно испускать бесконечно большое количество энергии в области высоких частот, т. е. в ультрафильтро вой области спектра и за ее пределами... В случае абсолютно
2. Зап. 251
34
Концепции современного естествознания
черного тела... теория предсказывала катастрофу, которая в действительности не имеет места"1.
Проблемой расчета количества излучения, испускаемо го идеальным излучателем — абсолютно черным телом, се рьезно занялся Макс Планк, который работал над ней дол гих четыре года. Наконец, в 1900 году ему удалось найти решение в виде формулы, которая правильно описывала спектральное распределение энергии излучения абсолютно черного тела. Так работа с идеализированным объектом по могла заложить основы квантовой теории, ознаменовавшей радикальный переворот в науке.
Целесообразность использования идеализации опреде ляется следующими обстоятельствами.
Во-первых, "идеализация целесообразна тогда, когда подлежащие исследованию реальные объекты достаточно сложны для имеющихся средств теоретического, в частно сти математического, анализа, а по отношению к идеали зированному случаю можно, приложив эти средства, пост роить и развить теорию, в определенных условиях и целях эффективную, для описания свойств и поведения этих ре альных объектов. Последнее, в сущности, и удостоверяет плодотворность идеализации, отличает ее от бесплодной фантазии"2.
Во-вторых, идеализацию целесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо исключить некоторые свой ства, связи исследуемого объекта, без которых он существо вать не может, но которые затемняют существо протекаю щих в нем процессов. Сложный объект представляется как бы в "очищенном" виде, что облегчает его изучение.
На эту гносеологическую возможность идеализации об ратил внимание Ф. Энгельс, который показал её на при мере исследования, проведенного Сади Карно: "Он изучил паровую машину, проанализировал её, нашел, что в ней
' Клайн Б. В поисках. Физики и квантовая теория. М., 1971. С. 41-42.
2 Субботин А. Л. Идеализация как средство научного познания./ В книге: Проблемы логики научного познания. М., 1964. С. 365.
Раздел I. Научный метод
35
основной процесс не выступает в чистом виде, а заслонен всякого рода побочными процессами, устранил эти безраз личные для главного процесса побочные обстоятельства и сконструировал идеальную паровую машину (или газовую машину), которую, правда, так же нельзя осуществить, как нельзя, например, осуществить геометрическую линию или геометрическую плоскость, но которая оказывает, по-свое му, такие же услуги, как эти математические абстракции: она представляет рассматриваемый процесс в чистом, неза висимом, неискаженном виде"1.
В-третьих, применение идеализации целесообразно тог да, когда исключаемые из рассмотрения свойства, стороны, связи изучаемого объекта не илияют в рамках данного иссле дования на его сущность. Выше уже упоминалось, напри мер, о том, что абстракция материальной точки позволяет в некоторых случаях представлять самые различные объекты — от молекул или атомов и до гигантских космических объек тов. При этом правильный выбор допустимости подобной идеализации играет очень большую роль. Если в ряде случа ев возможно и целесообразно рассматривать атомы в виде материальных точек, то такая идеализация становится недо пустимой при изучении структуры атома. Точно так же мож но считать материальной точкой нашу планету при рассмот рении её вращения вокруг Солнца, но отнюдь не в случае рассмотрения её собственного суточного вращения.
Следует отметить, что характер идеализации может быть весьма различным, если существуют разные теоретические подходы к изучению какого-то явления. В качестве при мера можно указать на три разных понятия "идеального газа", сформировавшихся под влиянием различных теоре тико-физических представлений: Максвелла — Больцмана, Бозе — Эйнштейна и Ферми — Дирака. Однако получен ные при этом все три варианта идеализации оказались пло дотворными при изучении газовых состояний различной при роды: идеальный газ Максвелла — Больцмана стал основой исследований обычных молекулярных разреженных газов,
1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 543-544.
36
Концепции современного естествознания
находящихся при достаточно высоких температурах; идеаль ный газ Бозе — Эйнштейна был применен для изучения фотонного газа, а идеальный газ Ферми — Дирака помог решить ряд проблем электронного газа.
Будучи разновидностью абстрагирования, идеализация допускает элемент чувственной наглядности (обычный про цесс абстрагирования ведет к образованию мысленных аб стракций, не обладающих никакой наглядностью). Эта осо бенность идеализации очень важна для реализации такого специфического метода теоретического познания, каковым является мысленный эксперимент (его также называют ум ственным, субъективным, воображаемым, идеализирован ным).
Мысленный эксперимент предполагает оперирование идеализированным объектом (замещающим в абстракции объект реальный), которое заключается п мысленном подбо ре тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обна ружить какие-то важные особенности исследуемого объекта. В этом проявляется определенное сходство мысленного (иде ализированного) эксперимента с реальным. Более того, вся кий реальный эксперимент, прежде чем быть осуществлен ным на практике, сначала "проигрывается" исследователем мысленно в процессе обдумывания, планирования. В этом случае мысленный эксперимент выступает в роли предвари тельного идеального плана реального эксперимента.
Вместе с тем мысленный эксперимент играет и само стоятельную роль в науке. При этом, сохраняя сходство с реальным экспериментом, он в то же время существенно отличается от него. Эти отличия заключаются в следующем.
Реальный эксперимент — это метод, связанный с прак тическим, предметно-манипулятивным, "орудийным" по знанием окружающего мира. В мысленном же эксперимен те исследователь оперирует не материальными объектами, а их идеализированными образами и само оперирование про изводится в его сознании, т. е. чисто умозрительно.
Возможность постановки реального эксперимента оп ределяется наличием соответствующего материально-тех-
Раздел I. Научный метод
37
нического (а иногда и финансового) обеспечения. Мыс ленный эксперимент такого обеспечения не требует.
В реальном эксперименте приходится считаться с ре альными физическими и иными ограничениями его повз-дения, с невозможностью в ряде случаев устранить мешаю щие ходу эксперимента воздействия извне, с искажением в силу указанных причин получаемых результатов. В этом плане мысленный эксперимент имеет явное преимущество перед экспериментом реальным. В мысленном эксперимен те можно абстрагироваться от действия нежелательных фак торов, проведя его в идеализированном, "чистом" виде.
В научном познании могут быть случаи, когда при ис следовании некоторых явлений, ситуаций, проведение реальных экспериментов оказывается вообще невозможным. Этот пробел в познании может восполнить только мыслен ный эксперимент.
Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, Карно, Эйнштейна и других ученых, заложивших основы современного естествознания, свидетельствует о существен ной роли мысленного эксперимента в формировании тео ретических идей. История развития физики богата факта ми использования мысленных экспериментов. Примером могут служить мысленные эксперименты Галилея, привед шие к открытию закона инерции.
Реальные эксперименты, в которых невозможно устра нить фактор трения, казалось бы, подтверждали господство вавшую в течение тысячелетий концепцию Аристотеля, ут верждавшую, что движущееся тело останавливается, если толкающая его сила прекращает свое действие. Такое ут верждение основывалось на простой констатации фактов, наблюдаемых в реальных экспериментах (шар или тележка, получившие силовое воздействие, а затем катящиеся уже без него по горизонтальной поверхности, неизбежно замед ляли свое движение и в конце концов останавливались). В этих экспериментах наблюдать равномерное непрекраща ющееся движение по инерции было невозможно.
38
Концепции современного естествознания
Галилей, проделав мысленно указанные эксперименты с поэтапным идеализированием трущихся поверхностей и доведением до полного исключения из взаимодействия тре ния, опроверг аристотелевскую точку зрения и сделал един ственно правильный вывод. Этот вывод мог быть получен только с помощью мысленного эксперимента, обеспечив шего возможность открытия фундаментального закона ме ханики движения. "... Закон инерции, — писали А. Эйн штейн и Л. Инфельд, — нельзя вывести непосредственно из эксперимента, его можно вывести умозрительно — мыш лением, связанным с наблюдением. Этот эксперимент ни когда нельзя выполнить в действительности, хотя он ведет к глубокому пониманию действительных экспериментов"'.
Результаты мысленных экспериментов могут ставить иногда серьезные проблемы перед наукой, разрешить кото рые бывает не так-то легко. Интересным примером в этом плане яиляется мысленный эксперимент Максвелла, выз вавший сенсацию в начале 70-х годов прошлого столетия. Этот мысленный эксперимент, описанный в его работе "Те ория теплоты", ставил под сомнение второе начало термо динамики. В своем мысленном эксперименте Максвелл допустил наличие особого существа — "демона", "... спо собности которого настолько изощрены, что оно может сле дить за каждой молекулой на её пути и в состоянии делать то, что в настоящее время для нас невозможно". "Предпо ложим, — писал Максвелл, — что имеется сосуд, разде ленный на две части А и В перегородкой с небольшим от верстием, и что существо, которое может видеть отдельные молекулы, открывает и закрывает это отверстие так, чтобы дать возможность только более быстрым молекулам перейти из А в В и только более медленным перейти из В в А. Это существо, таким образом, без затраты работы повысит тем пературу в В и понизит в А вопреки второму началу термо динамики"2.
1 Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1966. С. 16.
г Цит. по: Те плов Л. П. Очерки о кибернетике. М., 1963.
С. 24-25. : • ••••.,•<•••• - . ••-.- •••
f,- ; Раздел I. Научный метод
39
Сражение с "демоном" Максвелла заняло длительный период времени. Только в нашем столетии американские физики Сцилард, Димерс и Гейбор доказали, что второе начало термодинамики остается незыблемым и что никако го "вечного двигателя", даже с помощью "демона", пост роить нельзя. Они сумели спроектировать и рассчитать ма шину-демона и убедились, что такая машина работать бу дет, но требует питания внешней энергией. Причем затра ты энергии на ее работу окажутся больше, чем выход энер гии в результате ее деятельности. Поиск ответа на пробле му, поставленную мысленным экспериментом Максвелла, был, несомненно, полезен и способствовал приращению научных знаний.
Мысленный эксперимент может иметь большую эврис тическую ценность, помогая интерпретировать новое знание, полученное чисто математическим путем. Это подтвержда ется многими примерами из истории науки. Одним из них является мысленный эксперимент В. Гейзенберга, направ ленный на разъяснение соотношения неопределенности. "В этом мысленном эксперименте соотношение неопределенно сти было найдено благодаря абстрагированию, разделивше му целостную структуру электрона на две противоположнос ти: волну и корпускулу. Тем самым совпадение результата мысленного эксперимента с результатом, достигнутым ма тематическим путем, означало доказательство объективно существующей противоречивости электрона как цельного материального образования и дало возможность понять это классически"1.
Однако незнание некоторыми учеными материалисти ческой диалектики помешало правильно понять этот вывод. В результате возникли многочисленные дискуссии по дан ному вопросу, которые особенно бурно развернулись на Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 гг. В этих дискусси ях, по свидетельству их участников, огромную роль играли идеализированные воображаемые эксперименты. В них,
' Макаревичус К. Место мысленного эксперимента в позна нии. М., 1971. С. 60. ji „ ,,, ; ... .,,, , , , ;
40
Концепции современного естествознания
писал Гейзенберг, "подобные парадоксы (противоречия между волновыми и корпускулярными представлениями. — Авт.) проступали особенно резко, и мы старались разгадать, какой ответ на такие эксперименты, возможно, дала бы природа"1. Эти мысленные эксперименты способствовали пониманию новых научных положений, помогали объяснить причины отказа от старых представлений.
Метод идеализации, оказывающийся весьма плодотвор ным во многих случаях, имеет в то же время определенные ограничения. Развитие научного познания заставляет иног да отказываться от принятых ранее идеализированных пред ставлений. Так произошло, например, при создании Эйн штейном специальной теории относительности, из которой были исключены ньютоновские идеализации "абсолютное пространство" и "абсолютное время". Кроме того, любая идеализация ограничена конкретной областью явлений и служит для решения только определенных проблем. Это хо рошо видно хотя бы на примере вышеуказанной идеализа ции "абсолютно черное тело".
Сама по себе идеализация, хотя и может быть плодо творной и даже подводить к научному открытию, еще недо статочна для того, чтобы сделать это открытие. Здесь опре деляющую роль играют теоретические установки, из кото рых исходит исследователь. Рассмотренная выше идеализа ция паровой машины, удачно осуществленная Сади Кар-но, подвела его к открытию механического эквивалента теп лоты, которого, однако, "... он не мог открыть и увидеть лишь потому, — отмечает Ф. Энгельс, — что верил в теп лород. Это является также доказательством вреда ложных теорий"21.
Основное положительное значение идеализации как ме тода научного познания заключается в том, что получаемые на ее основе теоретические построения позволяют затем эф фективно исследовать реальные объекты и явления. Упро щения, достигаемые с помощью идеализации, облегчают
1 Макаревичус К. Место мысленного эксперимента в позна нии. М., 1971. С. 61.
2 Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 544.
Раздел I. Научный метод
41
создание теории, вскрывающей законы исследуемой облас ти явлений материального мира. Если теория в целом пра вильно описывает реальные явления, то правомерны и по ложенные в ее основу идеализации.
2.3. Формализация. Язык науки '
Под формализацией понимается особый подход в науч ном познании, который заключается в использовании спе циальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов, от содержания описывающих их теоре тических положений и оперировать вместо этого некоторым множеством символов (знаков).
Ярким примером формализации являются широко ис пользуемые в науке математические описания различных объектов, явлений, основывающиеся на соответствующих > содержательных теориях. При этом используемая матема тическая символика не только помогает закрепить уже име ющиеся знания об исследуемых объектах, явлениях, но и выступает своего рода инструментом в процессе дальнейше го их познания.
Для построения любой формальной системы необходи мо: а) задание алфавита, т. е. определенного набора зна ков; б) задание правил, по которым из исходных знаков этого алфавита могут быть получены "слова", "формулы"; в) задание правил, по которым от одних слов, формул дан ной системы можно переходить к другим словам и форму лам (так называемые правила вывода).
В результате создается формальная знаковая система в виде определенного искусственного языка. Важным досто инством этой системы является возможность проведения в ее рамках исследования какого-либо объекта чисто формаль ным путем (оперирование знаками) без непосредственного обращения к этому объекту.
Другое достоинство формализации состоит в обеспече нии краткости и четкости записи научной информации, что
42
Концепции современного естествознания
открывает большие возможности для оперирования ею. Вряд ли удалось бы успешно пользоваться, например, теорети ческими выводами Максвелла, если бы они не были ком-га,етно выражены в виде математических уравнений, а опи сывались бы с помощью обычного, естественного языка.
Разумеется, формализованные искусственные языки не с б падают гибкостью и богатством языка естественного. Зато в них отсутствует многозначность терминов (полисемия), свойственная естественным языкам. Они характеризуются точно построенным синтаксисом (устанавливающим правила связи между знаками безотносительно их содержания) и од нозначной семантикой (семантические правила формализо ванного языка вполне однозначно определяют соотнесенность знаковой системы с определенной предметной областью). Таким образом, формализованный язык обладает свойством моносемичности.
Возможность представить тс или иные теоретические положения науки в виде формализованной знаковой систе мы имеет большое значение для познания. Но при этом следует иметь в виду, что формализация той или иной тео рии возможна только при учете ее содержательной сторо ны. Только в этом случае могут быть правильно применены те или иные формализмы. "Голое математическое уравне-' ние еще не представляет физической теории, чтобы полу чить физическую теорию, необходимо придать математичес ки м символам конкретное эмпирическое содержание"1.
Поучительным примером формально полученного и на первый взгляд "бессмысленного" результата, который об наружил впоследствии весьма глубокий физический смысл, являются решения уравнения Дирака, описывающего дви жение электрона. Среди этих решений оказались такие, которые соответствовали состояниям с отрицательной ки нетической энергией. Позднее было установлено, что ука-гаяные решения описывали поведение неизвестной дотоле
'Васильев С. А. Семантическая структура языка и ее отноше ние к действительности/ В сб.: Логика и методология науки. М., 1967. С. 133. •••• • -• - •-•
Раздел I. Научный метод эрк <
частицы — позитрона, являющегося антиподом электрона. В данном случае некоторое множество формальных преоб разований привело к содержательному и интересному для науки результату.
Расширяющееся использование формализации как ме тода теоретического познания связано не только с развити ем математики. В химии, например, соответствующая хи мическая символика вместе с правилами оперирования ею явилась одним из вариантов формализованного искусствен ного языка. Все более важное место метод формализации занимал в логике по мере ее развития. Труды Лейбница положили начало созданию метода логических исчислений. Последний привел к формированию в середине XIX века математической логики, которая во второй половине на шего столетия сыграла важную роль в развитии кибернети ки, в появлении электронных вычислительных машин, в решении задач автоматизации производства и т. д.
Язык современной науки существенно отличается от ес тественного человеческого языка. Он содержит много спе циальных терминов, выражений, в кем широко использу ются средства формализации, среди которых центральное место принадлежит математической формализации. Исхо дя из потребностей науки, создаются различные искусст венные языки, предназначенные для решения тех или иных задач. Все множество созданных и создаваемых искусствен ных формализованных языков входит в язык науки, обра зуя мощное средство научного познания.
Вместе с тем следует иметь в виду, что создание какого-то единого формализованного языка науки не представля ется возможным. Дело в том, что даже достаточно богатые формализованные языки не удовлетворяют требованию пол ноты, т. е. некоторое множество правильно сформулиро ванных предложений такого языка (в том числе и истин ных) не может быть выведено чисто формальном путем внутри этого языка. Данное положение вытекает из резуль татов, полученных в начале 30-х годов нашего столетия австрийским логиком и математиком Куртом Гёделем.
44
Концепции современного естествознания
Знаменитая теорема Гёделя утверждает, что каждая формаль ная система либо противоречива, либо содержит некоторую неразрешимую (хотя и истинную) формулу, т. е. такую формулу, которую в данной системе нельзя ни доказать, ни опровергнуть.
Правда, то, что не выводимо в данной формальной си стеме, выводимо в другой системе, более богатой. Но тем не менее все более полная формализация содержания ни когда не может достигнуть абсолютной полноты, т. е. воз можности любого формализованного языка остаются прин ципиально ограниченными. Таким образом, Гёдель дал строго логическое обоснование невыполнимости идеи Р. Карнапа о создании единого, универсального, форма лизованного "физикалистского" языка науки.
"Однако из невозможности создать единый для всех наук формализованный язык не следует делать вывод, умаляю щий важность построения формализованных языков вооб ще. Из... геделевской теоремы "о неполноте" следует, что точная формализованная система, выступающая в качестве языка науки, не может считаться совершенно адекватной системе объектов, ибо некоторые содержательно истинные предложения не могут быть получены средствами данного формализма, а это означает, что формализация языка на уки не снижает, а, напротив, предполагает содержатель ные моменты в построении языковой системы.
Формализованные языки... не могут быть единствен ной формой языка современной науки, ибо стремление к максимальной адекватности требует использовать и нефор мализованные системы. Но в той мере, в какой адекват ность немыслима без точности, тенденция к возрастающей формализации языков всех и особенно естественных наук является объективной и прогрессивной..."1
1 Ра к ито в А. И. Соотношение точности и адекватности в фор» мализованных языках/ В сб.: Логика и методология науки. М., 1967. С. 115. • , .:,.; .:. '• --•:'•.. '..-. ';•' '. : ', '
Раздел I. Научный метод
45
2.4. Индукция и дедукция
Индукция (от лат. Inductio — наведение, побуждение) есть метод познания, основывающийся на формальнологи ческом умозаключении, которое приводит к получению об щего вывода на основании частных посылок. Другими сло вами, это есть движение нашего мышления от частного, единичного к общему.
Индукция широко применяется в научном познании. Обнаруживая сходные признаки, свойства у многих объек тов определенного класса, исследователь делает вывод о присущности этих признаков, свойств всем объектам дан ного класса. Например, в процессе экспериментального изучения электрических явлений использовались проводники тока, выполненные из различных металлов. На основании многочисленных единичных опытов сформировался общий вывод об электропроводности всех металлов. Наряду с дру гими методами познания, индуктивный метод сыграл важ ную роль в открытии некоторых законов природы (всемир ного тяготения, атмосферного давления, теплового расши рения тел и др.).
Индукция, используемая в научном познании (научная индукция), может реализовываться в виде следующих ме тодов:
1. Метод единственного сходства (во всех случаях наблю дения какого-то явления обнаруживается лишь один общий фактор, все другие — различны; следовательно, этот един ственный сходный фактор есть причина данного явления).
2. Метод единственного различия (если обстоятельства возникновения какого-то явления и обстоятельства, при которых оно не возникает, почти во всем сходны и разли чаются лишь одним фактором, присутствующим только в первом случае, то можно сделать вывод, что этот фактор и есть причина данного явления).
3. Соединенный метод сходства и различия (представ ляет собой комбинацию двух вышеуказанных методов).
46
Концепции современного естествознания
4. Метод сопутствующих изменений (если определен ные изменения одного явления всякий раз влекут за собой некоторые изменения в другом явлении, то отсюда вытека ет вывод о причинной связи этих явлений).
5. Метод остатков (если сложное явление вызывается многофакторной причиной, причем некоторые из этих фак торов известны как причина какой-то части данного явле ния, то отсюда следует вывод: причина другой части явле ния — остальные факторы, входящие в общую причину этого явления).
Родоначальником классического индуктивного метода познания является Ф. Бэкон. Но он трактовал индукцию чрезвычайно широко, считал ее важнейшим методом от крытия новых истин в науке, главным средством научного познания природы.
На самом же деле вышеуказанные методы научной ин дукции служат главным образом для нахождения эмпири ческих зависимостей между экспериментально наблюдае мыми свойствами объектов и явлений. В них систематизи рованы простейшие формальнологические приемы, кото рые стихийно использовались учеными-естествоиспытателя ми в любом эмпирическом исследовании. По мере разви тия естествознания становилось все более ясным, что мето ды классической индукции далеко не играют той всеохваты вающей роли в научном познании, которую им приписыва ли Ф. Бэкон и его последователи вплоть до конца XIX века.
Такое неоправданно расширенное понимание роли ин дукции в научном познании получило наименование всеин-дуктивизма. Его несостоятельность обусловлена тем, что индукция рассматривается изолированно от других методов познания и превращается в единственное, универсальное средство познавательного процесса. С критикой всеиндук-тивизма выступил Ф. Энгельс, указавший, что индукцию нельзя, в частности, отрывать от другого метода познания --дедукции1.
1 См.: Маркс К., Энгельс, £>. Соч. Т. 20. С. 542.
•н >•>•-• St. раздел I. Научный метод
47
Дедукция (от лат. deductio — выведение) есть получе ние частных выводов на основе знания каких-то общих по ложений. Другими словами, это есть движение нашего мыш ления от общего к частному, единичному. Например, из общего положения, что все металлы обладают электропро водностью, можно сделать дедуктивное умозаключение об электропроводности конкретной медной проволоки (зная, что медь — металл). Если исходные общие положения яв ляются установленной научной истиной, то методом дедук ции всегда будет получен истинный вывод. Общие прин ципы и законы не дают ученым в процессе дедуктивного исследования сбиться с пути: они помогают правильно по нять конкретные явления действительности.
Получение новых знаний посредством дедукции суще ствует во всех естественных науках, но особенно большое зна чение дедуктивный метод имеет в математике. Оперируя ма тематическими абстракциями и строя Свои рассуждения на весьма общих положениях, математики вынуждены чаще все го пользоваться дедукцией. И математика является, пожа луй, единственной собственно дедуктивной наукой.
В науке Нового времени пропагандистом дедуктивного метода познания был видный математик и философ Р. Де карт. Вдохновленный своими математическими успехами, будучи убежденным в безошибочности правильно рассуж дающего ума, Декарт односторонне преувеличивал значе ние интеллектуальной стороны за счет опытной в процессе познания истины. Дедуктивная методология Декарта была прямой противоположностью эмпирическому индуктивиз-му Бэкона.
Но, несмотря на имевшие место в истории науки и фи лософии попытки оторвать индукцию от дедукции, проти вопоставить их в реальном процессе научного познания, эти два метода не применяются как изолированные, обособлен ные друг от друга. Каждый из них используется на соответ ствующем этапе познавательного процесса.
Более того, в процессе использования индуктивного ме тода зачастую "в скрытом виде" присутствует и дедукция.
48
Концепции современного естествознания
"Обобщая факты в соответствии с какими-то идеями, мы , тем самым косвенно выводим получаемые нами обобщения из этих идей, причем далеко не всегда отдаем в себе в этом отчет. Кажется, что наша мысль дгажется прямо от фактов к обобщениям, т. е., что тут присутствует чистая индук ция. На самом же деле, сообразуясь с какими-то идеями, иначе говоря, неявно руководствуясь ими в процессе обоб щения фактов, наша мысль косвенно идет от идей к этим обобщениям, и, следовательно, тут имеет место и дедук ция... Можно сказать, что во всех случаях, когда мы обоб щаем, сообразуясь с какими-либо философскими положе ниями, наши умозаключения являются не только индукци ей, но и скрытой дедукцией"1.
Подчеркивая необходимую связь индукции и дедукции, Ф. Энгельс настоятельно советовал ученым: "Вместо того, чтобы односторонне превозносить одну из них до небес за счет другой, надо стараться каждую применять на своем ме сте, а этого можно добиться лишь в том случае, если не упускать из виду их связь между собой, их взаимное допол нение друг другом"2.
3. Общенаучные методы, ш применяемые на эмпирическом и теоретическом уровнях познания
s 3.1. Анализ и синтез
Под анализом понимают разделение объекта (мысленно или реально) на составные частицы с целью их отдельного изучения. В качестве таких частей могут быть какие-то ве-
1 Мостепаненко М. В. Философия и методы научного позна ния. Л., 1972. С. 134.
1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 542-543.
Раздел I. Научный метод
49
щественные элементы объекта или же его свойства, при знаки, отношения и т. п.
Анализ — необходимый этап в познании объекта. С древ нейших времен анализ применялся, например, для разло жения на составляющие некоторых веществ. В частности, уже в Древнем Риме анализ использовался для проверки ка чества золота и серебра в виде так называемого купелирова-ния (анализируемое вещество взвешивалось до и после на грева). Постепенно формировалась аналитическая химия, которую по праву можно называть матерью современной хи мии: ведь прежде чем применять то или иное вещество в кон кретных целях, необходимо выяснить его химический состав.
Заметим, что метод анализа сыграл в свое время важ ную роль в крушении теории флогистона. "...Теория фло гистона тормозила развитие химии... Новые открытия и полнейшая неудача попыток обнаружить флогистон анали тическим путем (курсив наш. — Авт.) постепенно расша тывали теорию"'.
Однако в науке Нового времени аналитический метод был абсолютизирован. В указанный период ученые, изучая при роду, "рассекали ее на части" (по выражению Ф. Бэкона) и, исследуя части, не замечали значения целого. Это было результатом метафизического метода мышления, который господствовал тогда в умах естествоиспытателей.
Несомненно, анализ занимает важное место в изуче-, нии объектов материального мира. Но он составляет лишь первый этап процесса познания. Если бы, скажем, хими ки ограничивались только анализом, т. е. выделением и изучением отдельных химических элементов, то они не смог ли бы познать все те сложные вещества, в состав которых входят эти элементы. Сколь бы глубоко ни были изучены, например, свойства углерода и водорода, по этим сведени ям еще ничего нельзя сказать о многочисленных веществах, состоящих из различного сочетания этих химических эле ментов.
1 Сабадвари Ф., Робинсон А. История аналитической хи мии. М., 1984. С. 45. ,..,.,..
50
Концепции современного естествознания
Для постижения объекта как единого целого нельзя ог раничиваться изучением лишь его составных частей. В про цессе познания необходимо вскрывать объективно существу ющие связи между ними, рассматривать их в совокупнос ти, в единстве. Осуществить этот второй этап в процессе познания — перейти от изучения отдельных составных час тей объекта к изучению его как единого связанного целого — возможно только в том случае, если метод анализа до полняется другим методом — синтезом.
В процессе синтеза производится соединение воедино составных частей (сторон, свойств, признаков и т. п.) изу чаемого объекта, расчлененных в результате анализа. На этой основе происходит дальнейшее изучение объекта, но уже как единого целого. При этом синтез не означает про стого механического соединения разъединенных элементов в единую систему. Он раскрывает место и роль каждого эле мента в системе целого, устанавливает их взаимосвязь и вза имообусловленность, т. е. позволяет понять подлинное ди алектическое единство изучаемого объекта.
Анализ и синтез с успехом используются и в сфере мыс лительной деятельности человека, т. е. в теоретическом познании. Но и здесь, как и на эмпирическом уровне по знания, анализ и синтез — это не две оторванные друг от друга операции. По своему существу они — как бы две сто роны единого аналитико-синтетического метода познания. Как подчеркивал Ф. Энгельс, "мышление состоит столько же в разложении предметов сознания на их элементы, сколь ко в объединении связанных друг с другом элементов в не которое единство. Без анализа нет синтеза"1. •-••'-' J.S-J!
i)i, '•• i ДИ
3.2. Аналогия и моделирование
Под аналогией понимается подобие, сходство'каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Установление сходства (или различия) между
1 См.: Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 41. ;/;
Раздел I. Научный метод
51
объектами осуществляется в результате их сравнения. Та ким образом, сравнение лежит в основе метода аналогии.
Если делается логический вывод о наличии какого-либо свойства, признака, отношения у изучаемого объекта на ос новании установления его сходства с другими объектами, то этот вывод называют умозаключением по аналогии. Ход такого умозаключения можно представить следующим обра зом. Пусть имеется, например, два объекта: А и В. Извес тно, что объекту А присущи свойства Рь Р2, ..., Р„, Рп+ь Изучение объекта В показало, что ему присущи свойства pi, Р2, ..., Рп, совпадающие соответственно со свойствами объекта А. На основании сходства ряда свойств (Р(, Р2,..., Р„) у обоих объектов может быть сделано предположение о наличии свойства Pn+i у объекта В.
Степень вероятности получения правильного умозаклю чения по аналогии будет тем выше: 1) чем больше известно общих свойств у сравниваемых объектов; 2) чем существеннее обнаруженные у них общие свойства и 3) чем глубже познана взаимная закономерная связь этих сходных свойств. При этом нужно иметь в виду, что если объект, в отношении которого делается умозаключение по аналогии с другим объектом, об ладает каким-нибудь свойством, не совместимым с тем свой ством, о существовании которого должен быть сделан вывод, то общее сходство этих объектов утрачивает всякое значение.
Указанные соображения об умозаключении по анало гии можно дополнить также и следующими правилами: 1) общие свойства должны быть любыми свойствами срав ниваемых объектов, т. е. подбираться "без предубеждения" против свойств какого-либо типа; 2) свойство Рп.ц должно быть того же типа, что и общие свойства Р1; Р2, ..., Р„; 3) общие свойства Р[5 Р2, ..., Рп должны быть возможно более специфичными для сравниваемых объектов, т. е. принадлежать возможно меньшему кругу объектов; 4) свой ство Рп=1, наоборот, должно быть наименее специфичным, т. е. принадлежать возможно большему кругу объектов1.
1 См.: Новик И. Б., Уемов А. И. Моделирование и анало гия/ В кн.: Материалистическая диалектика и методы естественных наук. М., 1968. С. 290. < ,; ,,;., . ,.,;,,..,..
52
Концепции современного естествознания
Метод аналогии применяется в самых различных облас тях науки: в математике, физике, химии, кибернетике, в гуманитарных дисциплинах и т. д. О познавательной цен ности метода аналогии хорошо сказал известный ученый-энергетик В. А. Веников: "Иногда говорят: "Аналогия — не доказательство" ... Но ведь если разобраться, можно легко понять, что ученые и не стремятся только таким путем до казать что-нибудь. Разве мало того, что верно увиденное сходство дает могучий импульс творчеству?.. Аналогия спо собна скачком выводить мысль на новые, неизведанные орбиты, и безусловно правильно положение о том, что ана логия, если обращаться с ней с должной осторожностью,
— наиболее простой и понятный путь от старого к новому"1. Существуют различные типы выводов по аналогии. Но общим для них является то, что во всех случаях непосред ственному исследованию подвергается один объект, а вы вод делается о другом объекте. Поэтому вывод по аналогии в самом общем смысле можно определить как перенос ин формации с одного объекта на другой. При этом первый объект, который собственно и подвергается исследованию, именуется моделью, а другой объект, на который перено сится информация, полученная в результате исследования первого объекта (модели), называется оригиналом (иногда
— прототипом, образцом и т. д.). Таким образом, модель всегда выступает как аналогия, т. е. модель и отображае мый с ее помощью объект (оригинал) находятся в опреде ленном сходстве (подобии).
"...Под моделированием понимается изучение модели руемого объекта (оригинала), базирующееся на взаимоод нозначном соответствии определенной части свойств ори гинала и замещающего его при исследовании объекта (мо дели) и включающее в себя построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект
— оригинал"2. ,..,....:
1 Веников В. А. О моделировании. М-, 1974, С. 9—10.
2 Веников В. А., Веников Г. В. Теория подобия и
рование. М., 1984. С. 8. v ..-»
Раздел I. Научный метод
53
В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов модели рования.
1. Мысленное (идеальное) моделирование. К этому виду моделирования относятся самые различные мысленные пред ставления в форме тех или иных воображаемых моделей. Например, в идеальной модели электромагнитного поля, созданной Дж. Максвеллом, силовые линии представля лись в виде трубок различного сечения, по которым течет воображаемая жидкость, не обладающая инерцией и сжи маемостью. Модель атома, предложенная Э. Резерфордом, напоминала Солнечную систему: вокруг ядра ("Солнца") об ращались электроны ("планеты"). Следует заметить, что мысленные (идеальные) модели нередко могут быть реали зованы материально в виде чувственно воспринимаемых фи зических моделей.
2. Физическое моделирование. Оно характеризуется фи зическим подобием между моделью и оригиналом и имеет целью воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу. По результатам исследования тех или иных фи зических свойств модели судят о явлениях, происходящих (или могущих произойти) в так называемых "натуральных условиях". Пренебрежение результатами таких модельных исследований может иметь тяжелые последствия. Поучи тельным примером этого является вошедшая в историю ги бель английского корабля-броненосца "Кэптэн", построен ного в 1870 г. Исследования известного ученого-корабле строителя В. Рида^проведенные на модели корабля, выя вили серьезные дефекты в его конструкции. Но заявление ученого, обоснованное опытом с "игрушечной моделью", не было принято во внимание английским Адмиралтей ством. В результате при выходе в море "Кэптэн" перевер нулся, что повлекло за собой гибель более 500 моряков.
В настоящее время физическое моделирование широко используется для разработки и экспериментального изуче ния различных сооружений (плотин электростанций, оро сительных систем и т. п.), машин (аэродинамические каче ства самолетов, например, исследуются на их моделях,
54
Концепции современного естествознания
обдуваемых воздушным потоком в аэродинамической тру бе), для лучшего понимания каких-то природных явлений, для изучения эффективных и безопасных способов ведения горных работ и т. д.
3. Символическое (знаковое) моделирование. Оно связа но с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. К символическим (знако вым) моделям относятся разнообразные топологические и графовые представления (в виде графиков, номограмм, схем и т. п.) исследуемых объектов или, например, модели, представленные в виде химической символики и отражаю щие состояние или соотношение элементов во время хими ческих реакций.
Особой и очень важной разновидностью символическо го (знакового) моделирования является математическое мо делирование. Символический язык математики позволяет выражать свойства, стороны, отношения объектов и явле ний самой различной природы. Взаимосвязи между различ ными величинами, описывающими функционирование та кого объекта или явления, могут быть представлены соот ветствующими уравнениями (дифференциальными, интег ральными, интегро-дифференциальными алгебраическими) и их системами. "Получившаяся система уравнений вместе с известными данными, необходимыми для ее решения (на чальные условия, граничные условия, значения коэффи циентов уравнений и т. п.), называется математической моделью явления"1.
Математическое моделирование мЛкет применяться в особом сочетании с физическим моделированием. Такое сочетание, именуемое вещественно-математическим (или предметно-математическим) моделированием, позволяет исследовать какие-то процессы в объекте-оригинале, заме няя их изучением процессов совсем иной природы (проте кающих в модели), которые, однако, описываются теми же математическими соотношениями, что и исходные
1 Самарский А. А. Что такое вычислительный эксперимент?/ Наука и жизнь, 1979. № 2. С. 27.
Раздел I. Научный метод
55
процессы. Так, механические колебания могут моделиро ваться электрическими колебаниями на основе полной иден тичности описывающих их дифференциальных уравнений.
В настоящее время вещественно-математическое моде лирование нередко реализуемся с помощью электронных ана логовых устройств, которые позволяют создавать математи ческую аналогию между процессами, протекающими в объек те-оригинале и в специально организованной электронной схеме. Последняя и обеспечивает получение новой инфор мации о процессах в исследуемом объекте.
4. Численное моделирование на электронных вычислитель ных машинах (ЭВМ)1. Эта разновидность моделирования ос новывается на ранее созданной математической модели изу чаемого объекта или явлен jfi и применяется в случаях боль ших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели. При этом д/я решения содержащихся в ней систем уравнений с помощью ЭВМ необходимо предвари тельное составление програ»шы (совокупности предписаний для вычислительной машины). Эта программа выполняет ся затем электронной вычислительной машиной в виде по следовательности элементарных математических и логичес ких операций. В данном случае ЭВМ вместе с введенной в нее программой представляет собой материальную систему, реализующую численное моделирование исследуемого объек та или явления.
"Численное моделирование особенно'важно там, где не совсем ясна физическая картина изучаемого явления, не по знан внутренний механизм взаимодействия. Путем расчетов на ЭВМ различных вариантов ведется накопление фактов, что дает возможность в конечном счете произвести отбор наи более реальных и вероятных ситуаций. Активное использо вание методов численного моделирования позволяет резко сократить сроки научных и конструкторских разработок"2.
1 В понятие ЭВМ, как этд принято в настоящее время, здесь включаются только электронное цифровые вычислительные маши ны (и не включаются аналоговые вычислительные устройства).
2 Белоцерковский О. Исследовано на модели/ Правда, 25 сен тября 1979 г. С. 3.
56
Концепции современного естествознания
Метод моделирования непрерывно развивается: на сме ну одним типам моделей по мере прогресса науки приходят другие. В то же время неизменным остается одно: важ ность, актуальность, а иногда и незаменимость моделиро вания как метода научного познания.
Вопросы для самоконтроля
1. Как принято подразделять методы научного позна ния? В чем отличие всеобщих методов от общенаучных?
2. Какие условия необходимы для проведения научных экспериментов?
3. Что такое "естественная система единиц" в физике?
4. С чего всегда начинается процесс познания? Охарак теризуйте общую направленность научно-теоретического познания.
5. Что такое "идеализация" в естествознании? Раскройте роль мысленного эксперимента в научно-теоретических ис следованиях.
6. Что понимается под формализацией в научном по знании?
7. Чем язык современной науки отличается от обычно го человеческого языка?
8. Назовите-основные методы индукции.
9. Что такое моделирование в научном познании? На зовите известные вам виды моделирования.
Раздел П История естествознания
1. Натурфилософия и ее место в истории естествознания
Первой в истории человечества формой существования естествознания была так называемая натурфилософия ( от лат. natura — природа), или философия природы. Послед няя характеризовалась чисто умозрительным истолкованием природного мира, рассматриваемого в его целостности. Считалось, что философии — в ее натурфилософской фор ме — отведена роль "науки наук", "царицы наук", ибо она является вместилищем всех человеческих знаний об окружа ющем мире, а естественные науки являются лишь ее состав ными частями.
Натурфилософское понимание природы содержало мно го вымышленного, фантастического, далекого от действи тельного понимания мира. Появление натурфилософии в интеллектуальной истории человечества и очень длительное ее существование объясняется рядом неизбежных обстоя тельств.
1. Когда естественнонаучного знания (в его нынешнем понимании) еще практически не существовало, попытки целостного охвата, объяснения окружающей действитель ности были единственным и оправданным способом чело веческого познания мира.
2. Вплоть до XIX столетия естествознание было слабо дифференцировано, отсутствовали многие его отрасли. Еще в XVIII веке в качестве сформировавшихся, самостоятель ных наук существовали лишь механика, математика, астро номия и физика. Химия, биология, геология находились
58
Концепции современного естествознания
лишь в процессе становления. В такой ситуации натурфило софия, строя общую картину природы, стремилась заменить собой отсутствующие естественные науки.
3. Отрывочному знанию об объектах, явлениях приро ды, которое давало тогдашнее естествознание, натурфило софия противопоставляла свои умозрительные представле ния о мире. В этих представлениях не известные еще науке причины и действительные (но пока непознанные) связи явлений заменялись вымышленными, фантастическими причинами и связями. Для истолкования непонятных яв лений натурфилософы обычно придумывали какую-нибудь силу (например, жизненную силу) или какое-нибудь ми фическое вещество (флогистон, электрическая жидкость, эфир и т. п.). Разумеется, действительные пробелы в есте ственнонаучном знании восполнялись при этом лишь в во ображении. Это было вынужденное положение, которое, однако, не могло продолжаться бесконечно.
Когда в XIX веке естествознание достигло достаточно высокого уровня развития и был накоплен и систематизи рован большой фактический материал, т. е. когда были познаны действительные причины явлений, раскрыты их реальные связи между собой, существование натурфилосо фии потеряло всякое историческое оправдание. А в связи с этим понимание философии как "науки наук" также пре кратило свое существование. Вместе с уходом с историчес кой арены старой натурфилософии сама философия, так же как и различные отрасли естествознания, наконец-то обре ла свой предмет. Однако тесная двусторонняя связь между философией и естествознанием сохраняется по сей день.
"ш 1.1. Возникновение античной науки. 1 оЭ{ Космоцентризм древнегреческой ~ "J эш натурфилософии f >s h
-an
-oq Впервые наука в истории человечества возникает в Древ-Нфй Греции в VI в. до н. э. Под наукой понимается не
•? Раздел II. История естествознания ;;
59
просто совокупность каких-то отрывочных, разрозненных сведений, а определенная система знаний, являющаяся ре зультатом деятельности особой группы людей (научного со общества) по получению новых знаний. В отличие от ряда древних цивилизаций (Египта, Вавилона, Ассирии) имен но в культуре Древней Греции обнаруживаются указанные характеристики науки. Именно там возникают первые на учные сообщества (милетская школа, платоновская акаде мия, пифагорейцы и др.). При этом древнегреческие мыс лители были, как правило, одновременно и философами, и учеными-естествоиспытателями. Их достижения в мате матике, механике, астрономии навечно вошли в историю науки. Это был доклассический этап в развитии естествоз нания (классическое естествознание начнется значительно позже — с XVI—XVII вв., когда будут заложены основы современной науки).
Господство натурфилософии обусловило такие особен ности древнегреческой науки, как абстрактность и отвле ченность от конкретных фактов. Каждый ученый, который одновременно являлся и философом, стремился предста вить все мироздание в целом, нимало не беспокоясь об от сутствии достаточного фактического материала о явлениях природы. Это проявилось, в частности, в древнегреческой концепции космоса, для которой к тому же характерен на лет прежних мифологических представлений о мире. Кос-моцентризм — важнейшая характеристика древнегреческой натурфилософии.
Понятие космоса имело для древних греков существен но иной, отличный от нынешнего понимания смысл. Само слово "космос" первоначально означало "порядок" и при менялось к обозначению воинского строя или государствен ного устройства. Вместе с тем уже в VI—V вв. до н. э. появляется понимание космоса как Вселенной, как окружа ющего человека мира, как природы. При этом космос пред ставлялся древним грекам как своеобразная проекция жи вой природы или человеческого общества. Это означало, что образ космоса, сложившийся у древних мыслителей,
60
Концепции современного естествознания
наделялся либо качествами, присущими живым существам (например, рассмотрение космоса в качестве огромного че ловекоподобного организма), либо социальными качества ми, отражавшими социальные отношения тогдашнего об щества.
Как во Вселенной (космосе) древнегреческая филосо фия обнаруживала человека, так и в человеке она увидела Вселенную. Космос являлся как бы макрочеловеком, а че ловек — это микрокосм. Такая точка зрения приводила к выводу о слиянии человека и Вселенной. Другими слова ми, между природным миром, представлявшимся древне греческим мыслителям в виде упорядоченного и гармонич ного космоса, и человеческим миром нет пропасти. Чело век выступает как часть всеобщего космического целого. В нем воплощены все те силы и "стихии", которые образуют космос.
Представление о "стихиях" как основных, простейших началах (элементах), из которых слагается космос, возник ло уже на первом этапе становления античной натурфило софии.
1.2. Первый (ионийский) этап развития древнегреческой натурфилософии. Учение о первоначалах мира. Пифагореизм
С VI в. до н. э. начинается особый период в истории науки и культуры Древней Греции. Это был период, когда древнегреческая цивилизация обрела господство в обшир ном регионе, охватывающем юго-восточное Средиземно морье, Малую Азию и часть черноморского побережья. К этому времени завершилось формирование древнегреческих городов-государств, в которых большое развитие получили торговля, ремесленное производство, культурная жизнь. Среди них выделялся Милет — главный город Ионийс-
"'• Раздел II. История естествознания
61
кой колонии в Малой Азии, расположенный на побережье Эгейского моря. Через него проходили важные торговые пути из Греции в Азию. Город этот являлся также крупным культурным и политическим центром, куда устремлялись видные философы, ученые, политические деятели того времени. Сформировавшаяся там Милетская школа натур философии оставила глубокий след в истории античной куль туры.
По мере роста производительных сил древнегреческого общества возрастало и значение товарообмена. Появилось и получило развитие денежное обращение. Деньги начали функционировать как всеобщий эквивалент при обмене то варов. Было понятно, что различные по качеству товары можно, сопоставляя друг с другом, привести к общему де нежному знаменателю. Эта чисто экономическая идея была затем распространена на природу.
Как уже отмечалось, в рамках древнегреческой натурфи лософии появилась мысль о том, что все предметы окружаю щего мира состоят из простейших начал ("стихий"). К тако вым чаще всего относили огонь, воду, воздух и землю. При этом утвердилась также точка зрения, что существует, вооб ще говоря, лишь одно-единственное первоначало, из кото рого все возникло и все состоит.
Древнегреческий философ Гераклит Эфесский (544— 483 гг. до н. э.) предлагал, например, в качестве такого первоначала огонь. "Этот космос, — писал он, — единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, но он всегда был, есть и будет вечно живы-м огнем, в полную меру воспламеняющимся и в полную меру погасающим"1. При этом Гераклит считал, что "все обменивается на огонь и огонь — на все, подобно тому как золото на товары, а товары на золото"2. В этом афоризме через сущность то варной экономики раскрывается и античное понимание сущ ности природы. п:л-.ь\'.,'РК'.v v --:ж:Л л..-..- •••>. ••.
1 Цит. по: Чанышев А. Н. Кда(дакад1й по древней филосо фии. М., 1981. С. 135. <>
1 Там же. С. 134. • -:^*^-•'•'• • ••'•"•>•:-> •":':''i!M •^-- '
62
Концепции современного естествознания
Подобным образом понимали основу мироздания и пред ставители вышеупомянутой милетской школы. Ее основа тель Фалес Милесский (примерно 625—547 гг. до н. э.) по лагал, что началом всего существующего является вода. Все возникает из воды и, в конце концов, обращается в воду, — учил он. Нашу землю он сравнивал с островом, плаваю щим в океане воды. Фалес был одним из первых ученых античности, оставившим определенный след в истории ас трономии и математики. Он получил известность благода ря предсказанию солнечного затмения, определению солн цестояний и равноденствий, открытию того, что Луна све тит не своим светом. С его именем связывают нахождение способа измерения высоты пирамид по длине их тени. Им были указаны Полярная звезда и ряд созвездий, что послу жило руководством для мореплавания. Фалес ввел кален дарь, определии продолжительность года в 360 дней и раз делив его на 12 тридцатидневных месяцев.
Ученик Фалеса Анаксимен (около 585—524 гг. до н. э.) признавал за основу всего воздух, обладающий способнос тью разрежаться и уплотняться. Различной степенью его раз режения и уплотнения он объяснял возникновение всех тел окружающего мира. Разрежаясь, воздух становится огнем, сгущаясь — облаками, водой и землей. Движение воздуха, порождающее многообразный мир, происходит вечно.
Другой ученик Фалеса Анаксимандр (610—546 гг. до н. э.) пошел несколько иным путем. Он отказался принять за пер вооснову мира какую-либо из вышеупомянутых четырех "сти хий" (т. е. воду, воздух, огонь, землю), ибо считал, что не может быть первоосновой какое-либо состояние материи в ее конкретной, чувственно воспринимаемой форме. Пер воосновой мироздания он считал качественно неопределен ное мифическое первовещество, которому он дал наимено вание "апейрон" (в переводе — беспредельное, неопреде ленное). Анаксимандр полагал, что "апейрон" первоначаль но представлял собой неопределенную туманную массу, на ходившуюся в постоянном круговом вращении, из которой в конце концов произошло все многообразие мира.
Раздел II. История естествознания
63
Заметим, что идея первоначал — очень древнего, до-научного происхождения, видимо, архетипичная для чело веческого сознания. Восприятие мира как порождения ка ких-то первоначал, как царства "стихий" было характерной чертой античной натурфилософии.
Анаксимандру принадлежала первая в европейской на уке попытка дать общекосмологическую картину мира. В этой картине Земля — центр Вселенной. Ее опоясывают три огненных кольца: солнечное, лунное и звездное. Эти коль ца покрыты воздушной оболочкой и, когда она разрывает ся, человек видит небесные светила. В отличие от Фале са, уподобившего Землю плавучему в океане острову, Анак симандр утверждал, что Земля пребывает в мировом про странстве, ни на что не опираясь. По мнению американско го исследователя античности Ч. Кана, это было самое зна чительное достижение научной мысли милетской школы.
Особое место в науке Древней Греции занимал Пифагор (582—500 гг. до н. э.), который внес немалый для своей эпохи вклад в развитие математики и астрономии. Помимо всем известной "теоремы Пифагора" на счету этого антич ного ученого имеется и ряд других научных достижений. К их числу относится, например, открытие того факта, что отношение диагонали и стороны квадрата не может быть выражено целым числом или дробью. Тем самым в матема тику было введено понятие иррациональности. Имеются упоминания о том, что Пифагор придерживался мнения о шарообразности Земли и ее вращении вокруг собственной оси. Вместе с тем в своих космологических воззрениях Пи фагор был геоцентристом, т. е. считал Землю центром Вселенной.
Важной отличительной чертой миропонимания Пифа гора было учение о числе как основе Вселенной. "Самое муд рое в мире — число", — учил он. Считая, что мир состоит из пяти элементов (земли, огня, воздуха, воды и эфира), Пифагор увязал их с пятью видами правильных многогран ников с тем или иным числом граней. Так, Земля, по его мнению, состоит из частиц кубической формы, огонь — из
64
Концепции современного естествознания
частиц, имеющих форму четырехгранной пирамиды (тетра эдров), воздух — из восьмигранников (октаэдров), вода — из двадцатигранников (икосаэдров), а эфир — из двенадца тигранников (додекаэдров).
До нашего времени дошел рассказ позднеримского фи лософа Боэция (480—524 гг. н. э.) о том, что число — ос нова всего существующего. Как-то, проходя мимо кузни цы, Пифагор заметил, что совпадающие удары не одина ковых по весу молотов производят различные гармоничные созвучия. Вес молотов можно измерить. И таким образом, качественное явление — созвучие — точно определяется че рез количество. Отсюда Пифагор сделал вывод, что "число владеет вещами".
Положив в основу космоса число, Пифагор придал этому старому слову обыденного языка новое значение. Это слово стало обозначать упорядоченное числом мироздание'.
Ученики и последователи Пифагора (пифагорейцы) рас сматривали всю Вселенную как гармонию чисел и их отноше ний, приписывали определенным числам особые, мистичес кие свойства, полагали, что, владея всеми вещами, числа могут определять и духовные, в частности, нравственные ка чества.
1.3. Второй (афинский) этап развития древнегреческой натурфилософии. Возникновение атомистики. Учение Аристотеля
Этот этап, охватывающий V—IV вв. до н. э., был пе риодом времени между возвышением Афин как города-госу дарства и подчинением Александром Македонским греческих
1 См.: Чанышев А. Н. Курс лекций по древней философии. С. 143-144. . ••- , . ... .,.;.,-;•
Раздел II. История естествознания
65
полисов. В этот период в античной натурфилософии завер шается господство концепции "стихий" как первоначал мира и возникает новое направление — анатомистика.
Своеобразным итогом взглядов представителей милет ской школы и Гераклита явилось учение Эмпедокла (433— 423 гг. до н. э.), согласно которому природа признается самостоятельно существующей, вечной, а в качестве пер воосновы всего ее многообразия выдвигаются четыре эле мента, или "корня": земля, вода, воздух и огонь. Эти не изменные "корни" вещей, по мнению Эмпедокла, смеши ваясь друг с другом, образуют все богатство природы.
Но уже в этот период на смену подобным представле ниям о мире приходит стройное по тому времени анатоми ческое учение о природе. Выдающимся представителем но вой натурфилософской идеологии анатомизма был Демок рит (около 460—370 гг. до н. э.). Основные принципы его атомистического учения можно свести к следующим по ложениям.
1. Вся Вселенная состоит из мельчайших материальных частиц — атомов и незаполненного пространства — пусто ты. Наличие последней является обязательным условием для осуществления перемещения атомов в пространстве.
2. Атомы неуничтожимы, вечны, а потому и вся Все ленная, из них состоящая, существует вечно.
3. Атомы представляют собой мельчайшие, неизмен ные, непроницаемые и абсолютно неделимые частицы1 — последние, образно говоря, представляют собой "кирпи чики мироздания".
4. Атомы находятся в постоянном движении, изменя ют свое положение в пространстве.
5. Различаются атомы по форме и величине. Но все они настолько малы, что недоступны для восприятия орга нами чувств человека.
Форма их может быть весьма разнообразной. Самые малые атомы имеют, например, сферическую форму. Это,
1 Слово "атом" в буквальном переводе с греческого означает "не делимый".
S. Зал. 251
66
Концепции современного естествознания
по выражению Демокрита, "атомы души и человеческой мысли".
6. Все предметы материального мира образуются из ато мов различных форм и различного порядка их сочетаний (по добно тому, как слова образуются из букв).
Представляет интерес учение Демокрита о строении Все ленной. Из атомов, считал он, образуются не только окру жающие нас предметы, но и целые миры, которых во Все ленной бесчисленное множество. При этом одни миры еще только формируются, другие — находятся в расцвете, а тре тьи уже разрушаются. Новые тела и миры возникают от сло жения атомов. Уничтожаются они от разложения на атомы.
Демокрита отличала глубокая преданность науке. Он говорил, что предпочитает найти одно причинное объясне ние какому-либо непонятному явлению, нежели приобрес ти персидский престол.
Учение Демокрита об атомном строении тел, о беско нечности Вселенной и множественности ее миров, о вечно сти, неуничтожимое™ движения настолько опережало вре мя, настолько ушло вперед, что впоследствии многие по коления ученых разрабатывали его идеи.
Одним из величайших ученых и философов античнос ти, чья деятельность совпала с афинским периодом разви тия древнегреческой натурфилософии, был Аристотель (3S4—322 гг. до н. э.). Ученик знаменитого древнегречес кого философа Платона, получивший образование в его академии, Аристотель создал впоследствии в Афинах, свою собственную школу — Ликей, завоевавшую большую извес тность. Карл Маркс, удачно "обыграв" два факта: большой вклад Аристотеля в античную философию и пребывание его в роли воспитателя будущего знаменитого полководца Алек сандра — сына царя Македонии Филиппа, назвал Аристо теля Александром Македонским греческой философии.
В круг естественнонаучных интересов Аристотеля вхо дили математика, физика, астрономия, биология. Арис тотель явился создателем формальной логики, которую он
Раздел II. История естествознания
67
называл силлогистикой, ибо в основе ее лежали силлогиз мы, т. е. такие умозаключения, когда из двух суждений (посылок) вытекает определенное следствие.
Среди естественных наук ему удалось достичь наиболь ших успехов в изучении живой природы. Он определил жизнь как способность к самообеспечению, а также к неза висимому росту и распаду. В своих исследованиях он упо минает несколько сот различных животных. Причем опи сывает многих из них с такой точностью и столь детально, что не оставляет сомнения в том, что это — его собствен ные наблюдения. Многие факты, изложенные Аристоте лем, были "переоткрыты" в последующие века. Ему было известно, например, что киты — живородящие животные, он различал хрящевых рыб и позвоночных, описывал раз витие куриного яйца вплоть до появления цыпленка и. д.
Вместе с тем у Аристотеля было немало наивных и даже ложных представлений о явлениях природы. Следуя своему учителю — Платону, он, например, приписывал движе нию некоторое "врожденное" свойство, заставляющее все на Земле стремиться к своему "естественному месту". По этому, считал он, дым поднимается вертикально вверх, а камень падает вертикально вниз.
Но несомненной заслугой Аристотеля было стремление к собиранию и систематизации знаний, накопленных в древ нем мире. Исходя из своих представлений об отраслях зна ния, он впервые попытался дать классификацию наук. С точки зрения Аристотеля, следует различать науки: теоре тические (где познание ведется ради него самого), практи ческие (дающие руководящие идеи для поведения челове ка) и творческие (где познание осуществляется для дости жения чего-либо прекрасного).
Теоретические науки Аристотель разделил на три части: так называемую "первую философию", математику и физи ку. "Первая философия" посвящена неким высшим началам всего существующего, недоступным для органов чувств и по стигаемым лишь умозрительно. В ведении математики на ходятся взятые в абстракции числовые и пространственные
3*
68
Концепции современного естествознания
свойства тел. Физика изучает различные состояния тел в природе.
Аристотель сразу же противопоставил "первую филосо фию" остальным наукам, отделив ее от наук, изучающих природный мир. Впоследствии, в I в. до н. э., древнегре ческий исследователь творчества Аристотеля Андронник Ро досский, выделил ту часть его учения, которая была известна как "первая философия", и обозначил ее термином "мета физика", т. е. буквально — "то, что следует после физи ки". С тех пор и вплоть до эпохи Нового времени под мета физикой понималось философское учение о сверхчувствен ных, недоступных опыту "первых началах" бытия, т. е. уче ние, которое имело совершенно иной предмет, чем физика — наука о природе. С наступлением эпохи Нового време ни, характеризующейся прогрессом естествознания, ученые-естествоиспытатели начали отмежевываться от метафизики с ее умозрительными, оторванными от реального мира рас суждениями, совершенно не соответствующими данным науки. Эта позиция естествоиспытателей нашла свое выра жение в известном изречении И. Ньютона: "Физика, бере гись метафизики!".
В истории науки Аристотель известен также как автор космологического учения, которое оказало огромное влия ние на миропонимание многих последующих столетий. Кос мология1 Аристотеля — геоцентристическое воззрение: Зем ля, имеющая форму шара, неподвижно пребывает в центре Вселенной. Шаровидность Земли Аристотель выводит из наблюдений, сделанных им во время лунных затмений. Эти наблюдения показали круглую форму земной тени, надви гающейся на диск Луны. Только шаровидное тело, каким и является Земля, — объяснял Аристотель, — может отбра сывать п сторону, противоположную Солнцу, тень, кото рая представляется темным кругом на лунном диске. К это му же выводу — о шаровидности Земли — ведет, по мне нию Аристотеля, и свойственное Земле тяготение к центру
Космология — учение о Вселенной.
Раздел II. История естествознания
69
Вселенной. Как результат этого тяготения должна была по лучиться шарообразная форма.
Аристотель разделял мир на две области, качественно отличающиеся друг от друга: область Земли и область Неба. Область Земли имеет в своей основе четыре элемента: зем лю, воду, воздух и огонь (это те же четыре "стихии", о которых говорили представители натурфилософии доарис-тотельского периода). Область Неба имеет в своей основе пятый элемент — эфир, из которого состоят небесные тела. Самые совершенные из них — неподвижные звезды. Они состоят из чистого эфира и настолько удалены от Земли, что недоступны никакому воздействию четырех земных эле ментов. Иное дело — Луна и планеты. Они также состоят из эфира, но в отличие от неподвижных звезд подвержены некоторому влиянию, по крайней мере, одного из элемен тов, образующих Землю. По мнению Аристотеля, за обо лочкой воздуха вокруг Земли находится наиболее легкий из земных элементов — огонь, который помещается в про странстве между Землей и Луной и соприкасается с грани цей эфира.
В отличие от космологических воззрений Демокрита, космология Аристотеля включала представление о простран ственной конечности мироздания. В этой конечной про тяженности космоса расположены твердые кристально-про зрачные сферы, на которых неподвижно закреплены звез ды и планеты. Их видимое движение объясняется враще нием указанных сфер. С крайней ("внешней") сферой со прикасается "Перводвигатель Вселенной", являющийся ис точником всякого движения. Он не материален, ибо это есть Бог (Аристотель рассматривает Бога как разум мирового масштаба, дающий энергию "перводвигателю").
Геоцентристская космология Аристотеля, впоследствии математически оформленная и обоснованная Птолемеем, заняла господствующее положение в космологии не только поздней античности, но и всего периода Средневековья — вплоть до XVI века.
70
Концепции современного естествознания
1.4. Третий (эллинистский) этап J в древнегреческой натурфилософии. Развитие математики и механики ^
Данный этап — примерно с 330 по 30 гг. до н. э. — начинается с подчинения Александром Македонским само стоятельных городов-государств Древней Греции и завер шается возвышением Древнего Рима.
Правители Македонии (Александр, а затем его преем ники — Птолемеи) серьезно и внимательно относились к древнегреческой науке. Это отношение диктовалось необ ходимостью совершенствования техники и технологии ре месленного производства. Последняя, в свою очередь, оп ределялась потребностями развивающейся торговли, а так же необходимостью развития технических средств ведения войн. Новая столица Птолемеев (305—30 гг. до н. э.) ста ла крупным по тогдашнему времени научным и культурным центром.
Следует отметить, что правители Македонии были, по жалуй, первыми в своих попытках осуществить государствен ную организацию и финансирование науки. В Александ рии в начале III в. до н. э. был создан Мусейон (в перево де с греческого — храм муз), имевший большое значение для развития науки и игравший роль одновременно научно го учреждения, музея и научной школы. Мусейон был свя зан с упоминавшимся выше афинским Ликеем, основан ным еще Аристотелем, а впоследствии возглавлявшимся из вестным ученым Стратоном.
Одним из крупнейших ученых-математиков рассматри ваемого периода был Евклид, живший в III в. до н. э. в Александрии. В своем объемистом труде "Начала" он при вел в систему все математические достижения того време ни. Состоящие из пятнадцати книг "Начала" содержали не только результаты трудов самого Евклида, но и включали достижения других древнегреческих ученых. В "Началах"
Раздел II. История естествознания
71
были заложены основы античной математики. Созданный Евклидом метод аксиом позволил ему построить здание гео метрии, носящей по сей день его имя.
Характерной чертой истории эллинистского периода древнегреческой натурфилософии, так же как и ее преды дущего периода, являются идеи атомистики. Последние по лучили свое развитие в учении Эпикура (324—270 гг. до н. э.). Эпикур разделял точку зрения Демокрита, согласно кото рой мир состоит из атомов и пустоты, а все существующее во Вселенной возникает в результате соединения атомов в различных комбинациях. Вместе с тем Эпикур внес в опи сание атомов, сделанное Демокритом, некоторые поправ ки: атомы не могут превышать известной величины, число их форм ограничено, атомы обладают тяжестью и т. д. Но самое главное в атомистическом учении Эпикура — это по пытка найти какие-то внутренние источники жизни атомов. Он высказал мысль, что изменение направления их движе ния может быть обусловлено причинами, содержащимися внутри самих атомов. Это был шаг вперед по сравнению с Демокритом, в учении которого атом непроницаем, не имеет внутри себя никакого движения, никакой жизни.
Эллинистский период в древнегреческой науке характе ризовался также и немалыми достижениями в области меха ники. Первоклассным ученым — математиком и механиком — этого периода был Архимед (287—212 гг. до н. э.). Он решил ряд задач по вычислению площадей поверхностей и объемов, определил значение числа я (представляющего собой отношение длины окружности к своему диаметру). Архимед ввел понятие центра тяжести и разработал методы его определения для различных тел, дал математический вывод законов рычага. Ему приписывают "крылатое" выражение: "Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю". Архимед по ложил начало гидростатике, которая нашла широкое приме нение при проверке изделий из драгоценных металлов, и оп ределение грузоподъемности кораблей.
Широчайшую известность получил закон Архимеда, касающийся плавучести тел; Согласно этому закону, на
72
Концепции современного естествознания
всякое тело, погруженное в жидкость, действует поддер живающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости, направленная вверх и приложенная к центру тяжести вы тесненного объема. Если вес тела меньше поддерживающей силы, тело всплывает на поверхность, причем степень по груженности плавающего на поверхности тела определяется соотношением удельных весов этого тела и жидкости. Если вес тела больше поддерживающей силы, то оно тонет. В случае же, когда вес тела равен поддерживающей силе, это тело плавает внутри жидкости (как рыба или подводная лодка).
Архимеда отличали ясность, доступность научных объяс нений изучаемых им явлений. Нельзя не согласиться с древ негреческим мыслителем Плутархом, который писал : "Если бы кто-либо попробовал сам разрешить эти задачи, он ни к чему не пришел бы, но, если бы познакомился с решением Архимеда, у него тотчас бы получилось такое впечатление, что это решение он смог бы найти и сам — столь прямым и кратким путем ведет нас к цели Архимед"1.
Научные труды Архимеда находили приложение в об щественной практике. Многие технические достижения того времени связаны с его именем. Ему принадлежат много численные изобретения: так называемый "архимедов винт" (устройство для подъема воды на более высокий уровень), различные системы рычагов, блоков, полиспастов и вин тов для поднятия больших тяжестей, военные метательные машины. Во время второй Пунической войны Архимед воз главлял оборону своего родного города Сиракузы, осажден ного римлянами. Под его руководством были изготовлены весьма совершенные по тому времени машины, метавшие снаряды и не позволявшие римлянам овладеть городом. Когда же осенью 212 г. до н. э. Сиракузы были все же взяты римлянами, Архимед погиб. Существует легенда, что перед смертью он сказал собиравшемуся его убить римскому солдату: "Только не трогай моих чертежей".
1 Цит. по: Азерников В. 3. Неслучайные случайности. Расска зы о великих открытиях и выдающихся ученых. М., 1972. С. 14—15.
Раздел II. История естествознания
73
Архимед был одним из последних представителей есте ствознания Древней Греции. К сожалению, его научное на следие долго не получало той оценки, которой оно заслу живало. Лишь спустя более полутора тысяч лет, в эпоху Воз рождения, труды Архимеда были оценены по достоинству и получили дальнейшее развитие. Первый перевод трудов Архимеда был сделан в 1543 году — в том же году, когда вышел в свет основополагающий труд Николая Коперни ка, совершившего переворот в миропонимании.
• 1.5. Древнеримский период античной натурфилософии
В Древнем Риме было немало талантливых натурфило софов, внесших определенный вклад в прогресс естество знания. Но все же новых идей в этот период было выдви нуто значительно меньше, чем в истории Древней Греции.
Одним из наиболее известных натурфилософов-атомис-тов Древнего Рима был Тит Лукреций Кар (Лукреций), жив ший в I в. до н. э. Его философская поэма "О природе вещей" является важным источником, содержащим много интересных сведений об атомистических воззрениях Демок рита и Эпикура (поскольку из сочинений последних до нас дошли лишь немногие отрывки). Лукреций высказал мысль о вечности материи. Вещи временны, они возникают и ис чезают, распадаясь на атомы — свои первичные составные части. Атомы же вечны, и их количество во Вселенной все гда остается одним и тем же. Отсюда вытекал вывод о веч ности материи, которую Лукреций отождествлял с атомами.
Сохранилось не так уж много сочинений древнеримско го периода, посвященных естественнонаучным вопросам. Помимо упомянутой поэмы Лукреция, можно назвать сочи нения Аннея Сенеки, Паппа Александрийского, Диофанта, Манилия. Все они написаны в литературной форме, т. е. в виде диалогов, поэм, энциклопедий. Сочинение Сенеки со держит сведения по физике, метеорологии и географии.
74
Концепции современного естествознания
Пээма Манилия касается астрономии. А сочинения Паппа ^юксандрийского и Диофанта посвящены главным образом м: '.тематике.
Говоря о состоянии естествознания в эпоху Древнего Рима, необходимо особо отметить натурфилософское насле дие Клавдия Птолемея (прибл. 90—168 гг. н. э.). Боль-ш /ю часть своей жизни он провел в Александрии и факти чески может считаться древнегреческим ученым. Но его научная деятельность протекала в период, когда Римская империя находилась в состоянии расцвета и включала в себя территорию Древней Греции. Птолемей по праву считается о;,ним из крупнейших ученых античности. Он серьезно за нимался математикой, увлекался географией, много вре мени посвящал астрономическим наблюдениям. Главный труд Птолемея, носивший название "Математическая сис тема", определил дальнейшее развитие астрономии более ч<м на тысячелетие. В период упадка александрийской школы греческий оригинал этого сочинения был утерян. Сохранился только его арабский перевод, который много позднее, уже в XII веке, был переведен на латинский язык. П оэтому книга Птолемея дошла до нас под арабским лати низированным названием "Альмагест".
В этой книге нашла отражение колоссальная работа, проделанная Птолемеем по созданию первой математичес кой теории, описывающей движение Солнца и Луны, а так же пяти известных тогда планет на видимом небосводе. В споем "Альмагесте" Птолемей рисует следующую схему ми роздания: в центре Вселенной находится неподвижная Зем ля. Ближе к Земле находится Луна, а затем следуют Мерку рий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер и Сатурн. Объясняя ценный порядок планет, Птолемей исходил из предполо жения, что чем быстрее движется планета, тем ближе к Земле она расположена.
Геоцентрическая система мира, на обоснование кото рой Птолемей потратил немало сил, просуществовала пос-т;; его смерти чрезвычайно долго — целых 1375 лет — вплоть "о опубликования знаменитого труда Н. Коперника, заме-
Раздел II. История естествознания
75
нившего эту систему на гелиоцентрическую. В п эслекопер-никовскую эпоху Птолемея вспоминают главным образом как автора отвергнутой наукой системы мира.
1.6. Естествознание эпохи к Средневековья -
Эпоха Средних Веков характеризовалась в Европе зака том классической греко-римской культуры и ре зким усиле нием влияния церкви на всю духовную жизнь общества. Вот что пишет об этой эпохе Ф. Энгельс: "Догматы церкви ста ли одновременно и политическими аксиомами, а библейс кие тексты получили на всяком суде силу закона... Это вер ховное господство богословия во всех областях умственной деятельности было в то же время необходимым следствием того положения, которое занимала церковь в качестве наи более общего синтеза и наиболее общей санкции существу ющего феодального строя"'.
В эту эпоху философия тесно сближается с теологией (богословием), фактически становится ее "служанкой". Возникает непреодолимое противоречие между наукой, де лающей свои выводы из результатов наблюдений, опытов, включая и обобщение этих результатов, и схоластическим2 богословием, для которого истина заключаете? в религиоз ных догмах.
Пока европейская христианская наука переживала дли тельный период упадка (вплоть до XII—XIII вз.), на Восто ке, наоборот, наблюдался прогресс науки. Со второй по ловины VIII в. научное лидерство явно переместилось из Европы на Ближний Восток. В IX веке, наряду с выше упомянутым трудом Птолемея ("Альмагест"), на арабский язык были переведены "Начала" Евклида и сочинения Арис-
1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 7. С. 360--361.
2 Схоластика (от греч. "схоластикос" — школьны?) — средневеко вая "школьная философия", представители которой стремились ра~ ционально обосновать и систематизировать христианское вероучение.
76
Концепции современного естествознания
тотеля. Таким образом, древнегреческая научная мысль получила известность в мусульманском мире, способствуя развитию астрономии и математики. В истории науки это го периода известны такие имена арабских ученых, как Му хаммед аль-Баттани (850—929), астроном, составивший но вые астрономические таблицы, Ибн-Юнас (950—1009), до стигший заметных успехов в тригонометрии и сделавший немало ценных наблюдений лунных и солнечных затмений, Ибн аль-Хайсам (965—1020), получивший известность сво ими работами в области оптики, Ибн-Рушд (1126—1198), виднейший философ и естествоиспытатель своего времени, считавший Аристотеля своим учителем.
Средневековой арабской науке принадлежат и наиболь шие успехи в химии. Опираясь на материалы александрий ских алхимиков I века и некоторых персидских школ, араб ские химики достигли значительного прогресса в своей об ласти. В их работах алхимия постепенно превращалась в химию. А уже отсюда (благодаря главным образом испанс ким маврам) в позднее средневековье возникла европейс кая химия.
В XI веке страны Европы пришли в соприкосновение с богатствами арабской цивилизации, а переводы арабских текстов стимулировали восприятие знаний Востока европей скими народами.
Большую роль в подъеме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфорд ский, Кембриджский и др.), которые стали образовывать ся начиная с XII века. И хотя эти университеты первона чально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда начинали изучаться предметы математичес кого и естественнонаучного направления, а само обучение носило, более чем когда-либо раньше, систематический характер.
XIII век характерен для европейской науки началом экс перимента и дальнейшей разработкой статики Архимеда. Здесь наиболее существенный прогресс был достигнут груп пой ученых Парижского университета во главе с Иорданом
Раздел II. История естествознания
77
Неморарием (вторая половина XIII в.). Они развили антич ное учение о равновесии простых механических устройств, решив задачу, с которой античная механика справиться не могла, — задачу о равновесии тела на наклонной плоскости.
В XIV веке в полемике с античными учеными рожда ются новые идеи, начинают использоваться математичес кие методы, т. е. идет прогресс подготовки будущего точ ного естествознания. Лидерство переходит к группе ученых Оксфордского университета, среди которых наиболее зна чительная фигура — Томас Брадвардип (1290—1349). Ему принадлежит трактат "О пропорциях" (1328 г.), который в истории науки оценивается как первая попытка написать "Математические начала натуральной философии" (именно так почти триста шестьдесят лет спустя назовет свой знаме нитый труд Исаак Ньютон).
Все вышесказанное свидетельствует о том, что на про тяжении многовековой, довольно мрачной эпохи, именуе мой Средневековьем, интерес к познанию явлений окружа ющего мира все же не угасал, и процесс поиска Истины продолжался. Появлялись все новые и новые поколения уче ных, стремящихся, несмотря ни на что, изучать природу. Вместе с тем научные знания этой эпохи ограничивались в основном познанием отдельных явлений и легко укладыва лись в умозрительные натурфилософские схемы мироздания, выдвинутые еще в период античности (главным образом в учении Аристотеля). В таких условиях наука еще не могла подняться до раскрытия объективных законов природы. Ес тествознание — в его нынешнем понимании — еще не сфор мировалось. Оно находилось в стадии своеобразной "пред-науки".
1.7. Научные революции в истории общества
Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружаю-
78
Концепции современного естествознания
шем природном мире (как это могло показаться из предше ствующего изложения). И если процесс простого прираще ния знаний (а иногда и вымыслов) был присущ для на турфилософии античности, для "преднауки" средневековья, то с XVI века характер научного прогресса существенно ме няется. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, ра дикально меняющий прежнее видение мира.
Эти переломные этапы в генезисе научного знания по лучили наименование научных революций. Причем револю ция в науке — это, как правило, не кратковременное собы тие, ибо коренные изменения в научных знаниях требуют оп ределенного времени. Поэтому в любой научной революции можно хронологически выделить некоторый более или менее длительный исторический период, в течение которого она происходит. Периоды революций в науке, отмечал всемир но известный физик Луи де Бройль, "всегда характеризуют решающие этапы в прогрессивном развитии наших знаний"1.
Эти решающие этапы в развитии фундаментальных наук можно разделить по результатам и степени влияния на раз витие науки в целом на глобальные научные революции и на "микрореволюции" в отдельных науках. Последние оз начают создание новых теорий в той или иной области на уки, которые меняют представления об определенном, срав нительно узком круге явлений, но не оказывают решающе го влияния на существующую научную картину мира, не требуют коренного изменения способа научного мышления.
Глобальная научная революция приводит к формирова нию совершенно нового видения мира, вызывает появле ние принципиально новых представлений о его структуре и функционировании, а также влечет за собой новые спосо бы, методы его познания. Глобальная научная революция может происходить первоначально в одной из фундаменталь ных наук (или даже формировать эту науку), превращая ее затем на определенный исторический период в лидера на-
1 Де Бройль Л. По тропам науки. М., 1962. С. 9.
Раздел II. История естествознания
79
уки. Последнее означает, что происходит своеобразная экс пансия ее новых представлений, принципов, методов, воз никших в ходе революции, на другие области знания и на миропонимание в целом. В дальнейшем изложении мы рассмотрим несколько глобальных научных революций, имевших место в истории естествознания и определивших характер его формирования и развития во второй половине нынешнего тысячелетия.
Длительный процесс становления современного есте ствознания начался с первых двух глобальных научных рево люций, происходивших в XVI—XVII вв. и создавших прин ципиально новое (по сравнению с античностью и средневе ковьем) понимание мира.
1.8. Первая научная революция. 4; - Гелиоцентрическая система мира. ; Учение о множественности миров
Первая научная революция произошла в эпоху, оставив шую глубокий след в культурной истории человечества. Это был период конца XV—XVI вв., ознаменовавший переход от Средневековья к Новому времени и получивший название эпохи Возрождения. Последняя характеризовалась возрож дением культурных ценностей античности (отсюда и назва ние эпохи), расцветом искусства, утверждением идей гума низма. Вместе с тем эпоха Возрождения отличалась суще ственным прогрессом науки и радикальным изменением ми ропонимания, которое явилось следствием появления гелио центрического учения великого польского астронома Нико лая Коперника (1473—1543).
В своем труде "Об обращениях небесных сфер" Копер ник утверждал, что Земля не является центром мироздания и что "Солнце, как бы восседая на Царском престоле, уп равляет вращающимся около него семейством светил"'. Это
1 Цит. по: Бернал Дж. Наука в истории общества. М., 1956. С. 223.
80
Концепции современного естествознания
был конец старой аристотелевско-птолемеевской геоцент рической системы мира. На основе большого числа астро номических наблюдений и расчетов Коперник создал новую, гелиоцентрическую систему мира, что явилось первой в ис тории человечества научной революцией.
Возникло принципиально новое миропонимание, ко торое исходило из того, что Земля одна из планет, движу щихся вокруг Солнца по круговым орбитам. Совершая об ращение вокруг Солнца, Земля одновременно вращается и вокруг собственной оси, чем и объясняется смена дня и ночи, видимое нами движение звездного неба. Но гелио центрическая система мира, предложенная Коперником, не сводилась только к перестановке предполагаемого центра Вселенной. Включив Землю в число небесных тел, кото рым свойственно круговое движение, Коперник высказал очень важную мысль о движении как естественном свойстве Небесных и земных объектов, подчиненном некоторым об щим закономерностям единой механики. Тем самым было разрушено догматизированное представление Аристотеля о неподвижном "перводвигателе", якобы приводящем в дви жение Вселенную.
Коперник показал ограниченность чувственного позна ния, неспособного отличать то, что нам представляется, от того, что в действительности имеет место (визуально нам кажется, что Солнце "ходит" вокруг Земли). Таким обра зом, он продемонстрировал слабость принципа объяснения окружающего мира на основе непосредственной видимости и доказал необходимость для науки критического разума.
Учение Коперника подрывало опиравшуюся на идеи Аристотеля религиозную картину мира. Последняя исходи ла из признания центрального положения Земли, что дава ло основание объявлять находящегося на ней человека цен тром и высшей целью мироздания. Кроме того, религиоз ное учение о природе противопоставляло земную материю, объявляемую тленной, преходящей — небесной, которая считалась вечной и неизменной. Однако в свете идей Ко перника трудно было представить, почему, будучи "радо-
Раздел II. История естествознания
81
вой" планетой, Земля должна принципиально отличаться от других планет.
Католическая церковь не могла согласиться с этими выводами, затрагивающими основы ее мировоззрения. Защитники учения Коперника были объявлены еретиками и подвергнуты гонениям. Сам Коперник избежал пресле дования со стороны католической церкви ввиду своей смер ти, случившейся в том же году, в котором был опублико ван его главный труд "Об обращении небесных сфер". В 1616 году этот труд был занесен в папский "Индекс" запре щенных книг, откуда был вычеркнут лишь в 1835 году.
Отмечая влияние работы Коперника на существовавшие в его время представления о природе, Ф. Энгельс писал: "Революционным актом, которым исследование природы заявило о своей независимости... было издание бессмерт ного творения, в котором Коперник бросил — хотя и робко • и, так сказать, лишь на смертном одре — вызов церковному авторитету в вопросах природы. Отсюда начинает свое ле тосчисление освобождение естествознания от теологии, хотя выяснение между ними отдельных взаимных претензий за тянулось до наших дней и в иных головах далеко еще не за вершилось даже и теперь"'.
Существенным недостатком взглядов Коперника было то, что он разделял господствовавшее до него убеждение в конечности мироздания. И хотя он утверждал, что види мое небо неизмеримо велико по сравнению с Землей, он все же полагал, что Вселенная где-то заканчивается твер дой сферой, на которой были закреплены неподвижные звезды. Нелепость такого взгляда на Вселенную, противо речащего картине мира, основы которой были заложены самим Коперником, обнаружилась в расчетах, проведенных датским астрономом Тихо Браге (1546—1601). В 1577 г. он сумел рассчитать орбиту кометы, проходившую вблизи пла неты Венера. Согласно его расчетам получалось, что эта комета должна была натолкнуться на твердую поверхность
Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 347.
82
Концепции современного естествознания
сферы, ограничивающей Вселенную, если бы таковая су ществовала.
Одним из активных сторонников учения Коперника, поплатившегося жизнью за свои убеждения, был знамени тый итальянский мыслитель Джордано Бруно (1548—1600). Но он пошел дальше Коперника, отрицая наличие центра Вселенной вообще и отстаивая тезис о бесконечности Все ленной. Бруно говорил о существовании во Вселенной мно жества тел, подобных Солнцу и окружающим его планетам. Причем многие из бесчисленного количества миров, счи тал он, обитаемы и, по сравнению с Землей, "если не боль ше и не лучше, то во всяком случае не меньше и не хуже"1.
Инквизиция имела серьезные причины бояться распрост ранения образа мыслей и учения Бруно. В 1592 году он был арестован и в течение восьми лет находился в тюрьме, под вергаясь допросам со стороны инквизиции. 17 февраля 1600 г., как нераскаявшийся еретик, он был сожжен на кос тре на Площади цветов в Риме. Однако эта бесчеловечная акция не могла остановить прогресса познаний человеком мира. На научном небосводе уже взошла звезда Галилея.
<<• 1.9. Вторая научная революция. .< Создание классической механики о; ~ и экспериментального естествознания. Механистическая картина мира
Трагическая гибель Джордано Бруно произошла на ру беже двух эпох: эпохи Возрождения и эпохи Нового време ни. Последняя охватывает три столетия — XVII, XVIII, XIX вв. В этом трехсотлетнем периоде особую роль сыграл XVII век, ознаменовавшийся рождением современной на уки, у истоков которой стояли такие выдающиеся ученые, как Галилей, Кеплер, Ньютон.
1 Бруно Джордано. О бесконечности, Вселенной и мирах. М.: ОГИЗ, 1936. С. 160.
Раздел II. История естествознания
83
В учении Галилео Галилея (1564—1642) были заложены основы нового механистического естествознания. Как сви детельствуют А. Эйнштейн и Л. Инфельд, "самая фунда ментальная проблема, остававшаяся в течение тысячи лет неразрешенной из-за сложности — это проблема движения"1.
До Галилея общепринятым в науке считалось понима ние движения, выработанное Аристотелем и сводившееся к следующему принципу: тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, и если это воздействие пре кращается, тело останавливается. Гаяилей показал, что этот принцип Аристотеля (хотя и согласуется с нашим повсе дневным опытом) является ошибочным. Вместо него Га лилей сформулировал совершенно иной принцип, получив ший впоследствии наименование принципа инерции: тело либо находится в состоянии покоя, либо движется, не из меняя направления и скорости своего движения, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия.
"Открытие, сделанное Галилеем, и применение им ме тодов научного рассуждения были одним из самых важных достижений в истории человеческой мысли, и оно отмечает действительное начало физики. Это открытие учит нас тому, что интуитивным выводам, базирующимся на непос редственном наблюдении, не всегда можно доверять, так как они иногда ведут по ложному следу"2.
Большое значение для становления механики как науки имело исследование Галилеем свободного падения тел. Он установил, что скорость свободного падения тел не зависит от их массы (как думал Аристотель), а пройденный падаю щим телом путь пропорционален квадрату времени падения. Галилей открыл, что траектория брошенного тела, движу щегося под воздействием начального толчка и земного при тяжения, является параболой. Галилею принадлежит экс периментальное обнаружение весомости воздуха, открытие законов колебания маятника, немалый вклад в разработку учения о сопротивлении материалов.
1 Эйнштейн А. и Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965. С. 8.
2 Там же. С. 10. . ^:
84
Концепции современного естествознания
Галилей выработал условия дальнейшего прогресса естествознания, начавшегося в эпоху Нового времени. Он понимал, что слепая вера в авторитет Аристотеля силь но тормозит развитие науки. Истинное знание, считал Галилей, достижимо исключительно на пути изучения при роды при помощи наблюдения, опыта (эксперимента) и вооруженного математическим знанием разума, — а не пу тем изучения и сличения текстов в рукописях античных мыслителей.
Росту научного авторитета Галилея способствовали его астрономические исследования, обосновавшие и утверждав шие гелиоцентрическую систему Коперника. Используя построенные им телескопы (вначале это был скромный оп тический прибор с трехкратным увеличением, а впослед ствии был создан телескоп и с 32-кратным увеличением), Галилей сделал целый ряд интересных наблюдений и откры тий. Он установил, что Солнце вращается вокруг своей оси, а на его поверхности имеются пятна. У самой большой пла неты Солнечной системы — Юпитера — Галилей обнару жил 4 спутника (из 13 известных в настоящее время). На блюдение за Луной показали, что ее поверхность гористого строения и что этот спутник Земли имеет либрацию, т. е. видимые периодические колебания маятникового характера вокруг центра. Галилей убедился, что кажущийся туманно стью Млечный Путь состоит из множества отдельных звезд.
Но самое главное в деятельности Галилея как ученого-астронома состояло в отстаивании справедливости учения Н. Коперника, которое подвергалось нападкам не только со стороны церковных кругов, но и со стороны некоторых ученых, высказывавших сомнения в правильности этого учения. Галилей сумел показать несостоятельность всех этих сомнений и дать блестящее естественнонаучное доказатель ство справедливости гелиоцентрической системы в знаме нитой работе "Диалог о двух системах мира — Птолемеев-ской и Коперниковой".
Как уже отмечалось выше, католической церковью в 1616 г. было принято решение о запрещении книги Копер-
Раздел II. История естествознания
85
ника "Об обращениях небесных сфер", а его учение объявле но еретическим. Галилей в этом решении упомянут не был, но ему все же пришлось предстать перед судом инквизиции. После длительных допросов он был вынужден отречься от учения Коперника и принести публичное покаяние1.
Однако остановить движение , прервать преемственность научной мысли было уже невозможно. С астрологическими наблюдениями Галилея, описанными им в сочинении "Звездный вестник", ознакомился и дал высокую оценку один из крупнейших математиков и астрономов конца XVI — первой трети XVII вв. Иоган Кеплер (1571—1630). Эта оценка астрономических исследований Галилея содержалась в работе Кеплера "Рассуждение о "Звездном вестнике".
Кеплер занимался поисками законов небесной механи ки и составлением звездных таблиц. На основе обобщения данных астрономических наблюдений он установил три за кона движения планет относительно Солнца. В своем пер вом законе Кеплер отказывается от коперниковского пред ставления о круговом движении планет вокруг Солнца. В этом законе утверждается, что каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце. Согласно второму закону Кеплера, радиус-вектор, прове денный от Солнца к планете, в равные промежутки време ни описывает равные площади. Из этого закона следовал вывод, что скорость движения планеты по орбите не посто янна и она тем больше, чем ближе планета к Солнцу. Тре тий закон Кеплера гласит: квадраты времен обращения пла нет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстоя ний от него.
Помимо сказанного, Кеплеру принадлежит немало заслуг в астрономии и математике. Он разработал теорию
1 Спустя 350 лет после смерти Галилея, в октябре 1992 г., он был реабилитирован католической церковью, его осуждение было признано ошибочным, а учение — правильным. Глава римско-като лической церкви папа Иоанн-Павел II заявил при этом, что цер ковь не должна выступать против науки, а, наоборот, должна под держивать научный прогресс (из телевизионной информационной программы "Время", 31 октября 1992 г.).
86
Концепции современного естествознания
солнечных и лунных затмений, предложил способы их пред сказания, уточнил величину расстояния между Землей и Солнцем, составил так называемые Рудольфовы таблицы — по имени австрийского императора Рудольфа II, при дворе которого Кеплер занимал место астронома, сменив на этой должности умершего Тихо Браге. С помощью этих таблиц можно было с высокой степенью точности определять в лю бой момент времени положение планет. Кеплеру принад лежит также решение ряда важных для практики стереомет рических задач.
Поскольку Кеплер был сторонником гелиоцентричес кой космологии Коперника и не скрывал этого, Ватикан относился к его сочинениям отрицательно, включив неко торые из них в список запрещенных книг. Но сам Кеплер прекрасно понимал значение выполненных им работ. Не без сарказма он писал: "Мне все равно, кто будет меня чи тать: люди нынешнею или люди будущего поколения. Раз ве Господь Бог не дожидался шесть тысяч лет, чтобы кто-нибудь занялся созерцанием его творений?"1
Конечно, главной заслугой Кеплера было открытие за конов движения планет. Но он не объяснил причины их движения. И это неудивительно, ибо не существовало еще понятий силы и взаимодействия. В то время из разделов механики были разработаны лишь статика — учение о рав новесии (которая разрабатываюсь еще в античности, в пер вую очередь, Архимедом), а в работах Галилея были сдела ны первые шаги в разработке динамики. Но в полной мере динамика — учение о силах и их взаимодействии — была создана лишь позднее Исааком Ньютоном.
В такой ситуации большое впечатление на естествоис пытателей произвела теория вихрей, выдвинутая в 40-х го дах XVII в. французским ученым Репе Декартом (1596— 1650)2. Декарт полагал, что мировое пространство запол-
1 Цит. по: Седов Л. И. Галилей и основы механики. М., 1964. С. 36-37.
2 Система научных и философских взглядов Декарта получила на звание картезианства, поскольку Декарт подписывал свои сочине ния латинизированной формой своей фамилии — Картезиус.
Раздел II. История естествознания
87
нено особым легким, подвижным веществом, способным образовывать гигантские вихри. Вихревые потоки, окру жая все небесные тела, увлекают их и приводят в движе ние. Солнечная система представляет собой громадный вихрь, в центре которого находится Солнце. Этот солнеч ный вихрь увлекает в своем движении все планеты. Цент рами других, меньших вихрей, вращающихся вокруг Солн ца, являются планеты. Планетные вихри вовлекают в кру говое движение спутники этих планет. Так, вихрь, окру жающий Землю, приводит в движение вокруг Земли ее спут ник — Луну. Причем в каждом вихре тело, находящееся ближе к центру, вращается вокруг него быстрее, чем более далекое. Этим Декарт объяснял тот факт, что чем ближе планеты к Солнцу, тем короче периоды их обращения вок руг него (всего 88 дней для Меркурия, 225 дней для Вене ры, 365 дней для Земли и т. д.).
Что касается эллиптического движения планет по уже известным законам Кеплера, то Декарт не смог ясно этого объяснить. Он говорил, что под действием давления со седних вихрей и вследствие других причин вихри могут при нимать сплюснутую или эллиптическую форму. Таким об разом, теория вихрей Декарта фактически не могла объяс нить движение планет по законам Кеплера.
Космологическая гипотеза Декарта оказалась несостоя тельной и была отвергнута последующим развитием науки. Но Декарт обессмертил свое имя в другой области — в мате матике. Создание им основ аналитической геометрии, вве дение осей координат, носящих по сей день наименование декартовых, введение им многих алгебраических обозначе ний, формулирование понятия переменной величины — вот далеко не полный перечень того, что сделал Декарт в обла сти математики, обеспечив ее существенный прогресс.
Вторая научная революция завершалась творчеством од ного из величайших ученых в истории человечества, како вым был Исаак Ньютон (1643—1727). Его научное насле дие чрезвычайно разнообразно. В него входит и создание (параллельно с Лейбницем, но независимо от него) диф-
88
Концепции современного естествознания
ференциального и интегрального исчисления, и важные ас трономические наблюдения, которые Ньютон проводил с помощью собственноручно построенных зеркальных телеско пов (он, так же как и Галилей, именно телескопу обязан первым признаниям своих научных заслуг), и большой вклад в развитие оптики (он, в частности, поставил опыты в об ласти дисперсии света и дал объяснение этому явлению). Но самым главным научным достижением Ньютона было продолжение и завершение дела Галилея по созданию клас сической механики. Благодаря их трудам XVII в. считается началом длительной эпохи торжества механики, господства механических представлений о мире.
Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки. Первый закон механики Ньютона — это принцип инерции, впервые сфор мулированный еще Галилеем: всякое тело сохраняет состоя ние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех пор, пока оно не будет вынуждено изменить его под действием каких-то сил. Существо второго закона механи ки Ньютона состоит в констатации того факта, что приоб ретаемое телом под действием какой-то силы ускорение пря мо пропорционально этой действующей силе и обратно про порционально массе тела. Наконец, третий закон механи ки Ньютона — это закон равенства действия и противодей ствия. Этот закон гласит, что действия двух тел друг на друга всегда равны по величине и направлены в противопо ложные стороны.
Данная система законов движения была дополнена от крытым Ньютоном законом всемирного тяготения, соглас но которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное при тяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно про порциональное квадрату расстояния между ними.
Пожалуй, ни одно иавсех ранее сделанных научных от крытий не оказало такого громадного влияния на дальней шее развитие естествознания, как открытие закона всемир-
Раздел II. История естествознания
89
ного тяготения1. Огромное впечатление на ученых произво дил масштаб обобщения, впервые достигнутый естествозна нием. Это был поистине универсальный закон природы, ко торому подчинялось все — малое и большое, земное и небес ное. Этот закон явился основой создания небесной механи ки — науки, изучающей движение тел Солнечной системы.
"Созданная Ньютоном теория тяготения и его вклад в астрономию знаменуют последний этап преобразования ари стотелевской картины мира, начатого Коперником. Ибо представление о сферах, управляемых перводвигателем или ангелами по приказу бога, Ньютон успешно заменил пред ставлением о механизме, действующем на основании про стого естественного закона..."2
Воображение ученых захватывала простота той картины мира, которая складывалась на основе ньютоновской клас сической механики. В этой картине, носящей абстрактный характер, отбрасывалось все "лишнее": не имели значения размеры небесных тел, их внутреннее строение, идущие в них бурные процессы. Оставались только массы и расстоя ния между центрами этих масс, к тому же связанные не сложной формулой. Как пишет известный японский физик X. Юкава, "Ньютон многое отсек у реального мира, о ко тором размышляют физики... Конечно, Ньютон абстраги руется, но он оставляет самое существенное и создает еди ную картину мира. Ему принадлежит, по крайней мере, построение теории Солнечной системы. Это один из ми ров. Остается еще... и множество других миров. В них он не успел разобраться, но Солнечная система прекрасно вос создана в рамках его механики
"3
1 Существует легенда о знаменитом яблоке, падение которого с дерева будто бы навело Ньютона на мысль о законе всемирного тяго тения. Но эта легенда имеет различные толкования. Стукелей — друг Ньютона — утверждал, что якобы сам Ньютон рассказал ему эпизод с яблоком, который и помог ему открыть закон всемирного тяготения. А другой друг Ньютона, Пембертон, считал, что Нью тон, возможно, специально выдумал историю с яблоком, чтобы отделаться от не в меру любопытных собеседников типа Стукелея.
2 Бернал Дж. Наука в истории общества. С. 267.
3 Юкава X. Лекции по физике. М., 1981. С. 40.
90
Концепции современного естествознания
В 1687 г. вышел в свет главный труд Ньютона "Мате матические начала натуральной философии", заложивший основы современной теоретической физики. Оценивая это событие, видный физик XX века, бывший президент Ака демии наук СССР С. И. Вавилов писал: "В истории есте ствознания не было события более крупного, чем появле ние "Начал" Ньютона. Причина была в том, что эта книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие ты сячелетия в учении о простейших формах движения мате рии. Сложные перипетии развития механики, физики и астрономии, выраженные в именах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галилея, Кеплера, Декарта, поглощались и заменялись гениальной ясностью и стройностью "Начал"1.
Не менее высокую оценку дает "Началам" Ньютона та кой крупный специалист по истории науки, как Джон Бер-нал. "По убедительности аргументации, подкрепленной физическими доказательствами, — пишет он, — книга не имеет себе равных во всей истории науки. В математичес ком отношении ее можно сравнить только с "Элементами" Евклида, а по глубине физического анализа и влиянию па идеи того времени — только с "Происхождением видов" Дар вина. Она сразу же стала библией новой науки, не столько как благоговейно чтимый источник догмы..., сколько как источник дальнейшего расширения изложенных в ней ме тодов"2.
В своей знаменитой работе Ньютон предложил учено му миру научно-исследовательскую программу, которая вскоре стала ведущей не только в Англии, на родине вели кого ученого, но и в континентальной Европе. Свою науч ную программу Ньютон назвал "экспериментальной фило софией", подчеркивая решающее значение опыта, экспе римента в изучении природы.
Ньютон подверг критике картезианство, в частности, декартову гипотезу "вихрей". Главный упрек в адрес карте зианцев (последователей Декарта) сводился к тому, что они
1 Вавилов С. И. Исаак Ньютон. М., 1989. С. 117.
2 Берн ал Дж. Наука в истории общества. С. 266.
Раздел II. История естествознания
91
не обращались в должной мере к опыту, конструировали "гипотезы", "обманчивые предположения" для объяснения природных явлений. "Гипотез не измышляю" — таков был девиз Ньютона.
Идеи Ньютона, опиравшиеся на математическую фи зику и эксперимент, определили направление развития ес тествознания на многие десятилетия вперед.
1.10. Естествознание Нового времени и проблема философского метода
В истории изучения человеком природы сложились два прямо противоположных, несовместимых метода этого изу чения, которые приобрели статус общефизических, т. е. носящих всеобщий характер. Это — диалектический и мета физический методы.
При метафизическом подходе объекты и явления окру жающего мира рассматриваются изолированно друг от дру га, без учета их взаимных связей и как бы в застывшем, фиксированном, неизменном состоянии. Диалектический подход, наоборот, предполагает изучение объектов, явле ний со всем богатством их взаимосвязей, с учетом реальных процессов их изменения, развития.
Истоки этих противоположных подходов к осмыслению мира лежат в глубокой древности. Одним из ярких вырази телей диалектического подхода (несмотря на всю его наив ность) был древнегреческий мыслитель Гераклит, о кото ром уже говорилось выше. Он обращал внимание на взаи мосвязи и изменчивость в природе, выдвигал идею о ее бес прерывном движении и обновлении. "Солнце — не только ...новое каждый день, но и вечно и непрерывно новое, — говорил он. — На входящего в одну и ту же реку текут все новые и новые воды"1. Эти и некоторые другие дошедшие
1 Цит. по: Александров Г. Ф. История западно-европейской философии. М., 1946. С. 36—37. . -
92
Концепции современного естествознания
до нас афоризмы Гераклита свидетельствуют о глубине его понимания окружающего природного мира.
"Когда мы подвергаем мысленному рассмотрению при роду..., — писал Ф. Энгельс, — то перед нами сперва воз никает картина бесконечного сплетения связей и взаимо действий, в которой ничто не остается неподвижным и не изменным, а все движется, изменяется, возникает и исче зает... Этот первоначальный, наивный, но по сути дела правильный взгляд на мир был присущ древнегреческой философии и впервые выражен Гераклитом..."1
В то же время в древнегреческой философии VI—V вв. до н. э. зародился и другой подход к познанию мира. В учениях некоторых философов этого периода (Ксенофана, Парменида, Зенона) проявились попытки доказать, что ок ружающий мир неподвижен, неизменен, ибо всякое изме нение представляется противоречивым, а потому — невоз можным. Подобные воззрения много веков спустя прояви лись в науке Нового времени (во всяком случае, до середины XVIII в.), а соответствующий им метод познания получил наименование метафизического2.
На определенном этапе научного познания природы метафизический метод, которым руководствовались ученые-естествоиспытатели, был вполне пригоден и даже неизбе жен, ибо упрощал, облегчал сам процесс познания. "Раз ложение природы на ее отдельные части разделение различ ных процессов и предметов природы на определенные клас сы, исследование внутреннего строения органических тел по их многообразным анатомическим формам — все это было основным условием тех исполинских успехов, которые были достигнуты в области познания природы за последние че тыреста лет"3, — писал Ф. Энгельс. В рамках метафизи-
1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 19. С. 202.
2 Метафизику Нового времени не следует путать с аристотелевс кой метафизикой, о которой говорилось выше. Это — совершенно разные понятия. Метафизический метод в естествознании XVI— XVII вв. является методом, противоположным диалектическому.
3 Маркс К., Энгельс Ф. Соч., Т. 19. С. 203.
•'. Раздел II. История естествознания
93
ческого подхода к миру учеными изучались многие объек ты, явления природы, проводилась их классификация.
Наглядным примером этого может служить весьма пло дотворная деятельность известного шведского ученого, ме тафизически мыслящего натуралиста Карла Линнея (1707— 1778). Будучи талантливым, неутомимым исследователем, Линней все силы своего огромного ума, обогащенного на блюдениями в многочисленных путешествиях, употребил на создание классификации растительного и животного мира. В своем основном труде "Система природы" он сформули ровал принцип такой классификации, установив для пред ставителей живой природы следующую градацию: класс, от ряд, род, вид, вариация. Животный мир организмы, на пример, Линней разделил на 6 классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви, насекомые), а в расти тельном мире выделил целых 24 класса. Оригинальной иде ей Линнея стала бинарная система обозначения растений и животных. Согласно этой системе, любое название пред ставителя растительного или животного мира состоит из двух латинских наименований: одно из них является родовым, а второе — видовым. Например, в указанной системе чело век именовался по латыни Homo sapiens, т. е. человек ра зумный.
Но, проделав огромную и очень полезную классифика ционную работу, Линней вместе с тем не вышел за рамки традиционного для науки XVIII в. метафизического метода мышления. Распределив, образно говоря, "по полочкам" разновидности представителей живой природы, располо жив растения и животных в порядке усложнения их строе ния, он не усмотрел в этом усложнении развития. Линней считал виды растений и животных абсолютно неизменны ми. А самих "видов столько, сколько их создано Творцом", — писал он в своей знаменитой "Системе природы"1.
Во всем этом нет ничего удивительного. Диалектичес кие идеи всеобщей взаимосвязи и развития могли утвер-
1 Цит. по: Алексеев В. П. От животных к человеку. М., 1969. С. 7.
94
Концепции современного естествознания
диться в естествознании лишь после того, как был пройден этап изучения отдельных объектов, явлений природы и их классификации. Не изучив, например, отдельные разно-,; видности растительного и животного мира, не классифи цировав их, невозможно было обосновать идею эволюции органической природы, другими словами, эпохальное от крытие Чарльза Дарвина, о котором речь пойдет ниже, могло быть сделано лишь после гигантского труда Карла Линнея, в результате которого уже можно было сравнивать между собой изученные и классифицированные виды растений и животных — от простейших и до человека.
Новые научные идеи и открытия второй половины XVIII — первой половины XIX вв. вскрыли диалектический ха рактер явлений природы. Достижения естествознания это го периода опровергали метафизический взгляд на приро ду, демонстрировали ограниченность метафизики, которая все более и более тормозила дальнейший прогресс науки. Только диалектика могла помочь естествознанию выбраться из теоретических трудностей. ; •>
.1.11. Третья научная революция. Диалектизация естествознания
Начало процессу стихийной диалектизации естествен ных наук, составившему суть третьей революции в естество знании, положила работа немецкого ученого и философа Иммануила Канта (1724—1804) "Всеобщая естественная история и теория неба". В этом труде, опубликованном в 1755 г., была сделана попытка исторического объяснения происхождения Солнечной системы. С появлением данной работы "Земля и вся Солнечная система предстали как не что ставшее во времени
>ч
Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 351
г-.-. Раздел II. История естествознания
95
Гипотезу Канта принято именовать небулярной1, по скольку в ней утверждалось, что Солнце, планеты и их спут ники возникли из некоторой первоначальной, бесформен ной туманной массы, некогда равномерно заполнявшей мировое пространство. Кант пытался объяснить процесс возникновения Солнечной системы действием сил притя жения, которые присущи частицам материи, составлявшим эту огромную туманность. Под влиянием притяжения из этих частиц образовывались отдельные скопления, сгуще ния, становившиеся центрами притяжения. Из одного та кого крупного центра притяжения образовалось Солнце, вокруг него расположились частицы в виде туманностей, которые начали двигаться по кругу. В круговых туманнос тях образовались зародыши планет, которые начали вращать ся также вокруг своей оси. Солнце и планеты сначала ра зогрелись вследствие трения слагающих их частиц, затем начали остывать.
Хотя Кант в своей работе опирался на классическую механику XVII в. (подзаголовок его труда гласил: "Опыт об устройстве и механическом происхождении всего мирозда ния на основании ньютоновских законов"), он сумел со здать развивающуюся картину мира, которая не соответство вала философии Ньютона, враждебной эволюции. Идеи Канта о возникновении и развитии небесных тел были не сомненным завоеванием науки середины XVIII века. Его космогоническая2 гипотеза пробила первую брешь в мета физическом взгляде на мир.
Однако научная общественность того времени не обра тила должного внимания на гениальную идею Канта (тогда еще 30-летнего приват-доцента из Кенигсберга). Его труд, опубликованный первоначально без указания имени авто ра, дошел до публики в очень малом числе экземпляров (из-за банкротства издателя) и оставался практически неизвест ным до конца XVIII века.
1 Небулярный (от лат. nebula — туман) буквально означает: "от носящийся к туманности".
2 Космогония — учение о происхождении и развитии Вселенной.
96
Концепции современного естествознания
Более сорока лет спустя французский математик и аст роном Пьер Симон Лаплас (1749—1827), совершенно неза висимо от Канта и двигаясь своим путем, высказал идеи, развившие и дополнявшие кантовское космогоническое уче ние. В своем труде "Изложение системы мира", опубли кованном в 1796 г., Лаплас предположил, что первоначально вокруг Солнца существовала газовая масса, нечто вроде ат мосферы. Эта "атмосфера" была так велика, что простира лась за орбиты всех планет. Вся эта масса вращалась вместе с Солнцем (о причине вращения Лаплас не говорил). За тем, вследствие охлаждения, в плоскости солнечного эква тора образовались газовые кольца, которые распались на не сколько сфероидальных частей — зародышей будущих пла нет, вращающихся по направлению своего обращения вок руг Солнца. При дальнейшем охлаждении внутри каждой такой части образовалось ядро, и планеты перешли из газо образного в жидкое состояние, а затем начали затвердевать с поверхности.
Имена создателей двух рассмотренных гипотез были объе динены, а сами гипотезы довольно долго (почти столетие) просуществовали в науке в обобщенном виде — как космо гоническая гипотеза Канта — Лапласа.
В XIX веке диалектическая идея развития распростра нилась на широкие области естествознания, в первую оче редь на геологию и биологию.
В первой половине XIX века произошла острая борьба двух концепций — катастрофизма и эволюционизма, кото рые по-разному объясняли историю нашей планеты. Уро вень развития науки этого периода делал уже невозможным сочетать библейское учение о кратковременности истории Земли с накопленными данными о смене геологических фор маций и смене фаун, ископаемые остатки которых находили в земных слоях. Это несоответствие некоторые ученые пыта лись объяснить идеей о катастрофах, которые время от вре мени случались на нашей планете.
Именно такое объяснение было предложено француз ским естествоиспытателем Жоржем Кювье (1769—1832). В
Раздел II. История естествознания
97
своей работе "Рассуждения о переворотах на поверхности Земли", опубликованной в 1812 г., Кювье утверждал, что каждый период в истории Земли завершался мировой ката строфой — поднятием и опусканием материков, наводне ниями, разрывами слоев и т. д. В результате этих катаст роф гибли животные и растения, и в новых условиях по явились новые их виды. Поэтому, считал Кювье, совре менные геологические условия и представители живой при роды совершенно не похожи на то, что было прежде. При чины катастроф и возникновение новых видов раститель ного и животного мира Кювье не объяснял.
Катастрофизму Кювье и его сторонников противостоя ло эволюционное учение, которое в области биологии от стаивал крупный французский естествоиспытатель Жан Ба тист Ламарк (1744—1829). В 1809 г. вышла его работа "Философия зоологии". Ламарк видел в изменяющихся условиях окружающей среды движущую силу эволюции орга нического мира. Согласно Ламарку, изменения в окружа ющей среде вели к изменениям в потребностях животных, следствием чего было изменение их жизнедеятельности. В течение одного поколения, считал он, в случае перемен в функционировании того или иного органа появляются на следственные изменения в этом органе. При этом усилен ное упражнение органов укрепляет их, а отсутствие упраж нений — ослабляет. На этой основе возникают новые орга ны, а старые исчезают. Таким образом Ламарк полагал, что приобретенные под влиянием внешней среды измене ния в живых организмах становятся наследственными и слу жат причиной образования новых видов. Но передача по наследству этих приобретенных изменений ни Ламарком, ни кем-либо из его последователей доказана не была. По этому взгляды Ламарка на эволюцию живой природы не получили должного обоснования. Однако это не умаляет его заслуги как создателя первого в истории науки целост ного, систематического эволюционного учения.
Для утверждения этого учения исключительно важную роль сыграл трехтомный труд "Основы геологии" английского
4. Зак. 251
98
Концепции современного естествознания
естествоиспытателя Чарлза Лайеля (1797—1875). В этом труде, опубликованном в 1830—1833 гг., Лайель нанес со крушительный удар по теории катастроф. Проведя анализ большого фактического материала, он показал, что все из-мекекия, которые произошли в течение геологической истории, происходили под влиянием тех же факторов, ко торые действуют и в настоящее время. А потому для объяс нения этих изменений совершенно не нужно прибегать к представлениям о грандиозных катастрофах. Необходимо до пустить лишь очень длительный срок существования Земли.
Геологический эволюционизм оказал немалое влияние на дальнейшее совершенствование эволюционного учения в биологии. В предисловии к своей знаменитой книге "Про исхождение видов в результате естественного отбора" Чарлз Роберт Дарвин (1809—1882) писал: "Тот, кто прочтет вели кий труд Чарлза Лайеля о принципах геологии и все-таки не усвоит, как непостижимо огромны были прошлые периоды времени, может сразу же закрыть эту книгу"1.
Главный труд Дарвина "Происхождение видов" был опубликован в 1859 г. В нем Дарвин, опираясь на огром ный естественнонаучный материал из области палеологии, эмбриологии, сравнительной анатомии, географии живот ных и растений, изложил факты и причины биологической эволюции. Он показал, что вне саморазвития органический мир не существует и поэтому органическая эволюция не мо жет прекратиться. Развитие — это условие существования вида, условие его приспособления к окружающей среде. Каж дый вид, считал Дарвин, всегда находится на пути недости жимой гармонии с его жизненными условиями. Принципи ально важной в учении Дарвина является теория естествен ного отбора. Согласно этой теории, виды с их относительно целесообразной организацией возникли и возникают в ре зультате отбора и накопления качеств, полезных для орга низмов в их борьбе за существование в данных условиях.
Отзывы на учение Дарвина были многочисленны и раз нообразны: от сугубо положительных, даже восторженных,
1 Цит. по: Хэллем Э. Великие геологические споры. М., 1985. С. 105. • . -: - -, -•• -• .-.-
Раздел II. История естествознания
99
до крайне негативных. Весьма резко реагировали на идею Дарвина о том, что человек произошел от общего с обезья ной существа, представители церковных кругов, усматри вая в этой идее одну из основ атеизма. К их голосу присое динились и некоторые ученые, как, например, немецкий врач Вихров, чьи религиозные чувства оказались сильнее на учной логики. Но большинство ученых-естествоиспытате лей сразу же стали сторонниками дарвинизма.
Видный английский биолог Томас Гексли 23 ноября 1859 г., сразу же после выхода в свет книги Дарвина "Про исхождение видов" писал ему следующее: "Теперь уже дело Впших противников доказывать, что виды произошли не так, как Вы думаете... Надеюсь, что Вы не позволите себе огор читься или смутиться, когда Вас будут бранить или искажать Ваши мысли, а к этому, если я только не сильно ошибаюсь, Вы должны быть готовы. Верьте мне, Вы заслужили вечную благодарность всех мыслящих людей"1.
11пряду с фундаментальными работами, раскрывающи ми процесс чиопюпми, ралштия природы, появились ко-иые сптстнсннонаучнмс открытия, подтверждавшие нали чие всеобщих cmncii в природе.
К числу этих открытий относится клеточная теория, созданная и 30-х годах XIX иска. Ее авторами были ботани ки Маттиас Якоб Шлейдеп (1804—1881), установивший, что все растения состоят из клеток, и профессор, биолог Теодор Шванн (1810—1882), распространивший зто учение на животный мир. В октябре 1838 г. Шлейдеп и Шванн встретились и обменялись мнениями. После этого Шванн следующим образом сформулировал сделанное открытие: "Весь класс клеточных растений состоит только из клеток". Что касается животных, то их все "многообразные формы возникают также только из клеток, причем аналогичных клет кам растений"2. Открытием клеточного строения растений
1 Цит. по: Гурев Г. А. Чарлз Дарвин и атеизм. Ленинград, 1975. С. 10-11.
2 Цит по: Холличиер В. Природа в научной картине мира. М., 1966. С. 109.
4*
100 Концепции современного естествознания
и животных была доказана связь, единство всего органи ческого мира.
Еще более широкомасштабное единство, взаимосвязь в материальном мире были продемонстрированы благодаря открытию закона сохранения и превращения энергии. Этот закон имел значительно большую "сферу охвата", чем уче ние о клеточном строении животных и растений: последнее целиком и полностью принадлежит биологии, а закон сохра нения и превращения энергии имеет универсальное значе ние, т. е. охватывает все науки о природе.
Экспериментальным и теоретическим исследованиями, проведенными в 40-х годах XIX века рядом ученых, было доказано, что "...все так называемые физические силы — механическая сила, теплота, свет, электричество, магне тизм и даже так называемая химическая сила — переходят при известных условиях друг в друга без какой бы то ни было потери силы..."1 Другими словами, речь шла о превраще нии одной формы энергии в другую.
К этой идее первоначально пришел немецкий врач Юли ус Роберт Майер (1814—1878) во время своего путешествия в Ост-Индию в 1840 г. Он обнаружил, что венозная кровь больных в тропиках была краснее, чем в Европе, и объяс нил это явление более высоким содержанием кислорода в крови. Последнее, полагал Майер, обусловлено тем, что при высоких температурах в организме человека сгорает мень ше пищи, поскольку тело в этих условиях требует меньше тепла, получаемого за счет питания. Поэтому в венозной крови остается больше кислорода. Таким образом, Майер фактически высказал мысль, что химическая энергия, со держащаяся в пище, превращается в теплоту (подобно тому, как это происходит с механической энергией мышц).
Только в 1842 г., после некоторых неудач, Майеру уда лось опубликовать свою идею в статье "О количественном и качественном определении сил", а в 1845 г. вышла его книга "Органическое движение в его связи с обменом веществ, вклад в естествознание". В этих работах Майер показал,
Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 29. С. 424.
Раздел II. История естествознания
101
что химическая, тепловая и механическая энергии могут пре вращаться друг в друга и являются равноценными.
Выводы Майера с недоверием были восприняты в на учных кругах того времени как недостаточно обоснованные. Но опыты, проведенные одновременно и независимо от Майера английским исследователем Джеймсом Прескоттом Джоулем (1818—1889), подвели под идеи Майера прочную экспериментальную основу. Джоуль показал себя искусным и вдумчивым экспериментатором. На основе хорошо по ставленного эксперимента он пришел к выводу, что тепло ту можно создавать с помощью механической работы, ис пользуя магнитоэлектричество (электромагнитную индук цию), и эта теплота пропорциональна квадрату силы инду цированного тока. Вращая электромагнит индукционной машины с помощью падающего груза, Джоуль определил соотношение между работой этого груза и теплотой, выде ляемой в цепи. В работе "О тепловом эффекте магнито-электричества и механическом эффекте теплоты" (1843 г.) Джоуль в качестве среднего результата своих измерений ука зывал, что "количество тепла, которое в состоянии нагреть один фунт воды на один градус Фаренгейта, может быть превращено в механическую силу, которая в состоянии под нять 838 фунтов на вертикальную высоту в один фут"1.
Результаты, полученные в экспериментах, привели Джоуля к следующему обобщенному выводу: "... Во всех слу чаях, когда затрачивается механическая сила, получается точное эквивалентное количество теплоты"2. В работе 1843 г. Джоуль также утверждал, что животная теплота воз никает в результате химических превращений в организме, т. е. фактически делал те же выводы, к которым несколько ранее пришел Майер.
В первой половине 40-х годов XIX в. и некоторые дру гие ученые претендовали на приоритет в открытии закона сохранения и превращения энергии. Например, в том же
1 Цит. по: Кудрявцев П. С. Курс истории физики. М., 1982. С. 208.
2 Там же. С. 208.
102 Концепции современного естествознания
1843 г. датский инженер Людвиг Август Колъдинг (1815— 1888) доложил в Королевском Копенгагенском обществе о результатах своих опытов по определению отношения между работой и теплотой, которые позволили считать его одним из ссоткрывателей указанного закона.
В отстаивании данного закона и его широком призна нии в научном мире большую роль сыграл один из наиболее знаменитых физиков XIX в. Герман Людвиг Фердинанд Гелъм-голъц (1821—1894). Будучи, подобно Майеру, врачом, Гель-мгольц, так же как и он, пришел от физиологии к закону сохранения энергии. Признавая приоритет Майера и Джо уля, Гельмгольц пошел дальше и увязал этот закон с прин ципом невозможности вечного двигателя.
Доказательство сохранения и превращения энергии ут верждало идею единства, взаимосвязанное™ материально го мира. Вся природа отныне предстала как непрерывный процесс превращения универсального движения материи из одной формы в другую.
Свой вклад в диалектизацию естествознания внесли и некоторые открытия в химии. К числу таковых относится получение в 1828 г. немецким химиком Фридрихом Вёлером (1800—1882) искусственного органического вещества — мо чевины. Это открытие положило начало целому ряду синте зов органических соединений из исходных неорганических веществ. Антиметафизическая направленность формирую щейся органической химии проявилась прежде всего в том, что эта отрасль науки положила начало разрушению представ ления об отсутствии связи, о полной независимости двух ог ромных сфер природы — неорганической и органической. Как отмечал Ф. Энгельс, "благодаря получению неоргани ческим путем таких химических соединений, которые до того времени порождались только в живом организме, было до казано, что законы химии имеют ту же силу для органичес ких тел, как и для неорганических, и была заполнена значи тельная часть той якобы навеки непреодолимой пропасти меж ду неорганической и органической природой..."1 г, ,„,-;,
Маркс К., Энгельс Ф. Соч. Т. 20. С. 353.
'Раздел И. История естествознания
103
Создание в 40-х годах XIX в. учения о гомологии, т. е. закономерном изменении свойств органических соеди нений в зависимости от их состава, также способствовало диалектизации естествознания, ибо укрепляло идею взаи мосвязи и единства химических веществ. По утверждению одного из создателей этого учения французского химика Шарля Фредерика Жерара (1816—1856), "... достаточно знать химическую историю одного какого-нибудь члена в гомоло гическом ряду, чтобы a priori вывести историю других чле нов"1.
Еще одним поистине эпохальным событием в химичес кой науке, внесшим большой вклад в процесс диалектиза ции естествознания, стало открытие периодического закона химических элементов. 1 марта 1869 г. выдающийся уче ный-химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) ра зослал русским и иностранным химикам сообщение, кото рое он озаглавил "Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве". В этом сообщении было изложено великое открытие Менделеева: существует за кономерная связь между химическими элементами, которая заключается в том, что свойства элементов изменяются в пе риодической зависимости от их атомных весов. Качествен ные свойства элементов зависят от их количественных свойств, причем это отношение меняется периодически, скачками. Обнаружив эту закономерную связь, Менделеев расположил элементы в естественную систему, в зависимос ти от их родства.
В результате появилась также возможность предвидеть свойства ряда новых, еще не открытых элементов, для ко торых Д. И. Менделеев оставил в таблице пустые места. Первым элементом из предсказанных Менделеевым был эле мент галлий, открытый в 1875 г. За этим последовали от крытия и других элементов. В 1954 г. был открыт "эле мент 101", названный "менделеевиумом" в честь великого русского химика.
1 Цит. по: Келигов М. Ю. Идеи развития в естествознании. Ростов н/Д, 1988. С. 47. . ,--.-•-•
104 Концепции современного естествознания
Из всего вышесказанного следует, что основополагаю щие принципы диалектики — принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи — получили во второй половине XVIII и особенно в XIX вв. мощное естественнонаучное обосно вание.
1.12. Исследования в области электромагнитного поля и начало : крушения механистической картины мира
Механистические взгляды на материальный мир господ ствовали в естествознании не только XVII и XVIII вв., но и почти всего XIX в. В целом природа понималась как гиган тская механическая система, функционирующая по законам классической механики. Считалось, что в силу неумолимой необходимости, действующей в природе, судьба даже отдель ной материальной частицы заранее предрешена на все време на. Ученые-естествоиспытатели видели в классической ме ханике прочную и окончательную основу естествознания.
В предисловии к своему знаменитому труду "Матема тические начала натуральной философии" И. Ньютон выс казал следующую установку на будущее: "Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы, ...ибо многое заставляет меня предполагать, что все эти явления обусловливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел вследствие причин, пока неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга. Так как эти силы неизвестны, то до сих пор попытки фило софов объяснить явления природы оставались бесплодны ми. Я надеюсь, однако, что или этому способу рассужде ния, или другому, более правильному, изложенные здесь основания доставят некоторое освещение."'
1 Цит. по: Бернал Дж. Наука в истории общества. С. 265.
Раздел II. История естествознания
105
Многие естествоиспытатели вслед за Ньютоном стара лись объяснить исходя из начал механики самые различные явления природы. При этом они неправомерно экстрапо лировали законы, установленные лишь для механической сферы явлений, на все процессы окружающего мира. В торжестве законов Ньютона, считавшихся всеобщими и уни версальными, черпали веру в успех ученые, работавшие в астрономии, физике, химии.
Длительное время теории, объяснявшие закономерно сти соединения химических элементов, опирались на идею тяготения между атомами. Уже упоминавшийся выше фран цузский математик и астроном Пьер Симон Лаплас был убеж ден, что к закону всемирного тяготения сводятся все явле ния, известные ученым. Исходя из этого, он работал над созданием, — в дополнение к механике небесной, создан ной Ньютоном, — новой, молекулярной механики, кото рая, по его мнению, была призвана объяснить химические реакции, капиллярные явления, феномен кристаллизации, а также то, почему вещество может быть твердым, жидким пли газообразным. Лаплас видел причины всего этого во взаимном притяжении между молекулами, которое, счи тал он, есть только "видоизменение всемирного тяготения".
Как очередное подтверждение ньютоновского подхода к вопросу об устройстве мира было первоначально воспринято физиками открытие, которое сделал французский военный инженер, впоследствии член Парижской Академии наук Шарль Огюст Кулон (1736—1806). Оказалось, что положи тельный и отрицательный электрические заряды притягива ются друг к другу прямо пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Создавалось впечатление о новой демонстрации права закона всемирного тяготения служить своего рода образцом, уни версальным ответом на любые задачи. Лишь впоследствии стало ясно: впервые появился в науке один из законов элек тромагнетизма. После Кулона открылась возможность пост роения математической теории электрических и магнитных явлений.
106 Концепции современного естествознания
Механистическая картина мира знала только один вид материи — вещество, состоящее из частиц, имеющих массу. В XIX веке к числу свойств частиц стали прибавлять элект рический заряд. И хотя масса, как считалось, была у всех частиц, а заряд — только у некоторых, обладание электри ческим зарядом было признано таким же фундаментальным, важнейшим их свойством, как и масса.
Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791—1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и элект ричеством существует прямая динамическая связь. Тем са мым он впервые объединил электричество и магнетизм, при знай их одной и той же силой природы. В результате в ес тествознании начало утверждаться понимание того, что кро ме вещества, в природе существует еще и поле.
Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831 — 1879). Его основной работой, заключавшей в себе математическую теорию электромагнитного поля, явился "Трактат об электричестве и магнетизме", изданный в 1873 г. Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в урав нениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона.
Но потребовались новые результаты, чтобы теория Мак свелла стала достоянием физики. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Ру дольф Герц (1857—1894). Именно ему по поручению Гельм-гольца (Герц был его любимым учеником) довелось прове рить экспериментально теоретические выводы Максвелла. В 1886 г. Герц продемонстрировал "беспроволочное рас пространение" электромагнитных волн. Он смог также до казать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.
Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. Оценивая этот качественный поворот в миропонимании, А. Эйнштейн и
; ; Раздел II. История естествознания
107
Л. Инфельд писали: "Во второй половине девятнадцатого столетия в физику были введены новые революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механического. Результаты работ Фара дея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину действительности'1!.
С тех пор механистические представления о мире были существенно поколеблены. Ведь любые попытки распрост ранить механические принципы на электрические и магнит ные явления оказались несостоятельными. Поэтому естествоз нание вынуждено было в конце концов отказаться от при знания особой, универсальной роли механики. Механисти ческая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности.
1.13. Четвертая научная революция. Проникновение в глубь материи. Теория относительности и квантовая механика. Окончательное крушение механистической картины мира
Еще в конце XIX в. большинство ученых склонялось к точке зрения, что физическая картина мира в основном по строена и останется в дальнейшем незыблемой. Предстоит уточнять лишь детали. Но в первые десятилетия XX века физические воззрения изменились коренным образом. Зто было следствием "каскада" научных открытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого исторического периода, сх ватывающего последние годы XIX столетия и первые деся тилетия XX века.
В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель (1852—1908) открыл явление самопроизвольного излучение
1 Цит. по: Эйнштейн А. и Инфельд Л. Эволюция физи ки. С. 102.
108 Концепции современного естествознания
урановой соли. Исследуя это явление, он наблюдал разряд наэлектризованных тел под действием указанного излуче ния и установил, что активность препаратов урана остава лась неизменной более года. Однако природа нового явле ния еще не была понята.
В его исследование включились французские физики, супруги Пьер Кюри (1859—1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867—1934). Прежде всего их заинтересовал вопрос: нет ли других веществ, обладающих свойством, аналогичным урану? В 1898 г. были открыты новые элементы, также обладающие свойством испускать "беккерелевы лучи", — по лоний и радий. Это свойство супруги Кюри назвали радио активностью. Их напряженный труд принес щедрые пло ды: с 1898 г. одна за другой стали появляться статьи о по лучении новых радиоактивных веществ.
А годом раньше, в 1897 г., в лаборатории Кавендиша в Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940) открыл первую элементарную частицу — элек трон. В последующих опытах по измерению заряда элект рона и получению отношения этого заряда к массе было об наружено совершенно необычное явление зависимости массы электрона от его скорости. Уяснив, что электроны являют ся составными частями атомов всех веществ, Дж. Дж. Том-сон предложил в 1903 г. первую (электромагнитную) мо дель атома. Согласно этой модели, отрицательно заряжен ные электроны располагаются определенным образом (как бы "плавают") внутри положительно заряженной сферы. Сохранение электронами определенного места в сфере есть результат равновесия между положительным равномерно рас пределенным ее зарядом и отрицательными зарядами элек тронов. Но модель "атома Томсона" просуществовала срав нительно недолго.
В 1911 г. знаменитый английский физик Эрнест Ре-зерфорд (1871—1937) предложил свою модель атома, кото рая получила название планетарной. Появлению этой но вой модели атома предшествовали эксперименты, прово-
Раздел II. История естествознания
109
димые Э. Резерфордом и его учениками, ставшими впо следствии знаменитыми физиками, Гансом Гейгером (1882— 1945) и Эрнстом Марсденом (1889—1970). В результате этих экспериментов, показавших неприемлемость модели атома Дж. Дж. Томсона, было обнаружено, что в атомах суще ствуют ядра — положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами ато мов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре. Исходя из этих новых представлений Резерфорд и выдвинул свое понимание строения атома, которое он об народовал 7 марта 1911 г. на заседании Манчестерского философского общества. По его мнению, атом подобен Солнечной системе: он состоит из ядра и электронов, кото рые обращаются вокруг него'.
Но планетарная модель Резерфорда обнаружила серьез ный недостаток: она оказалась несовместимой с электроди намикой Максвелла. Согласно законам электродинамики, любое тело (частица), имеющее электрический заряд и дви жущееся с ускорением, обязательно должно излучать элект ромагнитную энергию. Но в этом случае электроны очень быстро потеряли бы свою кинетическую энергию и упали на ядро. С этой точки зрения, оставалась непонятной необы чайная устойчивость атомов. Кроме того, в соответствии с законами электродинамики, частота излучаемой электроном электромагнитной энергии должна быть равна частоте соб ственных колебаний электрона в атоме или (что то же) чис лу оборотов электрона вокруг ядра в секунду. Но в этом случае спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывал другое: атомы дают электромагнитное излучение только определенных частот (именно поэтому атом ные спектры называют линейчатыми, т. е. состоящими из вполне определенных линий). Такая определенность
1 Сравнение с Солнечной системой было не случайно: диаметр Солнца (1,4-106 км) почти во столько же раз меньше размеров Сол нечной системы (6-109 км), во сколько размеры ядер (10~12 см) мень ше диаметра атома (10~8 см).
110 Концепции современного естествознания
спектра, его ярко выраженная химическая индивидуальность очень трудно совмещается с универсальностью электрона, заряд и масса которого не зависят от природы атома.
Разрешение этих противоречий выпало на долю извест ного датского физика Нилъса Бора (1885—1962), предло жившего свое представление об атоме. Последнее основы валось на квантовой теории, начало которой было положе но на рубеже XX века немецким физиком Максом Планком (1858—1947). Планк выдвинул гипотезу, гласящую, что испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порция ми — квантами.
Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в каче стве исходной, разработай в 1913 г. квантовую теорию стро ения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в лю бом атоме существует несколько стационарных орбит (стаци онарных состояний) электронов, днигаясь по одной из кото рых эле:.сгрон может существовать, не излучая электромаг нитной энергии; при переходе электрона из одного стацио нарного состояния в другое атом излучает или поглощает пор цию энергии. Причем при переходе электрона на более да лекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома и, наоборот, при переходе электрона на орбиту, более близ кую к ядру, имеет место уменьшение энергии атома.
Предложенная Бором модель атома, которая возникла в результате развития исследований радиоактивного излу чения и квантовой теории, фактически явилась дополнени ем и исправленным вариантом планетарной модели Резер форда. Поэтому в истории атомной физики говорят о кван товой модели атома Резерфорда—Бора.
Следует отметить, что научные заслуги Резерфорда не ограничиваются исследованиями, приведшими к упомяну той планетарной модели атома. Совместно с английским химиком Фредериком Содди (1877—1956) он провел серьез ное изучение радиоактивности. Резерфорд и Содди дали трактовку радиоактивного распада как процесса превраще ния химических элементов из одних в другие. "Неизменяе-
Раздел II. История естествознания ">'<
111
/•««ft;
мость свойств электронов при обычных физических и хими ческих процессах, — писал Н. Бор, — непосредственно объясняется тем, что в таких процессах, хотя связи элект ронов к могут сильно меняться, ядро остается без измене ний. Резерфордом была доказана и взаимная превращае-мость атомных ядер под действием мощных сил. Тем самым Резерфорд открыл совершенно новую область исследований, которую часто называют современной алхимией"1.
Как тут не вспомнить крушение стремлений и надежд многих поколений алхимиков получать одни химические элементы (чаще всего — золото) из других в связи с откры тием во второй половине XVIII века Лавуазье закона неиз менности химических элементов. И вдруг, в начале XX в., оказалось, что в результате радиоактивного распада некото рые элементы самопроизвольно превращаются в другие. Это было поистине научной сенсацией.
Впрочем, наука XX века принесла немало сенсационных открытий, многие из которых совершенно не укладывались в представление обыденного человеческого опыта. Ярким при мером этого может служить теория относительности, создан ная в начапе нашего столетия мало кому известным тогда мыслителем Альбертом Эйнштейном (1879—1955).
В 1905 г. им была создана так называемая специальная теория относительности. В целом теория А. Эйнштейна основыватась на том, что — в отличие от механики И. Нью тона — пространство и время не абсолютны. Они органи чески связаны с материей и между собой. Когда А. Эйнш тейна попросили выразить суть теории относительности в одной, по возможности понятной фразе, он ответил: "Рань ше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся мате рия, то пространство и время сохранились бы, теория от носительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время"2.
1 Еор Н. Атомная физика и человеческое познание. М. 1961. С. 100.
2 Цит. по: Парное Е. И. На перекрестке бесконечностей. М., 1967. С. 294.
112 Концепции современного естествознания
Более подробно о теории относительности сказано в раз деле, посвященном пространственно-временным представ лениям. Мы здесь лишь отметим, что эта теория получила признание далеко не сразу. Специальная теория относитель ности была быстро принята лишь узким кругом известных физиков-теоретиков. Но в 20-х годах, после появления общей теории относительности, этот круг существенно рас ширился. Эйнштейн получил полную поддержку многих выдающихся ученых, работавших в других областях физи ки, но обладавших широкой культурой физического мыш ления.
В то же время существовали и тупая ограниченность в науке, милитаризм и расизм в политике. Не случайно тео рия относительности была встречена в штыки в фашистской Германии, где к хору злобных голосов, отвергших теорию Эйнштейна как "исарийскую", враждебную национально му германскому сознанию, присоединились такие извест ные физики-экспериментаторы, как Ленард и Штарк.
Хотя имя А. Эйнштейна по сей день в массовом созна нии связывается с теорией относительности, эта теория была далеко не единственным его научным достижением. Опи раясь на представление Планка о квантах, Эйнштейн еще в 1905 г. сумел обосновать природу фотоэффекта. Каждый электрон выбивается из металла под действием отдельного светового кванта, или фотона, который при этом теряет свою энергию. Часть этой энергии уходит на разрыв связи электрона с металлом. Эйнштейн показал зависимость энер гии электрона от частоты светового кванта и энергии связи электрона с металлом.
Казалось, что»корпускулярная теория материи торже ствует. Фотон, например, явно имеет корпускулярные свойства (русский физик П. Н. Лебедев даже доказал в 1899 г. существование светового давления). Но вскоре вы яснилось, что определить энергию фотона (частицы света, не обладающей массой покоя) можно было, только пред ставляя его себе в виде волны с соответствующей длиной и частотой. Получалось, что фотон — это одновременно и
Раздел II. История естествознания
113
волна и частица. Распространяется он как волна, излучает ся и поглощается — как частица.
В 1924 г. произошло крупное событие в истории фи зики: французский ученый Луи де Бройлъ выдвинул идею о волновых свойствах материи. "Почему, если волновой ма терии присущи свойства корпускулярности, — писал он, — мы не вправе ожидать и обратного: что корпускулярной ма терии присущи волновые свойства? Почему бы не мог су ществовать закон, единый для всякого вообще материаль ного образования, не важно, волнового или корпускуляр ного?"1
Наиболее убедительное подтверждение существования волновых свойств материи было получено в результате от крытия (наблюдения) дифракции электронов в эксперимен те, поставленном в 1927 г. американскими физиками Клин тоном Дэвиссоном (1881—1958) и Лестером Джермгром (1896—1971). Быстрые электроны, проходя сквозь очень тонкие пластинки металла, вели себя подобно свету, про ходящему мимо малых отверстий или узких щелей. Други ми словами, распределение электронов, отражавшихся от пластинки и летевших лишь по некоторым избранным на правлениям, было таким же, как если бы на пластинку па дал пучок цвета с длиной волны, равной длине волны элек трона, вычисленной по формуле де Бройля.
Экспериментально подтвержденная гипотеза де Бройля превратилась в принципиальную основу, пожалуй, наиболее широкой физической теории — квантовой механики. У объектов микромира, рассматриваемых с ее позиций, обна ружились такие свойства, которые совершенно не имеют ана логий в привычном нам мире. Прежде всего — это корпус -кулярно-волновая двойственность, или дуализм элементар ных частиц (это и корпускулы и волны одновременно, а точ нее — диалектическое единство свойств тех и других). Движе ние микрочастиц в пространстве и времени нельзя отождеств лять с механическим движением макрообъекта. Например,
1 Цит. по: Парное Е. И. На перекрестке бесконечностей. М., 1967. С. 122.
114 Концепции современного естествознания
положение элементарной частицы в пространстве в каждый момент времени не может быть определено с помощью сис темы координат, как для привычных нам тел окружающего мира. Движение микрочастиц подчиняется законам кванто вой механики.
Об абсолютной непригодности законов классической механики в микромире свидетельствует, например, установ ленное видным немецким физиком Вернером Гейзенбергом (1901—1976) соотношение неопределенностей: если извест но место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс (количество движения), и наоборот. Это одно из фундаментальных положений квантовой меха ники. С точки зрения классической механики и просто "здра вого смысла", принцип неопределенности представляется абсурдным. Нам трудно представить себе, как все это мо жет быть "на самом деле".
По этому поводу известный американский физик Рк-чард Фейнман писал следующее: "Раз поведение атомов так не похоже на наш обыденный опыт, то к нему очень трудно привыкнуть. И новичку в науке, и опытному физику — всем оно кажется своеобразным и туманным. Даже большие уче ные не понимают его настолько, как им хотелось бы, и это совершенно естественно, потому что весь непосредствен ный опыт человека, вся его интуиция — все прилагается к крупным телам. Мы знаем, что будет с большим предме том; но именно так мельчайшие тельца не поступают. По этому, изучая их, приходится прибегать к различного рода абстракциям, напрягать воображение и не пытаться связы вать кх с нашим непосредственным опытом"'.
Все вышеизложенные революционные открытия в фи зике перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность в универсальности законов классичес кой механики, ибо разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве массы, о неизменности химических элементов и т. д. Теперь уже вряд ли можно
1 Цит. по: Савельев И. В. Курс общей физики. 2-е изд. М., 1982. Т. 3. С. 65-66. ,.., .
Раздел II. История естествознания
115
найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений. Рождение и развитие атомной физики, таким образом, окончательно сокрушило прежнюю механистичес кую картину мира1.
Вместе с этим закончился прежний, классический этап в развитии естествознания, характерный для эпохи Нового времени. Наступил новый этап неклассического естество знания XX века, характеризующийся, в частности, новы ми, квантово-релятивистскими представлениями о физи ческой реалы-гости.
Вопросы для самоконтроля
1. Что характерно для натурфилософского понимания природы?
2. Когда и при каких обстоятельствах возникает наука?
3. Кому из философов принадлежит первая в европей ской науке попытка дать общекосмологическую картину мира?
4. Назовите основные принципы атомистического уче ния о природе, обоснованные Демокритом.
5. Что включает в себя космология Аристотеля?
6. Каково значения гсоцентристской системы мира, обоснованной Птолемеем?
7. Что такое научная революция? Какие научные рево люции в истории общества вам известны?
8. Расскажите о создании экспериментального естество знания.
9. Покажите роль Ньютона в истории естествознания.
1 Но классическая механика Ньютона при этом не исчезла. По сей день она занимает почетное место среди других естественных наук. С ее помощью, например, рассчитывается движение искусст венных спутников Земли, других космических объектов и т. д. Но трактуется она теперь как частный случай квантовой механики, при менимый для медленных движений и больших масс объектов мак ромира.
116 Концепции современного естествознания
10. В чем сущность диалектизации естествознания?
11. Покажите значение книги Дарвина "Происхожде ние видов".
12. Раскройте содержание закона сохранения и превра щения энергии.
13. Каковы причины крушения механистической кар тины мира?
14. В чем суть теории относительности Альберта Эйн штейна?
Раздел Ш
Элементы современной физики
1. Относительность
1.1. Пространство и время
Одним из первых ощущений младенца после появления на свет, по-видимому, есть неосознанное ощущение направ ления верх — низ, связанное с действием силы тяжести, ко торое постепенно входит в привычку при длительном поло жении на спине в пеленках, и создаются предпосылки для представления о том, что значит направление вперед — на зад. Ощущение перед — зад возникает, когда ребенок начи нает садиться и, тем более, вставать. Наконец, в гораздо более старшем возрасте маленький человечек начинает раз личать правое — левое, а для многих запомнить "правое — левое" (рука, нога, ухо, глаз, щека, плечо, колено и т. п.) требует некоторых усилий (известны взрослые люди, кото рые в этом путаются, как гоголевская девчонка Пелагея).
Описанными или близкими к ним соображениями (и, скорее всего, не только ими) руководствовался Рене Декарт (1596—1650), предлагая систему координат, состоящую из трех взаимно перпендикулярных осей, проходящих через одну точку, называемую началом координат. Оси системы могут быть произвольно ориентированы относительно зем ли, направления силы тяжести, но обычно ось, направ ленную вперед — назад обозначают буквой X и называют абсциссой, вправо-влево — буквой Y — ординатой, и вверх — вниз — буквой Z — аппликатой.
118 Концепции современного естествознания
Таким образом, мы исподволь получили декартово пред ставление пространства трех взаимно перпендикулярных на правлений — трех измерений — трехмерное пространство. Привычка находиться в трехмерном пространстве наряду со стереоскопическим (объемным, благодаря двум глазам) зре нием делает естественным декартово представление. Част ными случаями пространства трех измерений яштяются про странства двух (плоскость) и одного (прямая) измерений, имеющих, соответственно, две и одну ось. Одну ось и пер вую ось двумерного пространства удобно располагать гори зонтально с положительным направлением слева направо в плоскости листа тетради или книги, лежащей на столе, и ее также называют абсциссой, а вторую — перпендикуляр но (под прямым углом) к ней с положительным направле нием вперед от нас (или к нам) называют ординатой.
Математика и философия приводят к обобщениям про странства. Пространство в математике — это логически мыс лимая форма (или структура), служащая средой, в которой осуществляются другие формы и те или иные конструкции. Например, в элементарной геометрии плоскость или про странство служат средой, где строятся разнообразные фи гуры. Математическое обобщение пространства может быть сделано в различных направлениях: таковы, например, век торное пространство, гильбертово пространство, риманово пространство, функциональное пространство, топологичес кое пространство. Эти обобщения — по признаку тех объек тов, которые являются точками пространства. Простейшим обобщением, по-видимому, является переход к числу из мерений более трех — многомерному пространству. Первым шагом к пространству п измерений является 4-мерное про странство.
Но вернемся к нашим детским ощущениям. Примерно к 5 годам ребенок начинает ощущать время, замечая смену дня и ночи — светлого и темного времени в суточных цик лах. Лишь в более старшем возрасте он начинает ощущать течение времени, различая смысл слов — утром, днем, ве чером, ночью, затем — вчера, сегодня, завтра и, нако-
Раздел Ш. Элементы современной физики 119
нец, более точное время, которое узнает по часам, и более длительные отрезки времени — прошлая, текущая, буду щая неделя (месяц, год, пяти-, десяти-, столетие). Таким образом, интуитивное представление о времени создается жизненным опытом по мере осознания его "моментов", от резков между ними и возможности их измерения с помо щью циклических процессов. Еще раньше, сравнивая рас стояния между окружающими вещами, осознаются поня тия "ближе", "дальше", "рядом", сравнение с эталоном длины, принятым за ее единицу, — измерение расстояния.
Подведем некоторые итоги.
Все окружающее существует в пространстве и развива ется во времени. Пространство и время — две стороны про странственно-временного континуума. Время можно изме рять мерой пространства — расстоянием, а расстояние — мерами времени (время, например, может измеряться от носительным положением стрелок на циферблате часов, ка лендарь Робинзона Крузо состоял из зарубок на стволе дере ва, при графическом изображении процессов промежутки времени изображаются отрезками прямой — оси координат времени, кадры кино и видеофильма дают пространствен ную развертку фаз движения изображенных на них персона жей, лента аудиофильма дает последовательность звуков во времени, а расстояние — 5 минут ходьбы от дома до шко лы, от Ростова-на-Дону до Новочеркасска 45 минут езды на автобусе, в астрономии расстояния между звездами изме ряют в световых годах — расстоянием, которое свет в ваку уме проходит за год).
Выделяемая часть пространства (не обязательно конеч ная и ограниченная) образует объект. Выделение и фикса ция во времени части пространства дает состояние объекта. Упорядоченная последовательность состояний объекта со ставляет процесс его развития (жизни, существования) во •времени.
Объект и процесс — две стороны (проекции) объектно-процессного (пространственно-временного) явления как вся кого проявления чего-либо (событие, случай).
120 Концепции современного естествознания
Философия определяет пространство и время как все общие формы существования материи. Пространство и вре мя не существуют вне материи и независимо от нее.
Пространственными характеристиками являются поло жения относительно других тел (координаты тел), расстоя ния между ними, углы между различными пространствен ными направлениями (отдельные объекты характеризуются протяженностью и формой, которые определяются рассто яниями между частями объекта и их ориентацией). Времен ные характеристики — "моменты", в которые происходят явления, продолжительности (длительности) процессов.
Опыт отдельного индивидуума, порядок обучения и потребности повседневной житейской практики отделяют пространство от времени, и лишь с возрастом умудренный человек начинает ощущать их неразрывную связь благодаря субъективному сокращению расстояния — обозримости мно гих явлений и процессов — и возрастному ускорению хода времени.
Описанными житейскими соображениями можно было бы ограничиться при описании свойств пространства-вре мени; их достаточно тем, кто не имеет дела с астрономичес кими масштабами или масштабами внутриатомных и внут риядерных процессов. Однако теперь каждому школьнику даже начальных классов уже известно существование этих процессов, поэтому проследим более тонкие свойства про странства-времени, следуя прекрасному изложению Г. Бон-ди и Дж. Шварца знаменитых открытий величайших физи ков Джеймса Кларка Максвелла (1831—1879) и Альберта Эйнштейна (1879—1955).
1.2. Принципы относительности
Максвелл пришел к замечательному выводу, что изме нения так называемого электромагнитного поля распрост раняются с определенной скоростью, а лабораторные опы ты над электромагнитной индукцией показали, что эта ско-
Раздел III. Элементы современной физики 121
рость равна скорости света. Такое совпадение скорости, най денной из опытов над электромагнитными явлениями в лаборатории, и совершенно независимо измеренной скоро сти света было мощным доводом в пользу электромагнит ной теории света. Теория Максвелла привела к удивитель ному выводу, что свет — это всего лишь частный случай таких движущихся изменений поля, которые всегда явля ются волновыми процессами. Иначе говоря, во всех этих случаях существует период колебаний и длина волны, и вывод Максвелла состоял в том, что все эти возмущения должны распространяться со скоростью света независимо от длины их волны.
Особым случаем применения ультракоротких радиоволн, имеющим огромное значение для военных и мирных целей, является радиолокация. Принцип радиолокации состоит в посылке и последующем приеме отраженного от цели ко роткого импульса излучения. Принятый сигнал дает инфор мацию о расстоянии до цели и о направлении на нее. Что касается последнего, так это просто-напросто то направле ние, в котором мы посылали импульсы и получали отраже ния. Определение расстояния немного сложнее.
Измерению подлежит промежуток времени между ис пусканием и обратным приемом одного и того же импуль са. Поскольку известно, что радиоволны распространяют ся со скоростью света, то, умножая этот промежуток вре мени на скорость света, мы получим всю длину пути, прой денного импульсом, — до цели и обратно — т. е. удвоен ное расстояние до цели. Принцип такого измерения рас стояний интересен тем, что в нем не используется ни ли нейка, ни измерительная рулетка — вообще никакой эталон длины, т. е. можно представить себе, что без этого этало на можно обойтись. Тогда мы могли бы говорить не только о световых годах, но и о световых микросекундах, т. е. расстояниях, которые свет проходит за одну миллионную долю секунды. Эта длина составляет около 300 м, ею впол не удобно!г1ользоваться. Световая миллимикросекунда рав на 1/1000 этой единицы и составляет около 30 см и т. д.
122 Концепции современного естествознания
В данном случае скорость света представляется как естествен ная единица скорости — просто единица. Если предмет дви жется с этой скоростью, то он движется так же быстро, как свет. Все обычные скорости выражались бы в долях от этой стандартной величины. Тогда скорость реактивного само лета равнялась бы одной миллионной, т. с. этот самолет затрачивает на полет между двумя пунктами в миллион раз больше времени, чем свет. Скорость поезда или автомоби ля (около 110 км/ч) составляла бы одну десятимиллион ную. Другими словами, приняв естественный эталон ско рости — скорость света, общество избавилось бы от необхо димости вводить вместе два эталона — и времени и длины, а также пользоваться громоздким значением скорости света как коэффициентом, связывающим время и длину. Необ ходим только один эталон — эталон времени. Последнее приводит к совершенной симметрии осей пространства-вре мени, координаты которых измеряются в одинаковых еди ницах.
С этих позиций мы можем рассматривать эталон време ни как основной, а эталон длины как второстепенный. Та кое представляется разумным, если подумать, из чего на самом деле изготовлены линейки и измерительные рулет ки. Известно, что они состоят из атомов, а их внешняя форма поддерживается электрическими силами, действую щими между этими атомами. У атомов, как известно, есть свои периоды колебаний, и мы называем твердыми те со стояния вещества, в которых, благодаря определенным пе риодам колебаний атомов, между атомами сохраняется одно и то же расстояние, независимо от формы сделанного из этих веществ предмета. Поэтому мы можем утверждать, что на самом деле длина стержня определяется периодом коле баний атомов, составляющих этот стержень, причем вели чина этого периода, как обычно, переведена на язык дли ны с помощью скорости света. И если мы (с полным осно ванием) говорим, что расстояние между атомами в так на зываемых твердых телах соответствуют периодам колебаний этих атомов, то можем также сказать, что эти расстояния,
Раздел III. Элементы современной физики 123
по существу, определены радиолокационными методами. При таком подходе длина становится второстепенным, а время — самым основным понятием, причем скорость све та с необходимостью оказывается равной единице.
Чем вызвано такое особое отношение к свету и его ско рости как к эталону для измерения времени и пространства? Это связано с тем, что свет есть, как уже сказано, электро магнитная волна, или волна электромагнитного поля, яв ляющегося формой материи. Световой волне для распрост ранения не требуется специальной материальной среды — "эфира" (как морским волнам нужна вода, звуку — воздух, вода или твердое тело). Свет, его электромагнитная волна — сама эта материальная среду, которая с постоянной ско ростью с (раиной около 3GOOOQ км/с) распространяется в пустоте, вакууме. Причем скорость света не зависит от дви жения источника света или наблюдателя. Это утверждение обычно называют принципом относительности. Оно впер вые было отчетливо сформулировано Эйнштейном в 1905 г. Более ранние формулировки были даны Гендриком Ан тоном Лоренцам (1853—1928) и Жюлем Анри Пуанкаре (1854-1912).
Постоянство скорости света, позволяющее считать ее эталоном, установлено в 1881 г. в опыте, поставленном Аль бертом Абрагамом Маикельсопом (1852—1931) при участии Эдварда У. Марли (1838—1923). Идея эксперимента была весьма проста. Земля движется по орбите вокруг Солнца со скоростью v около 30 км/с. Если бы мировое пространство действительно заполняло эфир, Земля продвигалась бы в "эфирном море" подобно самолету в воздухе. Световой луч, направленный вдоль движения Земли, должен был бы ис пытывать своего рода "встречный ветер". По отношению к Земле этот луч распространялся бы со скоростью c-v, а в про тивоположном направлении луч двигался бы со скоростью c+v. Поскольку различия во времени распространения дол жны были быть крайне малы, Майкельсон в 1887 г. в Клив ленде с величайшей тщательностью провел новый экспери мент. Очень точное сравнение указанных скоростей (с помо-
124 Концепции современного естествознания
щью интерференционных методов) показало, что скорость света не зависит от взаимного движения источника света и наблюдателя, т. е. эфира не существует.
Принцип постоянства скорости света наряду с принци пом, что во всех движущихся с постоянной скоростью (рав номерно) и прямолинейно друг относительно друга (инер-циальных) системах справедливы одинаковые законы при роды, легли в основу специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, опубликованную в 1905 г. в статье "К электродинамике движущихся тел". Постоянство скорости света и одинаковость законов природы порождают удиви тельные следствия (противоречащие, на первый взгляд, здравому смыслу) и симметрии в описании этих законов.
Помимо относительности расположения, движения и покоя наблюдателей различных инерциальных систем из двух указанных принципов (постулатов) следует относительность одновременности событий, времени (длительности) про цессов, размеров объектов и их масс. Более того, правило сложения скоростей, порождаемое СТО, приводит к пре дельности (максимальности) скорости света для объектов, движущихся с досветовыми скоростями.
Симметрия математического описания физических яв лений и процессов при точной словесной интерпретации звучит так: если частица движется со скоростью, меньшей (большей) с в одной инерциальной системе отсчета, то тог да она движется со скоростью, меньшей (большей) с во всех инерциальных системах отсчета. (Относительная скорость инерциальных систем отсчета по определению меньше или равна с.) Таким образом, скорость света является барьером в двух смыслах. В соответствии с симметрией релятивист ского выражения для сложения скоростей скорость с — вер хний (нижний) предел для частицы, движущейся со суб световой (сверхсветовой) скоростью. Некоторые физики высказывали предположение о фантастических свойствах "тахионов" (это наименование гипотетических частиц, дви жущихся со сверхсветовой скоростью, было предложено Джеральдом Фейнбергом (род. 1933). Тахионы могут появ-
Раздел!!!. Элементы современной физики 125
ляться в нашем уютном субсветовом мире лишь в том слу чае, когда они образуются парами (симметрия!), поэтому физика тахионов относится к квантовой теории поля. Кван товая теория свободных тахионов уже получила некоторое развитие, ко теоретическое описание взаимодействий с уча стием тахионов пока еще остается открытой проблемой.
Читатель мог уже заметить, что соображения симметрии играют большую роль в жизни и, естественно, в ее описа нии, тем более в совершенном математическом описании, которым пользуется теоретическая физика. История создания математического описания симметрии, ее видов связана с высшими разделами алгебры, одним из которых является те ория групп. Важнейший результат в теоретической физике связан с именем выдающейся женщины-математика Амали Эмми Нетер (Noether) (1882-1935).
1.3. Принципы симметрии
В 1918 г. Нетер доказала фундаментальную теорему, носящую теперь ее имя. Эта замечательная теорема Нетер утверждает, что существование любой конкретной симмет рии — в пространстве-времени, степенях свободы элемен тарных частиц и физических полей — приводит к соответ ствующему закону сохранения, причем из этой же теоремы следует и конкретная структура сохраняющейся величины. Согласно теореме Нетер, из инвариантности относительно сдвига во времени — сдвиговая симметрия — (что выражает физическое свойство равноправия всех моментов времени — однородность времени) следует закон сохранения энер гии; относительно пространственных сдвигов (свойство рав ноправия всех точек пространства — однородность простран ства) — закон сохранения импульса или количества движе ния; относительно пространственного вращения — осевая симметрия (свойство равноправия всех направлений в про странстве — изотропность пространства) — закон сохране ния момента количества движения и другие (электрический
126 Концепции современного естествознания
заряд, обобщенный закон движения центра масс релятиви стской системы), подчиняющиеся законам сохранения.
Теорема Нетер дает наиболее простой и универсальный метод получения законов сохранения в классической и кван товой механике, теории поля и т. д. Особенно важное зна чение имеет теорема Нетер в квантовой теории поля, где законы сохранения, вытекающие из существования опре деленной группы симметрии, являются часто основным ис точником информации о свойствах изучаемых объектов.
Свойства симметрии относятся к числу самых основных, коренных свойств физических систем. Большая часть теории элементарных частиц построена на анализе именно этих свойств. Понятия частицы и античастицы, идеи, связан ные с проблемами четности, обратимости времени, и мно гое другое — в oci юпс всего этого лежат представления о сим метрии, о математической формулировке конкретных сим метрии. В этом смысле современная физика идет по пути, проложенному геометрией. Только в физике симметрии "ра ботают", пожалуй, еще интенсивнее.
Симметрии мы можем наблюдать повсюду: и в окружа ющем нас материальном мире и, например, в искусстве сти хосложения. В средние века в Европе были распростране ны трубадуры — поэты и музыканты, певцы, проводив шие строго регламентированные состязания, складывающи еся почти что в ритуал. В частности, трубадуры создали очень жесткую стихотворную форму — секстину. Особен ность этой стихотворной формы состоит в том, что она вклю чает шесть строф, каждая из которых в свою очередь содер жит шесть строк; отсюда и ее название — секстина, причем из строфы в строфу без всякого изменения перекочевывают одни и те же рифмующиеся слова. Но расположение их ме няется, и в законе этой перестановки заключается суть сим метрии секстины. Если обозначить рифмующиеся слова (последние слова строк) первой строфы как 1, 2, 3, 4, 5, 6, то во второй строфе они расположатся в новом порядке: 6, 1, 5, 2, 4, 3. Аналогичен переход от второй строфы к третьей и т. д. После шестой строфы рифмующиеся слова
Раздел III. Элементы современной физики 127
должны были бы снова занять те положения, которые они имели в первой строфе.
В русском переводе — даже знаменитом Валентины Дынник для 23 тома "Библиотеки всемирной литературы"
— отсутствует перевод секстины из песен трубадуров, по этому воспользуемся секстиной русского поэта Л. А. Мея (1822—1862), написанной в 1851 году.
® Опять, опять звучит в душе моей унылой -Знакомый голосок, и действенная тень ^,q Опять передо мной с неотразимой силой . _:^
*"*';* Из мрака прошлого встает, как ясный день; ^., Но тщетно памятью ты вызван, призрак милый! .. Я устарел: и жить и чувствовать — мне лень.
@ Давно с моей душой сроднилась эта лень, Как ветер с осенью угрюмой и унылой, Как взгляд влюбленного с приветным взглядом милой, Как с бором вековым таинственная тень: Она гнетет меня и каждый Божий день , Овладевает мной все с новой, с новой силой.
® Порою сердце вдруг забьется прежней силой; Порой спадут с души могильный сон и лень; Сквозь ночи вечные проглянет светлый день: Я оживу на миг и песнею унылой Стараюсь разогнать докучливую тень, 7 Но краток этот миг, нечаянный и милый... ' ; ;
г<® Куда ж сокрылись вы, дни молодости милой, ,
-К Когда кипела жизнь неукротимой силой,
Когда печаль и грусть скользили, словно тень, .•• По сердцу юному, и тягостная лень * Еще не гнездилась в душе моей унылой, И новым красным днем сменялся красный день?
ч,® Увы!., пришел и он,тот незабвенный день, " День расставания с былою жизнью милой... По морю жизни я, усталый и унылый, • Плыву... меня волна неведомою силой •
128 Концепции современного естествознания
Несет — Бог весть куда, а только плыть мне лень, ш И все вокруг меня — густая мгла и тень. ,ь ; ?
© Зачем же, разогнав привычную мне тень, ' * Сквозь ночи вечные проглянул светлый день? Зачем, когда и жить и чувствовать мне лень, Опять передо мной явился призрак милый, И голосок его с неотразимой силой Опять звучит в душе моей унылой?
Обозначая последние слова строк первой строфы: уны лой, тень, силой день, милый, лень соответственно чис лами: 1, 2, 3, 4, 5, 6, замечаем, что во второй строфе они переходят (переставляются, отображаются, подставля ются) в порядке 6, 1, 5, 2, 4, 3.
В теории групп такая подстановка, или перестановка, или отображение изображается кратко в виде таблицы:
(123456 \ 615243 ) ;•]•• *.Wf.^ -,'.
Для дальнейшего обозначим эту перестЙГОВ&у лШинс-кой буквой а.
Тождественное отображение:
123456
123456
осуществляемое подстановкой слов, обозначенных номера ми строк, от 1 до 6 первой строфы (номер слова совпадает с номером строки в строфе) обозначим числом 0. Таким об разом, в 0-м и остальных отображениях верхняя строка чи сел обозначает номера строк, а нижняя — номера указан ных слов. В подстановке а эти номера, очевидно, раз личны, и можно говорить, что 1-е слово переходит в 6-е, 2-е — в 1-е, 3-е — в 5-е, 4-е — во 2-е, 5-е — в 4-е и 6-е — в 3-е.
Третья строфа дает подстановку (перестановку, отобра жение)
123456
364125
от
Раздел III. Элементы современной физики 129
которая представляет собой сумму подстановок а+а = 2а, где под суммой понимается суперпозиция, или композиция, или последовательное выполнение двух подстановок а. В подробной записи это:
/ 123456 \/ 123456 \ /123456 Ч ^615243 ^ + ^615243 )~ ^364125 )
или словами: 1-е слагаемое переводит 1-е слово в 6-е, 2-е слагаемое переводит 6-е слово в 3-е, т. е. оба слагае мых (сумма) переводят 1-е слово в 3-е, образуя цепочку
1 — 6 — 3 = 1 — 3, аналогично для 2-го слова 2 — 1 — 6 =
2 — 6, для 3-го 3 — 5 — 4 = 3 — 4, для 4-го 4 — 2—1 = 4—1, для 5-го 5 — 4 — 2 = 5 — 2 и, наконец, для 6-го 6 — 3 — 5 = 6 — 5. Естественно, подстановку 3-ей строфы удобно обо значить через 2а.
Строфы 4-я, 5-я и 6-я соответствуют подстановкам
/123456 \ /123456 \ / 1 ^532614 )' ^451362 )п\ 2
23456
246531
2а + а = За, За + а = 4я и 4я + а = 5а.
Если продолжить, 5а + а = 6а, но 6а = О, далее 6а + а = 0 + а = аит. д., подстановки начнут цикличес ки повторяться. Полученное не случайно. Множество из 6 подстанок 0, а, 2а, За, 4а, 5а образует группу с операци ей суперпозиции в качестве групповой операции. Группа яв ляется коммутативной (перестановочной), так как группо вая операция "+" так же коммутативна, как и обычное сло жение. Как уже сказано, группа является циклической с единственной образующей а и единственным определяю щим ее соотношением 6а = 0.
Эта группа тождественна группе вращений правильно го шестиугольника в его плоскости вокруг его центра. Дру гими словами, если поставить в соответствие вершинам этого шестиугольника строфы секстины или элементы группы
5. Зак. 251
130 Концепции современного естествознания
О, а, 2а, ..., 5а, то движение последовательно вдоль его вершин, отвечающее добавлению па, приводит к одной из его вершин, т. е. других постановок при данном значении а ке существует. Теоретико-групповой анализ свойств сек стины можно было бы продолжить, так как ее порядок 6 не простое число и имеет делители 2 и 3, а группа имеет под группы и т. д.
Эта форма при всей ее сложности гибка и динамична. Однако здесь мы говорим о ней лишь как о примере симмет рии, отнюдь не чуждой физике. Наиболее близки к сексти не кристаллографические симметрии; самым емким, удоб ным и простым языком для выражения симметрии оказался язык теории групп.
1.4. Законы сохранения
Эти законы, являющиеся фундаментом современной физики, уже перечислены в предыдущем пункте. Пример их развернутой формулировки можно прочесть в разделе "Закон сохранения энергии в макроскопических процессах".
'1.5. Необратимость времени ovi ж т
Следует отличать асимметрию времени, которая не есть свойство самого времени, а есть структурное свойство са мой реальной физической системы (сгорание спички, ржав ление металла) от течения или движения психологического времени (свойства, которое прежде — психологически — казалось присущим самому времени), что на протяжении поколений вызывала путаницу и недоразумения в отноше нии природы асимметрии времени. Один из аспектов асим метрии времени описан в разделе "Принцип возрастания эн тропии". Однако существует вид временной асимметрии, которая, вероятно, не обладает непосредственно термоди намической природой. Так, радиоволны испускаются пе-
Раздел III. Элементы современной физики 131
редатчиком и распространяются в пространстве со скорос тью света. По-видимому, обратный процесс, когда радио волны сходятся в радиоустановке, вообще исключен. Про ще говоря, радиопередача никогда не бывает принята до своего отправления, а только после. На основе термодина мики нельзя непосредственно понять асимметрию этого и других волновых процессов.
Вопросы для самоконтроля - _
1. В чем сходство и различие пространственных и вре менных координат?
2. Что следует из постоянства скорости света?
3. Почему удобно в качестве эталона использовать ско рость света?
4. Что доказывает теорема Нетер?
5. Приведите примеры симметричных объектов и ви дов симметрии.
6. Сформулируйте известные вам законы сохранения.
7. Перечислите связь законов сохранения с отвечаю щими им симметриями.
8. Поясните различие между асимметрией времени и его направленностью — течением.
2. Структура материи и системы
2.1. Взаимодействия
Около 60 лет назад считалось, что существует только четыре элементарные частицы — протон, нейтрон, элект рон и фотон. Однако с тех пор в течение довольно коротко го времени были открыты не только новые элементарные частицы, но и многочисленные процессы их взаимных пре-
5*
132 Концепции современного естествознания
вращений. Элементарные частицы образуют одно тесное не разделимое сообщество. Существование одной частицы так или иначе связано с наличием другой.
Для обозначения всех этих многообразных связей физи ки используют понятие "взаимодействие". Этот термин дос таточно конкретный, но, с другой стороны, весьма широ кий. Независимо от того, притягиваются ли частицы между собой, отталкиваются или распадаются на другие частицы, — они "взаимодействуют" друг с другом.
Современная физика знает четыре силы, существующие в природе, и, соответственно, четыре типа взаимодействия. Первая, которая порождает так называемое сильное взаимо действие, действует на крайне коротких расстояниях (около 10'15 м) между частицами в атомных ядрах и обеспечивает "склейку" ядер. Другая, более слабая сила (в 10й раз, чем сильная), вызывающая слабое взаимодействие, также воз никает между субатомными частицами (обуславливает бета-распад). Электромагнитное взаимодействие примерно в 100 раз слабее сильного, зато радиус его практически не ог раничен. Наконец, гравитация — наиболее слабый вид вза имодействия: его интенсивность составляет всего лишь 10~43 от интенсивности электромагнитного взаимодействия. Это взаимодействие, по-видимому, не играет никакой роли в мире элементарных частиц. Однако не исключено, что его истин ное значение нам просто неизвестно.
Итак, весьма отчетливо прослеживаются границы на ших сегодняшних знаний. Нам известно много деталей, правил и законов, однако нет еще полной общей картины всех видов взааимодействий.
2.2. Близкодействие, дальнодействие
Близкодействие и дальнодействие — это взаимно про тивоположные взгляды для объяснения взаимодействия фи зических объектов. По концепции близкодействия любое воздействие на материальные объекты может быть передано
Раздел III. Элементы современной физики 133
только между соседними точками пространства за конечный промежуток времени. Дальнодействие допускает действие на расстоянии с мгновенной скоростью, т. е. фактически вне времени и пространства. После Ньютона эта концеп ция получает широкое распространение в физике, хотя он сам и понимал, что введенные им силы дальнодействия (на пример, силы тяготения) являются лишь формальным при ближенным приемом, позволяющим дать верное в некото рых пределах описание наблюдаемых явлений. Окончатель ное утверждение принципа близкодействия пришло с вы работкой концепции физического поля как материальной среды. Уравнения поля описывают состояние системы в данной точке в данный момент времени как зависящее от состояния в ближайший предшествующий момент в ближай шей соседней точке.
2.3. Состояния1
Из обыденной жизни и школьной физики хорошо из вестно, что одно и то же вещество может находиться в раз личных состояниях — так называемых агрегатных состояни ях. Например, вода может находиться в твердом — лед, жидком и газообразном — пар — состояниях. Переходы между агрегатными состояниями сопровождаются скачко образным изменением ряда физических свойств, таких как плотность, энтропия и пр. Помимо газообразного, жид кого и твердого агрегатных состояний иногда рассматрива ют еще плазменное состояние. Возможность вещества на ходиться в нескольких агрегатных состояниях обусловлена различиями в тепловом движении его молекул или атомов и в их взаимодействии.
В газообразном состоянии вещества кинетическая энер гия теплового движения его частиц: молекул, атомов, ионов — значительно превосходит потенциальную энергию взаи-
1 Об энергетических орбитальных состояниях электронов в атоме см. предыдущий раздел 2.
134 Концепции современного естествознания
модействия между ними, поэтому частицы движутся отно сительно свободно, равномерно заполняя при отсутствии внешних полей весь имеющийся для них объем.
В жидком состоянии вещества содержат в себе черты как твердого состояния, такие как сохранение объема, проч ность на разрыв, так и газообразного — изменчивость фор мы. Жидкости характерен так называемый ближний поря док в расположении частиц — молекул, атомов — малое от личие в кинетической энергии теплового движения моле кул и их потенциальной энергии взаимодействия.
Ближний порядок состоит в согласованности располо жения соседних частиц в веществе, который соблюдается (в отличие от дальнего порядка) на малых расстояниях, срав нимых с размерами самих частиц. Кроме жидкостей ближ ний порядок характерен также для твердых аморфных тел. Дальним порядком характеризуются кристаллы, которым от вечает строгая повторяемость но всех направлениях (сдвиго вая симметрия) одного и того же структурного элемента (ато ма, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении со тен и тысяч периодов кристаллической решетки. В некото рых веществах наблюдается также упорядоченность в ориен тации молекул (например, в жидких кристаллах), магнит ных моментов, электрических дилольных моментов.
Тепловое движение молекул жидкости состоит из коле баний около положений равновесия и сравнительно редких скачкообразных переходов из одного равновесного положе ния в другое, с которыми связана текучесть жидкостей. От метим здесь свойство сверхтекучести квантовой жидкости — жидкого гелия, открытое П. Л. Капицей в 1938 г., заклю чающееся в протекании без внутреннего трения (вязкости) через узкие щели, капилляры и т. п. при низких темпера турах (ниже 1,17 К).
В твердом состоянии вещества отличаются большой ста бильностью формы и характером теплового движения ато мов, которые совершают малые колебания около положе ния равновесия. Различают, как уже упоминалось, крис таллические и аморфные твердые тела. В первых существу-
Раздел III. Элементы современной физики 135
ет пространственная периодичность в расположении поло жений равновесия атомов. В аморфных твердых телах ато мы колеблются около хаотически расположенных точек. Устойчивым состоянием твердого тела является кристалли ческое.
Различают твердые тела с ионной, ковалентной. ме таллической и др. типами связи между атомами, что обус ловливает разнообразие их физических свойств. Электри ческие и некоторые другие свойства твердых тел в основном определяются характером движения внешних электронов его атомов. По электрическим свойствам твердые тела делятся на диэлектрики, полупроводники и металлы, по магнит ным — на диамагнетики, парамагнетики и тела с упорядо ченной магнитной структурой. Исследования свойств твер дого тела объединились в большую область физики — физи ку твердого тела, развитие которой стимулируется потреб ностями техники. •-•-••;.
2.4. Принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности
Эти три принципа являются одними из основополага ющих принципов теоретической физики.
Принцип суперпозиции в классической физике позво ляет получать результирующий эффект от наложения (су перпозиции) нескольких независимых воздействий как сум му эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдель ности. Он справедлив для систем или полей, описываемых линейными уравнениями; очень важен в механике, теории колебаний и волновой теории физических полей. В кван товой механике принцип суперпозиции относится к волно вым функциям: если физическая система может находиться в состояниях, описываемых двумя или несколькими волно выми функциями, то она может также находиться в состо янии, описываемом любой линейной комбинацией этих функций. >
136 Концепции современного естествознания
Принцип неопределенности представляет собой фунда ментальное положение квантовой теории, состоящее в том, что характеризующие физическую систему так называемые дополнительные физические величины (например, коорди ната и импульс) не могут одновременно принимать точные значения. Он отражает двойственную корпускулярно-вол-новую природу элементарных частиц и теоретико-вероятно стное, статистическое описание их взаимодействий. По грешности, неточности, ошибки при одновременном оп ределении в эксперименте дополнительных величин связа ны соотношением неопределенностей, установленным в 1925 г. Вернером Гейзенбергом (1901—1976). Соотношение неопределенностей состоит в том, что произведение неточ ностей любых пар дополнительных величин (например, ко ординаты и проекции импульса на нее, энергии и време ни) определяется постоянной Планка — квантом действия — /г = 6,626 • 10'34 Дж-с, названной в честь Макса Карла Эрн ста Людвига Планка (1858—1947).
Согласно принципу дополнительности, сформулирован ному Нилъсом Хенриком Давидом Бором (1885—1962), при экспериментальном исследовании микрообъекта могут быть получены точные данные либо о его энергиях и импульсах, либо о поведении в пространстве и времени. Энергетичес ки-импульсная и пространственно-временная характеристи ки, получаемые при взаимодействии микрообъекта с соот ветствующими измерительными приборами, "дополняют" друг друга. Этот принцип стал краеугольным камнем кван товой механики.
2.5. Динамические (детерминированные — предопределенные) и статистические закономерности в природе
Существенной особенностью движения отдельной час тицы газа является его полная нерегулярность. Каждая ча стица движется по беспорядочно запутанным зигзагообраз-
Раздел III. Элементы современной физики 137
ным траекториям. Подобно путнику, заблудившемуся в пу стыне, она не в состоянии выбрать какое-либо определен ное направление. Несчастный на исходе сил после долгих поисков пути может даже вновь вернуться в исходную точ ку. У молекул исход дела более благоприятный. С течением времени они все же смещаются в некотором направлении, причем среднее значение смещения можно подсчитать. В течение часа молекула воздуха проходит примерно около по луметра, но выбор направления по-прежнему остается де лом чистого случая.
Однако именно это полное "незнание" в каждом отдель ном случае приводит к совершенно определенным законо мерностям статистического характера для совокупностей ча стиц. На основании изучения массовых случайных явлений был создан метод их математического описания — теория вероятностей и теория случайных функций (процессов). В их основе лежат вполне определенные детерминированные правила действий со средними величинами, характеризую щими массовые случайные явления.
"Только благодаря господству случая мы могли сделать определенные выводы!" — сказал Анри Пуанкаре. Весьма удивительно, что в этом вопросе Эйнштейн всегда был на строен скептически. Ведь именно он сделал важный вклад в теорию молекулярного движения, вычислив среднее сме щение и собственное вращение молекул при соударениях, а также изучив другие тонкие процессы. И тем не менее Эйн штейн считал, что использование теории вероятностей в физике имеет лишь временный характер и на ее место долж ны прийти более точные и тонкие методы. "Господь Бог не играет в кости", — говорил Эйнштейн.
В определенном смысле с Эйнштейном можно согла ситься. Например, при изучении броуновского движения можно без труда проследить траекторию взвешенной части цы и даже снять ее на пленку. Граница между такими час тицами и гигантскими молекулами органических соедине ний весьма неопределенна. Как показал Мариан Риттер Смо-луховский (1872—1917), а позже и другие, оба типа частиц
138 Концепции современного естествознания
подчиняются одним и тем же законам кинетической теории газов. Однако мы просто избегаем вопроса о статистичес ких законах. Там, где речь вдет о движении отдельных тел, например, планет, подчиняющихся известным детермини рованным — предопределенным — законам механики, при нято говорить о динамических закономерностях. Динами ческий закон описывает возможность, которая с необходи мостью должна реализоваться. В отличие от него статисти ческий закон определяет широкий диапазон возможностей для поведения элемента, отдельно взятого из большой со вокупности. Каждый отдельный элемент должен реализо вать одну из этих возможностей, однако какую именно, с точки зрения статистического закона, безразлично. Он лишь приписывает определенную вероятность каждому из возмож ных видев случайного поведения. Тем самым статистичес кие законы описывают поведение всей совокупности лишь в целом.
2.6. Самоорганизация в живой и неживой природе
Классификация, моделирование и кибернетическая си стематизация явлений — объектов и процессов в живой и неживой природе, изучение их структуры привели к поня тию самоприспосабливающейся, или адаптивной, системы. Эти системы сохраняют работоспособность при неопреде ленных изменениях свойств управляемого объекта, целей уп равления или окружающей среды путем смены алгоритма функционирования или поиска оптимальных состояний. Развитой способностью к адаптации обладают, например, все живые организмы; у большинства систем автоматичес кого управления предусмотрена возможность приспосабли ваться (в определенных пределах) к изменяющимся услови ям функционирования. По способу адаптации различают самонастраивающиеся, самообучающиеся и самоорганизующи еся системы.
Раздел III. Элементы современной физики 139
В самонастраивающихся системах накопление опыта (запоминание информации) выражается в изменении зна чений тех или иных параметров, в самоорганизующихся — в изменении структуры системы. Запоминание информа ции в кибернетических системах может производиться дву мя основными способами — либо за счет изменения состо яний элементов системы, либо за счет изменения структу ры системы (возможен, разумеется, и смешанный вариант). Между этими двумя видами памяти, по существу, нет прин ципиального различия. В большинстве случаев это разли чие зависит лишь от принятого подхода к списанию систе мы. Например, одна из современных теорий объясняет дол говременную память человека изменениями проводимости синаптических контактов, т. е. связей между отдельными составляющими мозг нейронами. Если в качестве элемен тов, составляющих мозг, рассматриваются лишь сами ней роны, то изменение синаптических контактов следует рас сматривать как изменение структуры мозга. Если же наряду с нейронами в число составляющих мозг элементов вклю чить и все синаптические контакты (независимо от их про водимости), то рассматриваемое явление сведется к изме нению состояний элементов при неизменной структуре сис темы.
Практически самонастройка обычно связывается с из менениями небольшого числа непрерывных параметров си стемы. В случае же глубоких изменений структуры программ (например, для персональных компьютеров), которые мож но трактовать как изменения состояний большого числа дис кретных элементов памяти, их более естественно рассмат ривать как пример самоорганизации.
Вопросы для самоконтроля
1. Чем отличаются четыре вида взаимодействий?
.,,,; 2. Как сказывается конечность скорости света на кон цепции близкодействия?
140 Концепции современного естествознания
3. Какие агрегатные состояния материи вам известны?
4. Чем занимается физика твердого тела?
5. Приведите примеры использования принципа супер позиции.
6. Что следует из принципа неопределенности?
7. Какими главными свойствами обладают два основ ных типа закономерностей?
8. Укажите основные особенности самонастраивающих ся систем. Приведите примеры таких систем.
3. Закон сохранения энергии в макроскопических процессах
Энергией называется единая мера различных форм дви жения. Мы так часто пользуемся этим термином в своей повседневной жизни, что не задумываемся о том централь ном месте, которое занимает это понятие в структуре со временного естествознания, являясь, по существу, фунда ментом всего здания современной физики.
Энергия проявляется во множестве различных форм. Обыкновенная заводная игрушка, с которой связано наше детство, обладает энергией. Энергия приводит в движение автомобиль, обогревает дома, дает возможность производить всевозможные изделия, добывать необходимые полезные ископаемые, изготавливать удобрения и т. д. Мы уже при выкли к рекламным роликам и знаем, что нам покупать на прилавках магазинов, чтобы в стольких-то калориях полу чить "свежее дыхание" или "заряд бодрости на целый день". Кусочек шоколада, булка хлеба и другие продукты питания обладают энергией. Весной все вокруг зеленеет и расцвета ет, и это тоже следствие того, что растения потребляют
Раздел III. Элементы современной физики 141
солнечную энергию. Все живое вокруг, чтобы жить, обяза тельно должно потреблять энергию.
Нашим однопланетянам повезло. Потому что без энер гии, излучаемой Солнцем, не было бы жизни на планете Земля. Миллиарды лет назад Солнце пробудило жизнь на Земле и неустанно поддерживало ее, щедро посылая нам свою энергию. Однако подобное расточительство когда-либо окончится, запасы водорода, обеспечивающие протекание реакций термоядерного синтеза на Солнце, в конце концов иссякнут. Перед человечеством неизбежно возникнет проблема переселения, возможно, даже в другую галакти ку. Важно найти звезду, более молодую, и разместиться на удобной планете неподалеку от нее. Думать об этом не мешало бы уже сейчас. Вот почему проблема освоения кос моса является глобальной проблемой, стоящей перед чело вечеством.
Но все это задачи далекого будущего. А сегодня нас вол нует вопрос использования энергетических ресурсов Земли. Мы постоянно слышим, что цивилизация человеческого об щества связана с все увеличивающимся ростом потребления энергии. Запасы топлива — нефти, угля, древесины и дру гих — не безграничны. И на повестку дня ставится вопрос о дальнейшем развитии атомной энергетики.
Мы с удовольствием характеризуем известных нам лю дей, говоря: "Очень энергичный молодой человек" или "С вашей-то энергией горы своротить можно".
Итак, энергия проявляется во всех этих формах. Соб ственно, само понятие энергии было выработано именно в поисках связей между различными формами движения ма терии. Переход энергии из одной формы в другую означа ет, что энергия в данной ее форме исчезает, превращается в энергию в иной форме. И вот тут-то кроется самое глав ное, что определяет энергию как фундаментальное понятие естествознания. Оказывается, что при любых процессах, про исходящих в изолированной системе, полная энергия сис темы не изменяется, то есть переход энергии из одной фор мы в другую происходит с соблюдением количественной
142
Концепции современного естествознания
эквивалентное™. Для количественной характеристики раз личны?; форм движения вводятся соответствующие им виды энергия: механическая, внутренняя (тепловая), электромаг нитная, химическая, ядерная и т. д. Закон сохранения энергии — закон, управляющий всеми явлениями приро ды; исключений из него науке неизвестно.
- 3.1. "Живая сила" —— - - . - • • :• •:-^---- ,
Характерно, что само формирование понятия энергии, которое является центральным понятием в физике, есть вме сте с тем история открытия закона сохранения и превраще ния энергии. Так что в структуру физической теории поня тие энергии вошло лишь к середине XIX века.
Термин "^vspycia " |J качестве физического понятия встречается у Аристотеля. Аристотель был первым антич ным философом, создавшим понятийный аппарат для оп ределения того, что есть движение. Движение трактуется Аристотелем как средний термин, как переход от возмож ности к действительности, от потенции к деятельности. Термин "^vspvcia " употребляется Аристотелем для характе ристики деятельности по осуществлению способности, то есть переход потенции в ее реализацию, деятельность (на пример, строительство). Можно было бы сделать вывод о том, что прямой связи между "^vep-ysia " Аристотеля и со временным содержанием этого понятия нет. Однако суще ственным является то, что "^vepysia " появляется у Аристо теля именно в связи с попыткой охарактеризовать движе ние в качестве общей категории, описывающей все виды, роды движения.
Само представление о превращениях различных видов движения, неуничтожимое™ движения содержится и в древней мифологии, и в философии Древней Греции и Востока. Идея о неуничтожимое™ и несотворимости дви жения возродилась в Новое время и стала принимать более определенные, научные формы в XVII веке.
Раздел (I!. Элементы современной физики 143
В связи с изучением механического движения и фор мирования механистической исследовательской программы мысль о неуничтожимое™ и несотворимости движения была первоначально сведена к представлению о несотворимости и неуничтожимое™ именно механического движения. Изу чение механического движения сразу же привело к дилем ме, какой величиной — тVили mV2 — следует измерять механическое движение, и какая из этих величин сохраня ется в процессе взаимодействия тел? Здесь т означает массу тела, а величина V — скорость тела. Величина т V введена Декартом и названа им количеством движения. Величина mV2 введена Лейбницем и названа "живой силой" — "vis viva", хотя еще ранее в теории упругого удара Гюйгенсом и Вреном было установлено сохранение величины т V2. Что бы проследить генезис этих понятий в физике, рассмотрим случай удара двух, например, бильярдных шаров. Два шара массами т} и т2 движутся со скоростями F; и V2 и сталкива ются. Скажем, первый шар догоняет второй. После удара они движутся уже с другими скоростями U] и U2. Спраши вается, что сохраняется при взаимодействии шаров.
Декарт утверждал, что справедливо следующее равен ство:
Гюйгенс, Лейбниц и ряд других ученых считали, что Охраняется "живая сила" и справедливо равенство:
уг; ffi,V,2+m2V22=m1U12+m2U22.
Здесь Ui и U2 — скорости шаров после удара.
Между последователями Декарта и Лейбница возник спор о том, какому из понятий следует отдать предпочтение при изучении механического движения, какая из величин сохранятся в процессе взаимодействия — количество дви жения или "живая сила?" Разрешение этой полемики по следовало только с открытием закона сохранения при пре вращении механической энергии в другие формы движе ния. При исследовании удара двух тел было установлено не
144 Концепции современного естествознания
только сохранение "живой силы" в случае упругого удара, но и потеря ее при неупругом ударе. Приоритет этого от крытия принадлежит Валлису.
Надо отметить, что понятие "живой силы" коренным образом отличалось от понятия силы в ньютоновской меха нике. Ньютоновская сила имеет свое конкретное место в системе понятий физики и рассматривается как причина изменения состояния движения тела. Ньютон подчеркивал внешний по отношению к материи характер механических сил, то есть в понятии силы заключалась мысль о внешнем источнике движения, отделенном от материи. Именно та кое понимание приводит к представлению о бесчисленных силах, рассматриваемых в качестве внешних агентов, в ка честве активного начала, приводящих в движение пассив ную материю. Отсюда и название "живая сила", т. е. сила, которая связывается с представлением об активном начале любого движущегося тела, в противоположность "мертвой силе", активном начале, запасенном в каком-либо покоя щемся теле.
Понятие силы играет центральную роль в механике Нью тона. Сам Ньютон не ставил перед собой задачи создания механики, которая выводилась бы из какого-либо принци па сохранения некоторой меры движения. Что касается "жи вой силы", то Ньютон обращал внимание на факт несохра нения движения в случае неупругого удара или трения.
Таким образом, хотя наука XVII века выработала пред ставление об энергии в виде "живой силы", а более чем через 100 лет, в 1829 году, Кориолис рассмотрел величи ну, равную половине "живой силы" mV2/2, которая опре деляет кинетическую энергию в современной структуре на учного знания, понятие энергии, как, впрочем, и поня тие работы, отсутствовали в механике Ньютона и вплоть до XIX века не фигурировали в учебниках физики.
Термин "энергия" в смысле динамической переменной появился лишь в 1807 году в работе Юнга "Курс лекций по натуральной философии". Понятие работы подробно раз-
Раздел III. Элементы современной физики 145
вито в труде Ж. В. Понселе "Введение в индустриальную механику".
Юнг ввел понятие энергии для обозначения "живой силы", не выводя это понятие за рамки механистического описания явлений природы. Сама задача расширения это го понятия на другие формы движения, задача категори ального обоснования этого понятия и установление отли чия его от понятия количества движения стала возможной лишь благодаря исследованиям переходов немеханического движения в другие виды движения. Усилиями ученых XVII—XIX веков были открыты и качественно исследованы связи между:
— механическим движением и теплотой;
— химическими явлениями и электричеством; ; • — механическим движением и электричеством; > ;,»,> — электричеством и магнетизмом; -;..,,.-,
— химическими явлениями и теплотой; ;,;
— теплотой и электричеством и т. д. Si-Результаты этих исследований и привели к открьщвр
закона сохранения и превращения энергии. Остановимся
вкратце на рассмотрении этих результатов.
3.2. Работа в механике. Закон сохранения и превращения энергии в механике
Формирование понятия механической энергии было свя зано с формированием понятия механической работы. Само понятие работы выражает собой факт превращения механи ческого движения в другие формы движения и дает количе ственное выражение этому факту превращения, определяя внешний, конечный результат.
Зададимся вопросом, каким образом можно было бы сообщить телу кинетическую энергию т V2/2?Ez можно пе редать телу при столкновении, как это имело место в случае
146 Концепции современного естествознания
удара шаров. Но ее можно также получить, подталкивая тело с помощью действия некоторой силы. Пусть некоторое тело под действием силы Fвыходит из состояния покоя и движется с все увеличивающейся скоростью в течение неко-торого времени /. За это время скорость тела возрастает до значения V, и тело проходит некоторое расстояние х. Можно показать, используя законы механики, что справедливо ра венство:
Fx = mV2/2.
Величину Fx> равную произведению силы на расстоя ние, на котором она действовала на тело, принято назы вать работой А
А = Fx.
Теперь попробуем выяснить, входят ли работа и энер гия как составные части в один и тот же закон сохранения? Или, выражаясь иначе, если над телом совершается рабо та, благодаря чему увеличивается кинетическая энергия тела, сможет ли тело потом за счет своего запаса кинетической энергии произвести столько же работы?
Ответ положителен. Если на пути движущегося тела окажется какое-то другое тело, скажем, пружина, то тело, налетая на пружину, будет сжимать ее, создавая перемеще-ние ее звеньев относительно друг друга, то есть будет дей ствовать на пружину с некоторой силой. В конце концов тело остановится, растратив всю свою энергию движения на совершение работы по сжатию пружины. Вслед за этим пружина начнет расширяться и будет толкать тело назад. То есть при своем расширении пружина совершит работу над телом, которая вся уйдет на увеличение кинетической энер гии тела после остановки. Если пружина хорошая, упру гая, то можно будет констатировать практическое равенство кинетической энергии тела до и после взаимодействия с пружиной.
Чувствуется, что в наших рассуждениях пропущено не которое звено. А именно, возникает вопрос: "В те мгнове-ния, когда пружина сжата, тело уже не действует на нее с
Раздел III. Элементы современной физики 147
силой, перемещал ее, то есть не совершает в эти мгновения работу; само тело в эти мгновения покоится, так как запас ее кинетической энергии уже растрачен на совершение ра боты по сжатию пружины. Так что в эти мгновения ни ра бота не совершается, ни тело не имеет более кинетической энергии. Так куда же все это подевалось?" Мы отчетливо видим, что пружина перешла в другое качественное состоя ние: из недеформированиого состояния она перешла в сжа тое, после чего, разжимаясь, сама совершила работу. Мы приходим к пониманию того, что запас кинетической энер гии не пропал бесследно, а перешел в запас энергии, ко торой обладает пружина в сжатом состоянии — "мертвой силы", как ее первоначально называли. Такую неподвиж ную форму энергии принято называть потенциальной энер гией, как бы подчеркивая, что эта энергия потенциально может перейти в энергию движения.
Самый простой способ запасти такую энергию — это поднять груз на высоту. Когда груз падает, запасенная по тенциальная энергия превращается в кинетическую. И на оборот, когда мы испытываем усталость, поднимаясь на высокую горку, или же по ступенькам на верхний этаж зда ния, связано это с тем, что мы постоянно совершаем рабо ту по увеличению потенциальной энергии своего тела, под нимая его на соответствующую высоту.
Обычно термин "потенциальная энергия" относят к энергии, запасенной в> деформированном теле, в теле, под нятом на высоту, иными словами, к запасу энергии, обус ловленному положением тела в некотором поле и природой самого поля. Современной физике известны четыре типа полей: гравитационное, электромагнитное, сильное и сла бое. Сам факт обусловленности потенциальной энергии на личием полей говорит о несводимости понятия потенци альной энергии просто к механическому движению. Вели чина потенциальной энергии определяется теми процессами, которые обусловлены конкретной природой взаимодействия системы тел (гравитационным, электромагнитным, сильным или слабым), и зависит от изменения конфигурации тел в
148 Концепции современного естествознания
соответствующих полях. Потенциальная энергия сжатой пру жины, например, выражает собой энергию внутреннего дви жения частиц, составляющих пружину. Механика не зани мается изучением "внутренних сил", связанных с взаимо действием атомов друг с другом, а интересуется конечным результатом. Этот результат может быть вычислен по вели чине работы, которую нужно затратить, чтобы таким-то об разом изменить конфигурацию частей пружины. Запас этой работы и понимается нами как потенциальная энергия пру жины. Так что потенциальная энергия входит в механику как понятие, определяющее свойство системы материаль ных тел совершать работу при изменении конфигурации тел в системе.
Таким образом, работа может быть определена как мера изменения энергии. В ряде случаев работа, совершаемая за счет уменьшения потенциальной энергии тела, практичес ки полностью идет на увеличение кинетической энергии тела. Позже мы укажем на ограниченность нашего приме ра. Однако именно эти случаи послужили основанием для формулирования закона сохранения и превращения энер гии применительно к механическим процессам. Этот закон звучит следующим образом: Полная энергия замкнутой кон сервативной системы тел, равная сумме их потенциальной и кинетической энергии, остается величиной постоянной. То есть всякое изменение потенциальной и кинетической энергии есть превращение потенциальной энергии в кине тическую, а кинетической в потенциальную. В случае ме ханического движения передача энергии происходит в фор ме работы в процессе силового взаимодействия тел.
Теперь оговоримся, что всякий физический закон име ет границы своей применимости. Это в первую очередь от носится к закону сохранения механической энергии. Пер вое важное ограничение этого закона состоит в требовании изолированности системы рассматриваемых тел от внешних воздействий. Такую систему мы называем замкнутой. Вто рое ограничение связано с тем, что не всегда работа одно значно определяется изменением потенциальной энергии
Раздел III. Элементы современной физики 149
тела при перемещении его из одной точки поля в другую. Однозначное определение работы как меры изменения по тенциальной энергии имеет место лишь для определенных типов полей, называемых потенциальными. Примерами таких полей могут служить гравитационное поле или элект ростатическое. Потенциальными считаются поля, работа сил которых не зависит от траектории движения тела в поле. Соответственно силы этих полей называют консервативны ми. В случае, если работа сил зависит от формы пути, или силы зависят от скорости движения, механическая энергия системы не сохраняется. К сожалению, силы трения, ко торые не являются консервативными, присутствуют во всех случаях. Следовательно, закон сохранения механической энергии имеет смысл лишь применительно к идеализиро ванным ситуациям. Не следует в связи с этим удивляться и делать поспешные выводы типа: "Надо было столько моро чить голову каким-то законом, который практически не су ществует вовсе?" Во-первых, это замечание несправедли во, потому что существует множество явлений, которые допускают при их анализе подобную идеализацию. В этих случаях закон сохранения механической энергии может быть использован с достаточно хорошей степенью точности, ра зумеется, в малые временные интервалы, когда трение в расчет можно и не принимать. Во-вторых, без установле ния этого закона было бы очень трудно сделать следующий шаг: выяснить, куда же, растрачивается механическая энер гия при трении?
Другое дело попытаться обмануть природу настолько, чтобы создать машину, принцип действия которой основы вался бы на вечном непреходящем превращении механичес кой энергии из одного вида в другой. Эта проблема созда ния вечного двигателя — "перпетуум мобиле". История развития человеческого общества особой страницей содер жит в себе, в общем-то, немногочисленные варианты веч ных двигателей, свидетельствующих о невероятных ухищ рениях человеческого ума. Первый до сих пор известный достоверный документ об "осуществлении" идеи вечного
150 Концепции современного естествознания
двигателя относится к XIII веку. Еще до установления за кона сохранения энергии, в 1775 году, было сделано заяв ление Французской Академии, в котором говорилось о не возможности создания вечного двигателя. Вследствие чего Академия отказывалась принимать впредь подобные проек ты для рассмотрения.
Итак, механическая энергия при трении растрачивает-, ся, но куда? Выяснение энергетической стороны таких про цессов и составило следующую важную страницу в истории открытий превращения механической энергии в другие фор мы движения. : ;:.-;:;''.. >
3.3. Тепловая энергия
О том, что такое теплота, люди задумывались очень дав но. Такие понятия, как "огонь", "свет", "теплород" ветре--чаются уже в древнейших сказаниях Востока, а позже в ра ботах античных философов Древней Греции. Однако в те далекие времена были высказаны только общие предполо жения о природе огня, света и теплоты. И античные фило софы и схоласты Средневековья рассматривали холод и теп ло как разные понятия. Они были далеки от представлени» о том, что холод следует рассматривать как недостаток теп ла, а не как противоположную субстанцию. Эта точка зре ния просуществовала довольно долго. Так, уже в Новое-время, в сочинениях Пьера Гассенди, вышедших в 1658 году, теплота и холод трактуются как разные материи. При чем атомы холода, в отличие от атомов тепла, являются острыми, проникая в жидкость, они скрепляют ее, пре вращают в твердое тело.
Учение о тепловых явлениях начинает развиваться только с середины XVIII века. Толчком для этого развития явля ется изобретение термометра. Интересно отметить, что на протяжении долгого времени между понятиями тепла и тем пературы не проводилось различия.
Раздел III. Элементы современной физики 151
Temperatura — в переводе с латинского означает сме шивание в должном отношении. Это говорит о происхож дении самого термина "температура". Дело в том, что не сразу было понято, что здоровые люди имеют практически одну и ту же температуру. Степень нагретости относили к темпераменту человека. Так, во II веке великий врач Гален утверждал, что темперамент человека создается смешением четырех жидкостей. Эти жидкости, играющие важную роль также в учении Гиппократа, отвечают за темперамент чело века. Они назывались: кровь, слизь, черная желчь и жел тая желчь. При определенном смешивании они порождают сангвиников, флегматиков, меланхоликов и холериков.
Ученым, которым першим изобрел прибор для измере ния нагретости тела, был Галилей. Конечно, этот прибор еще далек от совершенства, он даже не был проградуиро-ван. Однако он все же позволял сравнивать температуры тел, находящихся в одном и том же месте и в одно и то же время. Впервые температуру человеческого тела начал измерять италь янский врач и анатом Сан горио с помощью им же изобре тенного термометра. После Галилея многие ученые занима лись изготовлением приборов для определения нагретости тел: итальянские мастера из Флоренции, Отго фон Герике, Амон-тон, Гук, Фаренгейт, Цельсий, Реомюр, Делиль и другие.
В 1655 году Гюйгенс предложил в качестве опорных точек термометра избрать точку кипения воды и точку тая ния льда. Современная шкала Цельсия была предложена шведским ботаником Андерсом Цельсием в 1742 году. Од нако за 0 градусов он принимает точку кипения воды, а за 100 градусов — точку таяния льда, как и Далиль. Такая шкала не завоевала популярности и очень скоро была пере вернута обратно.
Сама по себе градуировка термометров доставляла не меньше хлопот, чем конструкция термометра. И это связа но с вопросом о том, происходит ли расширение использу емых в термометрах жидкостей (воды, спирта, ртути) или газа пропорционально увеличению температуры во всех ин тервалах интересующих температур. Таким образом, задача
152 Концепции современного естествознания
усовершенствования термометров явилась толчком для изу чения явления расширения тел при нагревании. Однако все эти исследования не разделяли понятия "теплота" и "тем пература". И температура тела, так же как и теплота, свя зывалась с представлением о теплороде. В Словаре цер ковнославянского и русского языка, изданного в середине XIX века, можно прочитать: "Температура есть мера сгуще ния теплорода, показываемая в градусах термометром". "Теплород — вещественная причина жара, тепла и холода, непостижимо тонкая жидкость, изливающаяся из Солнца и проникающая во все тела физического мира, невидимая, невесомая и только ощущением ощущаемая"1.
Итак, температуру и теплоту связывали с особым ви дом невесомой материи — теплородом. Именно присутствие теплорода в теле вызывает нагретость тела. Единица изме рения теплоты, дожившая до наших дней, "калория", в переводе на русский язык означает не что иное, как "тепло род". Однако так думали не все. В истории развития взгля дов на природу теплоты ясно прослеживаются два направ ления: одно из них связано с представлением о теплороде, а второе связывает сущность тепловых явлений с движени ем атомов, из которых состоят тела. Это так называемые теплородная и кинетическая теория теплоты. В отношении теплородной теории также существовали две точки зрения. Первая точка зрения — традиционная, согласно которой теплород — "некая жидкость, крайне мелкие частицы кото рой наделены силой взаимного отталкивания. В этом слу чае большее или меньшее скопление этой жидкости в телах определяет их состояние"2.
Вторая точка зрения рассматривала теплород как "жид кость, наделенную такими же физическими свойствами, но занимающую все пространство. Ее действие рассматривает ся, однако, как результат молекулярных вибраций тел, как
1 Цит. по: Смородинский Я. А. Температура. М., 1987. С. 12.
2 Пекле Э. О теплоте и ее применении в искусстве и ремеслах. 1830. С. 2 /Цит. по: Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. М., 1979. С. 74.
Раздел III. Элементы современной физики 153
колебания... Наиболее нагретыми являются поэтому те тела, в которых колебания эти наиболее быстры" (там же). Вто рая точка зрения являлась менее популярной, но в ней как бы делалась попытка синтеза кинетической теории с теори ей теплорода.
Кинетической теории теплоты придерживались многие ученые. Среди них — Фрэнсис Бэкон, Рене Декарт, Дани ил Бернулли, М. Ломоносов, Л. Эйлер. Однако господ ствующей на протяжении столетий являлась теплородная теория. Причина этого кроется в том, что вплоть до изго товления паровых машин и их усовершенствования ученые не интересовались вопросом о путях превращения теплоты в механическую работу. Обратные процессы превращения ра боты в теплоту были известны с незапамятных времен, но они, как казалось, хорошо объяснялись теплородной тео рией (вплоть до опытов Румфорда).
Спор между сторонниками теплородной и кинетической теории состоял в следующем: сводится ли представление о теплоте к некоторой субстанции, пусть даже и невесомой, или же теплота есть проявление кинетического движения молекул? А. Эйнштейн и Л. Инфельд отмечают: "В исто рии физики часто встречаются такие испытания, которые способны произвести приговор о жизни или смерти теории: они называются crucis (круцис, то есть решающими) экспе риментами. Решением суда такого эксперимента может быть оправдана только одна теория явлений... Такой решающий эксперимент был произведен Румфордом; он нанес смертель ный удар субстанциональной теории теплоты"1.
Надо сказать, что этот эксперимент мог быть поставлен только благодаря и вследствие развития калориметрических исследований — исследований по изучению явлений тепло обмена между двумя веществами (однородными с различ ными температурами, разнородными с различными темпе ратурами, в разных фазах и т. д.) — при смешивании их в теплоизолированном сосуде-калориметре. В процессе этих
1 Цит. по: Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965. С. 39.
154 Концепции современного естествознания
опытов, основная заслуга проведения которых принадле жит петербургскому академику Георгу Рихману, было уста новлено, что при смешении жидкостей, даже однородных, •устанавливается определенная одинаковая для всей смеси тем пература. Дальнейшие испытания сконцентрировались на выяснении вопроса, как распределяется теплота между раз личными телами. Было установлено, что различные тела имеют различные удельные теплоемкое™. Под удельной теп лоемкостью вещества понимается количество теплоты (пока еще теплорода), необходимой для увеличения температуры единицы массы вещества на один градус. В процессе кало риметрических исследований было сделано важное заклю чение: при исследовании тепловых явлений следует разли чать такие понятия, как температура и теплота. Так, при превращении, например, льда в воду теплота расходуется, а температура при этом не изменяется (лед, как и прочие тела, плавится при строго определенной температуре). Вме сте с понятием количества теплоты были установлены по нятия теплоемкости, удельной теплоемкости, теплоты плав ления, теплоты парообразования.
Так в чем же состоит суть решающего эксперимента, проведенного графом Румфордом? Граф Румфорд (Бенджа мин Томсон) ссылался на опыты по выделению теплоты при трении. Это явление хорошо известно с древнейших времен. Оно явилось одной из важнейших предпосылок воз никновения человеческой цивилизации. Ибо благодаря тре нию первобытный человек добывал себе огонь. Теплород-ная теория объясняла выделение теплоты при трении тел друг о друга тем, что при трении тела как бы выжимают из себя теплород, вследствие чего количества теплорода в них, то есть теплоемкость, должны изменяться. Самая извест ная работа Румфорда "Исследование источника тепла, вы зываемого трением" была представлена в Королевское об щество в Лондоне в 1798 году. К слову сказать, Румфорд известен как активный политический деятель, выдающий ся организатор, внесший значительный вклад в реоргани зацию армии. При этом он сохранял постоянный актив-
Раздел III. Элементы современной физики 155
ный интерес к науке и технике. Талантливый эксперимен татор, он большое внимание уделял практическим приме нениям научных знаний. В вышеназванной работе Румфорд привел результаты эксперимента, связанного со сверлени ем пушечного сгвола. В течение 2,5 часа за счет трения было получено количество теплоты, достаточной для превраще ния в пар 12 килограммов воды при получении всего лишь 270 граммов металлической стружки. Далее было обнару жено, что стружка имеет такую же удельную теплоемкость, как исходный металл отливки. Вследствие полученных ре зультатов Румфорд сделал вывод о том, что теплота не мог ла быть получена за счет "ныжимания" теплорода из метал ла. "Обсуждая этот предмет, — пишет Румфорд, — мы не должны забывать учета того самого замечательного обстоя тельства, что источник теплоты, порожденный трением, оказался в этих экспериментах явно неисчерпаемым.
Совершенно необходимо добавить, что это нечто, ко торое любое изолированное тело или система тел может не прерывно поставлять без ограничения, не может быть мате риальной субстанцией; и мне кажется чрезвычайно трудным, если не совершенно невозможным, создать какую-либо точ ную идею о чем-то, что в состоянии возбуждаться и переда ваться подобно тому, как возбуждается и передается в этих экспериментах теплота, если только не допустить, что это что-то есть движение"1. Опыты Румфорда были подтверж дены также работами Хэмфри Дэви, показавшего, что тре ние двух кусков льда друг о друга может вызвать их таяние. Румфорд, выражая свое непримиримое отношение к тепло-родной теории, как-то сказал: "Я удовлетворен тем, что до живу до того, что буду иметь удовольствие увидеть тепло род, похороненный вместе с флогистоном в одном гробу"2. Напомним, что флогистоном называли газ, который счи тали основой огня. Флогистону приписывалась такая же роль
1 Цит. по: Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики.. М., 1965. С. 40
2 Цит. по: Фен Дж. Машины. Энергия. Энтропия. М., 1986. С. 104.
156 Концепции современного естествознания
в объяснении химических реакций, как теплороду в объяс нении тепловых явлений. Опровергателем теории флогис тона выступил Антуан Лавуазье, который, однако, спас "теплород", считая его полноправным элементом в своей таблице химических простых тел.
Рассмотрение процессов превращения работы трения в тепло создало все необходимые предпосылки для отрица ния теплородной теории. Тем не менее, этого отрицания не произошло. Теплородная теория просуществовала еще значительно долго, несмотря на опыты Румфорда. Для вы работки закона сохранения и превращения энергии не ме нее важными явились исследования обратных процессов по превращению теплоты в работу, то есть по исследованию функционирования тепловых машин.
Принято считать, что первая паровая машина была изобретена греческим ученым и математиком Героном. Это так называемый эолипил (ветряной шар — греч.) Герона. Герои пытался использовать движущую "силу" тепла для облегчения труда. Однако открытие Герона не получило практического применения. Хорошо известно, с каким пре дубеждением относились греки к подобного рода изобрете ниям, которые ими рассматривались как попытки обмана истинной природы и считались недостойными.
По существу, развитие тепловых машин связано с из готовлением орудий войны — ракет и пушек. К сожалению, в истории эволюции человеческого общества немало стра ниц, свидетельствующих о том, что возникновение новых машин, механизмов, технологий предопределялось воен ными интересами, и лишь позже они получали применение для облегчения мускульного, мануфактурного труда чело века (manu — рукой, factus — сделано — лат.). Другой важ ной причиной возникновения и практического применения паровых машин послужила необходимость добычи топлива — каменного угля из шахт, находящихся под водными пла стами. Нужно было откачивать воду из шахт. И так полу чилось, что деятельность первых конструкторов тепловых устройств была связана с топливодобычей. Один из первых
Раздел III. Элементы современной физики 157
паровых насосов, служащих для откачки воды из шахт, был сконструирован владельцем одной из шахт в Англии, Тома сом Сэвери, в конце XVII века. Паровой насос Сэвери в усовершенствованных видах использовался вплоть до сере дины XVIII века. Более совершенную паровую машину по строил англичанин Томас Ньюкомен, работавший вместе с Сэвери. Машина Нькжомена уже имела основные детали современной паровой машины — цилиндр и поршень. Глав ное новшество состояло в том, что в машине Ньюкомена пар давил не непосредственно на поверхность воды, а на поршень в цилиндре. Известно, что Ньюкомен состоял в переписке с выдающимся физиком Робертам Гуком, и эта идея, возможно, била подсказана Гуком.
Главный недостаток первых паровых машин состоял в том, что, во-первых, они потребляли много топлива, во-вторых, это не были машины непрерывного действия. Дей ствительная эпоха паровых машин начинается с машины Уатта, как это и преподносится практически во всех учеб никах истории. Машина Уатта изобретена в 1763 году шот ландским механиком Джеймсом Уаттом. Основная идея Уатта заключалась в уменьшении потерь тепла в машине за счет попеременного нагревания и охлаждения цилиндра. В том же 1763 году русским изобретателем И. Ползуновым, работавшим механиком на алтайских горнорудных и метал лургических заводах, была изобретена первая паровая ма шина непрерывного действия.
Широкое применение паровых машин в XVIII—XIX ве ках послужило также толчком для создания самодвижущих ся устройств. В 1807 году в Америке Фултоном строится первый пароход, а в 1825 году в Англии начинает действо вать построенная Стефенсоном железная дорога. На повестку дня встает вопрос о том, какими путями можно было бы увеличить работу паровой машины, то есть возникла необ ходимость теоретического анализа процессов превращения теплоты в работу. Эту задачу выполнил французский ин женер Сади Карно в 1827 году в работе "Размышление о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту
158 Концепции современного естествознания
силу". Работа эта основывалась на общепринятой в то вре мя точке зрения о тешгородной природе теплоты, тем не менее именно она явилась фундаментальной для развития термодинамики. Свою работу Карно начинает следующими словами: "Никто не сомневается, что теплота может быть причиной движения, что она даже обладает большой дви гательной силой: паровые машины, ныне столь распростра ненные, являются этому очевидными доказательствами"1.
Итак, к 1827 году был сделан совершенно ясный вывод о том, что теплота и механическая работа обратимы одна в другую. Однако спор о том, что есть теплота — движение или субстанция-теплород, до конца разрешен не был. Для торжества кинетической точки зрения важно было устано вить механический эквивалент теплоты. Строго количе ственное соотношение для случая превращения механичес кой работы в теплоту было определено впервые немецким врачом Робертом Майером.
Майср определил, что количество теплоты, необходи мое для нагревания единицы массы газа на один градус, со вершаемое при постоянном давлении (Ср), всегда больше, чем количество теплоты, необходимое для нагревания еди ницы массы вещества на один градус при постоянном объеме (С„). Нагревание при постоянном давлении отличается от нагревания при постоянном объеме тем, что изменение объе ма газа при расширении сопровождается толканием порш ня, то есть совершением работы. Если нагревание при по стоянном объеме идет только на увеличение внутренней энер гии газа, то нагревание при постоянном давлении, помимо такого же увеличения внутренней энергии газа, сопровож дается совершением механической работы. Если рассматри вать теплоту как "силу", рассуждал Майер (а под "силой" он понимал то, что впоследствии стато называться энергией), то тогда понятно, почему Ср больше, чем Q. Более того, если найти, на сколько Ср больше, чем С„, и сопоставить полученный результат с величиной совершенной работы, то
1 Карно С. Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. М. — Пг., 1923. С. 5. ••••'<•
Раздел III. Элементы современной физики 159
можно получить механический эквивалент теплоты. Этот ре зультат Майер вычислил в 1841 году. А в 1845 году в работе "Органическое движение в связи с обменом веществ" он впер вые дает формулировку закона сохранения и превращения энергии. Правда, он употребляет другую терминологию, | используя понятия "сила движения", "сила падения", "хи-• . мическая сила", "теплота", "электричество" и т. д. Сейчас ' мы заменили бы слово "сила" словом "энергия". " Сила как причина движения является неразрушимым объектом, ни какое действие не возникает без причины. Никакая причина не исчезнет без соответствующего ей действия... Количе ственная неизменность данного есть верховный закон приро ды... Различные силы могут превращаться друг в друга. Эта сила в вечной смене циркулирует как в мертвой, так и в жи вой природе"1. "При всех физических и химических процес сах данная сила остается постоянной величиной"2. Таким образом, Майер определил механический эквивалент тепло ты, отверг теплород как вещественную субстанцию, опреде лил теплоту как "силу" движения и сформулировал закон сохранения и превращения "сил".
Однако при определении механического эквивалента теплоты он неточно проделал расчет. И важное место в ис-'' тории развития науки о тепловых явлениях заняли результа ты опытов Джоуля, которые были проделаны с такой тща тельностью, что оказали убедительное воздействие на умы современников, сломив, в конце концов, их сопротивле ние. Опыт Джоуля состоял в том, что опускающийся груз вращал лопатку, погруженную в различные жидкости. В результате жидкость перемешивалась, что приводило к уве личению температуры смеси, которую Джоуль измерял тер мометром. Сопоставляя значение механической работы опус-/ кающегося груза с количеством теплоты, необходимой для / нагревания смеси жидкостей на соответствующую темпера туру, Джоуль очень точно определил значение механичес кого эквивалента теплоты.
1 Майер Р. Закон сохранении и исследования 1841-1851 гг. М.—Д.,
2 Там же. С. 127. ..-.-...
160 Концепции современного естествознания
Честь открытия механической теории тепла с Майером и Джоулем разделяет также датский инженер Кольдинг, поставивший эксперимент по измерению теплоты, выде ляющейся вследствие трения при движении тел с различ ной скоростью по металлическим, деревянным и прочим поверхностям.
Цикл открытий сороковых годов XIX века был в извест ной мере подкреплен работой Германа Гельмгольца "О со хранении силы", вышедшей в 1847 году. Герман Гельм-гольц, немецкий врач и естествоиспытатель, впоследствии стал одним из выдающихся физиков XIX века. В своей работе Г. Гельмгольц придает принципу сохранения стро гую и четкую форму. Он вводит вместо механической рабо ты новую количественную характеристику, которая равна работе по величине, но берется с противоположным зна ком. Эта характеристика соответствует современному поня тию потенциальной энергии. Гельмгольц назвал ее напря жением, а вместо величины т V2 он предлагает рассматри вать в качестве "живой силы" величину mV2/2 и получает закон сохранения механической "силы":
живая сила + напряжение = const (постоянно).
"Сумма существующих в природе напряженных сил и живых сил постоянна. В этой наиболее общей формули ровке мы можем наш закон назвать принципом сохранения сил"1.
Надо сказать, что Майер, в отличие от Гельмгольца, сформулировавшего, по существу, закон сохранения меха нической энергии, распространял его как на "мертвую" (включающую физические и химические процессы), так и на "живую" природу. Однако строгая формулировка Гельм гольца позволяла выйти за рамки механики и придать впо следствии закону сохранения универсальный характер.
Работами Майера, Джоуля, Кольдинга и Гельмгольца был выработан "закон сохранения сил". Тем не менее пер вая ясная формулировка этого закона была получена Рудоль-
Гельмгольц Г. О сохранении сил. М., 1922. С. 15.
Раздел III. Элементы современной физики 161
фом Клаузиусом и Уильямом Томсоном (лордом Кельви ном), которые внесли наиболее значительный вклад в раз витие термодинамики. Сади Карно положил начало ново му методу рассмотрения превращения теплоты и работы друг в друга в макроскопических системах, в первую очередь в тепловых машинах, и тем самым явился основателем на уки, которая впоследствии была названа Уильямом Томсо ном "термодинамикой". Термодинамическое рассмотрение ограничивается в основном изучением особенностей превра щения тепловой формы движения в другие формы, не ин тересуясь вопросом микроскопического движения частиц, составляющих вещество.
Истории открытия закона сохранения и превращения энергии привела к изучению тепловых явлений в двух на правлениях: термодинамическом, изучающем тепловые про цессы без учета молекулярного строения вещества, и моле-кулярно-кипсгическом. Молекулярно-кинетическая теория явилась разпитием упоминаемой выше кинетической теории вещества (альтернативной тсшюродной). Она характеризу ется рассмотрением различных макропроявлений систем как результатов суммарного действия огромной совокупности хаотически движущихся молекул. При этом молскулярно-кинетическая теория использует статистический метод, ин тересуясь не движением отдельных молекул, а только сред ними величинами, которые характеризуют движение огром ной совокупности частиц. Отсюда другое ее название — ста тистическая физика. Оформившись к середине XIX века, оба эти направления, подходя к рассмотрению изменения состояния вещества с различных точек зрения, дополняют друг друга, образуя одно целое.
До тех пор пока Клаузиус и Томсон, исследуя более под робно работу тепловой машины Карно, не пришли к выво ду (независимо друг от друга) о том, что в основе цикла Карно лежат два независимых принципа — первое и второе начала термодинамики, нельзя было с твердой увереннос тью принять закон сохранения энергии. По существу, ра боты Джоуля, Майера и Кольдинга устанавливают первое
6. Зап. 251
162 Концепции современного естествознания
начало термодинамики. Клаузиус первым высказал мысль об эквивалентности работы и количества теплоты как о пер вом начале термодинамики и записал уравнение, которое не содержалось в работе Карно. Надо было сделать вывод о том, что всякое тело имеет внутреннюю энергию, которую Клаузиус называл "теплом, содержащимся в теле" (U) в отличие от "тепла, сообщенного телу" (0.
Величину U можно увеличить двумя эквивалентными способами — произведя над телом механическую работу (А) или сообщая ему количество теплоты (Q);
ди = А + Q.
В 1860 году Уильям Томсон, заменив термином "энер гия" устаревший термин "силы", записывает первое нача ло термодинамики, которое он называет "основным поло жением механической теплоты":
количество теплоты, сообщенное газу = увеличению внут ренней энергии газа + совершение внешней работы.
Следует еще раз подчеркнуть важное значение установ ления эквивалентности теплоты и работы. Именно пони мание количества теплоты как меры изменения внутренней энергии способствовало установлению закона сохранения и превращения энергии.
3.4. Взаимопревращения различных .V;, видов энергии друг в друга ггЦаг
v • •
'•< Установлению закона сохранения и превращения энер гии способствовало также открытие эффектов, отличных от -механических и тепловых, а также превращения других форм движения в тепловую энергию. Еще Майер в своей работе составляет таблицу всех рассматриваемых им "сил" природы и приводит 25 случаев их взаимопревращений. Рассмотрев превращение теплоты в механическую работу, имеющее ме сто в функционировании паровой машины, он говорит об :электрической "силе" и превращении механического эффек-
Раздел III. Элементы современной физики 163
та в "электричество", о "химической силе вещества", о превращении "химической силы" в теплоту и электричество. Он распространяет положение о сохранении и превращении этих различных "сил" природы на живые организмы, ут верждая, что при поглощении пищи в организме постоян но происходят химические процессы, результатом которых являются тепловые и механические эффекты.
Исследования электрических явлений давали серьезные основания для подкрепления вывода о взаимопревращении различных форм движения друг в друга. В 1800 году Вольт изобретает первый химический источник электрического тока. В 1840 году русский академик Гесс получает важные результаты, свидетельствующие о превращении химических "сил" в теплоту. Работы Фарадея и Ленца приводят к от крытиям о превращении электричества и магнетизма. Изу чение процессов, происходящих в контактах двух металли ческих проводников, проделанных Пельтье и Ленцем, сви детельствуют о взаимопревращениях электрической "силы" и теплоты. В 1845 году Джоуль устанавливает соотношение между неличиной количества теплоты, выделяемой при про хождении электрического тока через проводник, и величи ной самого тока и сопротивления проводника (закон Джоу ля Ленца).
Итак. ii;i протяжении более четырех десятилетий фор-мщшиалси одни из самых великих принципов современной науки, приведший к объединению самых различных явле ний природы. Историками науки открытие закона сохране ния и превращения энергии рассматривается как первая ре волюция в физике.
Основные выводы главы
1. Энергия — единая мера различных форм движения материи.
2. Механическая энергия и тепловая энергия — это толь ко две из многих форм энергии. Все, что может быть превра щено в какую-либо из этих форм, есть тоже форма энергии.
3. Возможны два качественно различных способа пере дачи энергии от одного макроскопического тела к другому
6*
164 Концепции современного естествознания
— в форме работы и в форме теплоты (путем теплообмена). При этом макроскопическое тело рассматривается как ог ромная совокупность микрочастиц. При взаимодействии не значительного числа отдельных микрочастиц эти понятия неприменимы; в таких случаях можно говорить лишь о про цессе совершения работы.
4. Изменение энергии тела, осуществленное первым способом, называют работой, совершаемой над этим те лом. Передача энергии в форме работы производится в про цессе силового взаимодействия тел. Работа, совершаемая над телом, может непосредственно пойти на увеличение любого вида энергии.
5. Передача энергии путем теплообмена между телами обусловлена различием температур этих тел. Энергия, по лучаемая телом в форме теплоты, может непосредственно пойти только на увеличение его внутренней энергии.
6. Невозможен вечный двигатель ("перпетуум мобиле") первого рода. Это является следствием I начала термодина мики.
7. Всеми явлениями природы управляет закон сохране ния и превращения энергии:
энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает: количество энергии неизменно, она только переходит из од ной формы в другую.
Вопросы для самоконтроля «
1. Найдите слова теплота и работа в полном толковом словаре. Сколько различных значений приводится для каж дого слова?
2. Придумайте несколько примеров таких процессов, в которых работа может приводить к тому же (или близкому) результату, к какому привело бы тепловое взаимодействие.
3. Перечислите различные типы тепловых двигателей, с которыми вам приходилось встречаться, о которых вы чи тали или которые можете придумать сами.
Раздел III. Элементы современной физики 165
4. Определите, какой энергией обладает тело массой 2 килограмма, движущееся со скоростью 10 м/с.
5. Какие виды механической энергии вам известны?
6. Сформулируйте закон сохранения механической энер гии и определите границы его применимости.
7. Расскажите об опыте Румфорда. Какой вывод сдела ли бы вы сами из результатов этого опыта?
8. Как объяснил Майер различие между величинами удельной теплоемкости газа при постоянном давлении и удельной теплоемкости газа при постоянном объеме?
9. Как формулируется I начало термодинамики. Опи шите способы передачи энергии от одного микроскопичес кого тела другому. : •• .-»J !
10. Объясните.^е^Шусло^ивается передача энергий путем теплообмена. l! if "V
4. Принцип возрастания энтропии
Принцип возрастания энтропии составляет сущность II начала термодинамики. II начало термодинамики в об щем-то хорошо известно и понятно каждому человеку, ибо с ним каждый из нас сталкивается буквально на каждом шагу. Не удивительно потому, что II начало термодинами ки было установлено даже раньше I начала термодинамики. Правда, первоначальная формулировка его еще не содер жала понятия энтропии.
Существует точка зрения, что первая формулировка II закона термодинамики принадлежит Жану-Батисту Жозе-фу Фурье, префекту Изера, которому в 1811 году была при суждена премия Французской Академии наук за математи ческую теорию распространения тепла. Фурье сформулиро вал закон теплопроводности, согласно которому количество
166 Концепции современного естествознания
теплоты, которое переносится в единицу времени через еди ницу площади поверхности вдоль какого-либо направления, прямо пропорционально величине изменения температуры вдоль этого направления. Причем, что характерно, коли чество теплоты переносится от тел с большой температурой в направлении к телам с меньшей температурой. Теплопро водность приводит к все большему выравниванию темпера тур до тех пор, пока распределение температуры во всех точ ках пространства рассматриваемой изолированной системы станет одинаково.
Фурье оказался первым, кто количественно описал яв ление, составляющее элемент обыденного знания человека и в то же время немыслимое с точки зрения классической ньютоновской механики, все законы которой являются об ратимыми. Немыслимое по той причине, что явление теп лопроводности описывает необратимые процессы.
Дальнейшая судьба понятия необратимости в науке свя зана с упоминаемой в предыдущей главе работой С. Карно "Размышления о движущей силе огня и о машинах, спо собных развивать эту силу".
4.1. Идеальный цикл Карно
Отец Никола Л сонара Сади Карно — знаменитый фран цузский генерал, "организатор побед Великой Французской революции" Лазар Никола Карно, инженер по образованию, проявлял значительный интерес к науке и практическому применению инженерных достижений. Он занимался ана лизом работы тепловых машин, и Сади Карно продолжил работы своего отца. Придерживаясь теплородной теории, С. Карно тем не менее сумел получить результаты, имею щие непреходящее значение для развития науки.
Во-первых, С. Карно ввел понятие циклического (кру гового) процесса. Наблюдая действие паровой машины, он обратил внимание, что используемый для перемещения
Раздел III. Элементы современной физики 167
цилиндра пар затем выпускается в среду с меньшей темпе ратурой, где он снова превращается в воду (конденсат), причем конденсат в дальнейшем более не используется. Карно ставит вопрос о возможности использования отрабо танного конденсата, о возможности возвращения конден сата в котел, где он вновь нагреется, превратится в пар, который при своем дальнейшем расширении вновь совер шит работу над поршнем. Таким образом, вода будет про ходить полный цикл — ряд процессов, в результате которых возвратится в исходное состояние.
Второй важный шаг состоял в том, что Карно устано вил, что подобный непрерывный циклический процесс воз можен лишь при наличии двух нагревателей: нагревателя при высокой температуре Tt и холодильника при более низкой температуре Т2. Кроме нагревателя и холодильника необ ходимо рабочее тело. Рабочее тело, забирая у нагревателя количество теплоты (?/, произведя работу, для восстанов ления своих исходных параметров (для обеспечения непре рывности цикла) должно отдать некоторое количество теп лоты qj холодильнику. Осноныилясь на теплородной тео рии теплоты, Карно полагал, что "падение теплородной суб станции", обусловленное ра шостыо температур нагревате ли н холодильника, аналогично падению воды с более вы сокою уроним на шпкш'1. Так что работа определяется пе репадом между температурами теплорода в нагревателе и хо лодильнике. Однако, считая теплород сохраняющейся суб станцией, Карно пришел к ошибочному выводу, что все количество теплоты Qh взятое у нагревателя, отдается хо лодильнику.
Далее Карно вводит для характеристики тепловой маши ны понятие коэффициента полезного действия (КПД), рас сматриваемого как отношение работы, совершаемой рабочим телом, к количеству теплоты qj, взятой у нагревателя:
КПД = (А/Ол)-100%.
Основная задача, решение которой являлось целью ра боты Карно, состояла в определении, от чего же зависит
168 Концепции современного естествознания
КПД тепловой машины. При этом он демонстрирует поис тине научно-теоретический подход, ибо пытается опреде лить КПД машины независимо от "какого-либо механиз ма", "какого-либо определенного агента", то есть предла гает рассмотреть идеальную тепловую машину. Основная особенность этой идеальной машины состоит в том, что все изменения в ней должны происходить обратимым путем.
Обратимым называется процесс, который может идти как в прямом, так и в обратном направлении, и по возвра щении системы в исходное состояние не происходит ника ких изменений. Любой другой процесс называется необра тимым. Оказывается, если исключить из рассмотрения яв ления, происходящие в микромире, то в природе строго обратимых процессов не существует. Еще Лазар Карно об ратил внимание на то, что для достижения наивысшего КПД при постройке и эксплуатации механического устройства-следует сводить к минимуму удары, трение, иными слова ми, все процессы, которые приводят к потере "живой силы". Сади Карно строит свою теорию, рассматривая яв ление получения движения из тепла, исходя из самых об щих соображений, отвлекаясь от разнообразных частных факторов в функционировании машины. Он пытается оп ределить, от чего зависит максимальный КПД машины. Поэтому он и берет в рассмотрение идеальную машину, су щественными особенностями процесса которой является циклический и обратимый характер. В качестве рабочего тела Карно использует воздух, чтобы избежать сложностей, связанных с изменением фазы — превращением воды в пар, а затем пара — в воду. Более того, Карно приходит к вер ному заключению о том, что для повышения КПД надо ис ключить прямые контакты между нагревателем и холодиль ником, чтобы ни одно изменение температуры не было обус ловлено прямыми потоками тепла между двумя телами, на ходящимися при различных температурах. Эти потоки не производили бы никакой механической работы и приводи ли бы к снижению КПД.
Раздел III. Элементы современной физики 169
Рассуждая подобным образом, Карно разделил цикл идеальной тепловой машины на четыре стадии.
1 стадия. Рабочее тело, обладающее температурой на гревателя Ttt приводится в контакт с нагревателем и получа ет у него количество теплоты (?/, которое целиком расходу ется на работу по расширению рабочего тела. Для того чтобы машина совершала работу, необходима разность давлений по обе стороны поршня. Такая разность давлений достигается за счет высокой температуры рабочего тела с одной стороны поршня и низкой температуры среды с другой стороны пор шня. Совершая работу, рабочее тело расширяется, что при водит к его охлаждению. Однако благодаря теплообмену с нагревателем оно получает количество теплоты, необходи мое для восстановления своей температуры до прежнего зна чения. Обратимый процесс предполагает настолько медлен ное расширение газа, что изменения системы представляют собой последовательность равновесных состояний с одной и той же температурой. В итоге никакая часть от полученной теплоты не расходуется на увеличение внутренней энергии рабочего тела, не теряется зря вследствие равенства темпера тур рабочего тела и нагревателя в начале цикла. Можно ска зать, что первая стадия цикла протекает при постоянной тем пературе 7/, изотермически.
2 стадия. Рабочее тело изолируется от источника, теп ло не поступает и не уходит из системы. То есть количество теплоты не поглощается и не тратится. Говорят, что про цесс на второй стадии протекает адиабатически, то есть без теплообмена. При этом рабочее тело продолжает расширять ся, и работа по его расширению происходит за счет резер вов внутренней энергии рабочего тела. Внутренняя энер гия рабочего тела при его расширении уменьшается, и ра бочее тело охлаждается. Такое адиабатическое расширение рабочего тела продолжается до тех пор, пока температура его не станет равной температуре холодильника.
:> : 3 стадия. И вот тут-то рабочее тело с температурой Ту Йёдается в холодильник с такой же температурой 7^. Опять
170 Концепции современного естествознания
достигается экономия: теплота не растрачивается зря. Те перь вследствие разности давлений по обе стороны поршня рабочее тело сжимается, что приводит к увеличению его температуры. За счет теплообмена с холодильником рабо чее тело отдает некоторое количество теплоты холодильни ку, вследствие чего благодаря равновесности процесса его температура все время выравнивается и остается практичес ки равной Т2. Таким образом, третья стадия также проте кает изотермически. Процесс сжатия рабочего тела необхо дим для обеспечения цикличности работы машины, ибо при этом уменьшается объем рабочего тела. Вспомним, что в нагреватель на 1 стадии рабочее тело поступало с меньшим объемом и только потом расширялось, совершая работу.
4 стадия. И, наконец, на четвертой стадии рабочее тело адиабатически сжимается до первоначального объема. При этом внутренняя энергия его увеличивается. Процесс этот продолжается до тех пор, пока температура рабочего тела не становится равной температуре нагревателя 7/.
Итак, цикл оказывается обратимым. Две изотермичес кие стадии (первая и третья) при постоянных температурах (соответственно, Т] — на первой стадии и Т2 — на третьей стадии) связаны между собой двумя адиабатическими ста диями.
И хотя Сади Карно не определил величину КПД иде альной обратимой машины, и сама его книга "О движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу" содер жит в себе всего 45 страниц, основные принципы, выдви нутые автором в этом труде, оказались фундаментальным вкладом в генезис и развитие термодинамики. Карно при шел к совершенно верному выводу о том, что КПД идеаль ной машины зависит только от температур нагревателя и холодильника, а КПД любой другой машины всегда мень ше КПД идеальной тепловой машины.
Уже после смерти Сади Карно, в 1850 году, Клаузиус дал новое строго математическое описание цикла Карно с точки зрения сохранения энергии. Согласно I началу тер-
Раздел III. Элементы современной физики 171
модинамики количество теплоты, отдаваемое рабочим те лом холодильнику Q2, должно быть меньше количества теп лоты, взятого у нагревателя Qi на величину произведенной работы:
А = Qi - Q2.
Напомним, что анализ Карно, основанный на пред ставлениях о теплороде, предполагает равенство Q/ и Q?.
Клаузиус определяет, что при работе тепловой маши ны не все количество теплоты, взятое у нагревателя, пере дается холодильнику. Часть этой теплоты превращается в работу, совершаемую машиной. Однако одного первого начала термодинамики недостаточно для объяснения рабо ты тепловой машины. Клаузиус показал, что объяснение превращения теплоты в работу основывается еще на одном принципе, сформулированном Карно, утверждающем, что в любом непрерывном процессе превращения теплоты от горячего нагревателя в работу непременно должна проис ходить отдача теплоты холодильнику. Таким образом, име ет место общее свойство теплоты, заключающееся в том, что теплота "всегда обнаруживает тенденцию к уравнива нию температурной разницы путем перехода от теплых тел к холодным". Это положение Клаузиус предлагает наз вать "вторым основным положением механической теории теплоты".
В 1852 году Уильям Томсон пришел к аналогичным выводам. Он указал на существование в природе универ сальной тенденции к деградации механической энергии. Значение работ Клаузиуса и Томсона трудно переоценить. Фактически они объединили при анализе работы тепловой машины две концепции: концепцию Майера, Джоуля, Кольдинга о сохранении энергии и принцип Карно, утвер ждающий зависимость КПД машины от разности темпера тур нагревателя и холодильника. Тем самым были утверж дены I и II начала термодинамики.
Взяв оба эти начала за исходные, Клаузиус получил выражение для КПД идеальной тепловой машины:
172 Концепции современного естествознания
КПД = (Т нагревателя — Т холодильника)/ Т нагревателя = (Ti-T2)/T,
и показал, что КПД любой тепловой машины должен быть меньше или равен КПД идеальной машины:
КПД любой машины (Tj — T2)/Ti.
Это утверждение также является одной из формулиро вок II начала термодинамики.
Итак, •""'"
A/Qi (Т,-
(Qi-Q2)/Qi <Ti-T2)/r,.
jf 4.2. Понятие энтропии. II начало - '«
** термодинамики !" !
,, Для идеальной машины Карносправедлщд»,чзд^г4;л ,-,
**' (Qi - Qz) /Qi = (TrTz)/Ti. -; - •• * we
ф. Отсюда получается равенство <5-, ;, №-• Qi/Ti = Qz/T2 или Qj^! — Q2/T2 = 0.
Так как количество теплоты СЬ отдается холодильнику, его надо взять со знаком "минус". Следовательно, получа ем выражение
Qi/Ti + Qz/Tz = 0.
Будем писать a G вместо 0, подчеркивая, что речь идет О порции a Qi, полученной рабочим телом от нагревателя, и порции а 62. потерянной им в холодильнике:
AQi/Ti + AQz/Tz = 0.
Полученное выражение напоминает закон сохранения, а это, в свою очередь, не может не привлечь внимания к величине а О/Т.
Раздел III. Эле?иенты современной физики 173
В 1865 году Клаузиус ввел новое понятие — "энтро пия" от греч. "поворот", "превращение"). Клаузиус по считал, что существует некоторая величина S, которая, по -добно энергии, давлению, температуре, характеризует со стояние газа. Когда к газу подводится некоторое количе -ство теплоты a Q, то энтропия S возрастает на величину, равную
Д8 = AQ/T.
В предыдущей главе говорилось о том, что в течение длительного времени ученые не делали различий между та кими понятиями, как температура и теплота. Однако ряд явлений указывал на то, что эти понятия следует разли чать. Так, при таянии льда теплота расходуется, а темпера тура льда не изменяется в процессе плавления. После вве дения Клаузиусом понятия энтропии стало понятно, где про легает граница четкого различения таких понятий, как теп лота и температура. Дело в том, что нельзя говорить о ка ком-то количестве теплоты, заключенном в теле. Это по нятие не имеет смысла. Теплота может передаваться от тела к телу, переходить в работу, возникать при трении, но при этом она не является сохраняющейся величиной. Поэтому теплота определяется в физике не как вид энергии, а как мера изменения энергии. В то же время введенная Клаузиу сом энтропия оказалась величиной, сохраняющейся в обра тимых процессах. Это означает, что энтропия системы мо жет рассматриваться как функция состояния системы, ибо изменение ее не зависит от вида процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями системы. Пока жем, что в идеальном цикле Карно энтропия сохраняется.
Рассмотрим величину aQ, которая означает бесконечно малое приращение теплоты, настолько малое, что состоя ние системы характеризуется одним и тем же значением тем пературы, неизменным по всему объему рассматриваемой системы. То есть предполагается, что система во все мо менты времени находится в тепловом и механическом равновесии и любое изменение ее состояния слагается из
174 Концепции современного естествознания
последовательности равновесных состояний, каждое из ко торых лишь бесконечно мало отличается от предшествующе го. Именно такой характер поведения системы реализуется и оораткмых процессах.
Если процесс обратимый, как в круговом цикле Кар-но, то
AQi/Ti + AQ2/T2 = 0.
Из этого соотношения следует, что энтропия рабочего тела на первой стадии возрастает ровно настолько, насколько она уменьшается на третьей стадии. На второй и на четвер той стадиях энтропия рабочего тела не изменяется, так как процессы здесь протекают адиабатически, без теплообме на.
Иными словами, в случае обратимых процессов AS = О, •»> ;сть
S = const — энтропия изолированной системы в случае обратимых процессов постоянна.
При необратимых процессах получаем закон возраста-нш энтропии:
yv AS > 0.
и к Для того чтобы осуществить обратимый процесс, необ ходимо, как это уже упоминалось, добиться очень медлен ного расширения или сжатия рабочего тела, чтобы измене ния системы представляли собой последовательность рав новесных состояний. В таком цикле совершение какой-либо полезной работы потребует бесконечно большого времени. Чтобы получить работу в короткие промежутки времени, то есть хорошую мощность, приходится нарушать условия иде ального цикла. А это сразу приведет к неодинаковости тем пературы на разных участках системы, к потокам тепла от более горячих участков к менее горячим, то есть к возраста нию энтропии системы.
Для описания термодинамических процессов I начала термодинамики оказывается недостаточно, ибо I начало тер модинамики не позволяет определить направление протека-
Раздел III. Элементы современной физики 175
ния процессов в природе. Тот факт, что энтропия изоли рованной системы не может убывать, а только возрастает и достигает максимального значения в равновесном состоя нии, является отражением того, что в природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим,
Существуют различные формулировки II начала термо динамики. Все они являются эквивалентными. Приведем некоторые из них:
/. Невозможны такие процессы, единственным конеч ным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.
2. В природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим.
3. КПД любой тепловой машины всегда меньше 100 %, то есть невозможен вечный двигатель ("перпетуум моби-ле") IIрода (так как невозможно построить тепловую ма шину, работающую не за счет перепада теплоты, а за счет теплоты одного нагревателя).
4. КПД любой реальной тепловой машины всегда мень ше КПД идеальной тепловой машины.
5. Энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает, ибо система, предос тавленная самой себе, переходит из менее вероятного со стояния в более вероятное. Энтропия системы, находя щейся в равновесном состоянии, максимальна и постоянна. (AS > 0).
Эту последнюю формулировку требуется обсудить более подробно.
4.3. Энтропия и вероятность
?.т« В основе термодинамики лежит различие междудауш-дапами процессов — обратимыми и необратимыми.},
176 Концепции современного естествознания
Физический смысл энтропии, само понятие энтропии, введено в физическую теорию как раз для того, чтобы от личат^ в случае изолированных систем обратимые процессы (энтропия максимальна и постоянна) от необратимых про цессов (энтропия возрастает).
Благодаря работам великого австрийского физика Люд вига Больцмана это отличие было сведено с макроскопи ческого уровня на микроскопический. Состояние макроско пического тела (системы), заданное с помощью макропара метров (параметров, которые могут быть измерены макро приборами — давление, температура, объем и другие мак роскопические величины, характеризующие систему в це лом) называют макросостоянием.
Состояние макроскопического тела, охарактеризован ное настолько подробно, что оказываются заданными со стояния всех образующих тело молекул, называется микро состоянием.
Всякое макросостояние может бьпъ осуществлено различ ными способами, каждому из которых соответствует некото рое микросостояние системы. Число различных микрососто яний, соответствующих данному макросостоянию, называ ется статистическим весом W, или термодинамической ве роятностью макросостояния. Попробуем разобраться в этом.
Мы знаем, что весь окружающий мир состоит из моле кул и атомов. Поместим в некоторый сосуд с теплоизоли-рованными стенками некоторое количество газа, число мо лекул которого равно N. Выделим какую-либо одну моле кулу. Предположим, что каким-либо образом мы можем ее пометить, скажем, окрасить в зеленый цвет. Если бы мы могли это сделать, то получили бы возможность отличать ее от других молекул и тем самым отследить ее поведение в данном объеме. Наблюдая за этой молекулой, мы очень скоро убедимся, что она может занимать любое положение в сосуде. Причем положение ее в любое мгновение оказы вается случайным.
Теперь разделим наш объем на две половины. Мы уви дим, что наша молекула, беспорядочно блуждая, постоян-
Раздел III. Элементы современной физики 177
но натыкаясь (сталкиваясь) с другими молекулами, пробу дет в одной из половинок сосуда ровно половину времени, в течение которого мы за ней наблюдаем. В этом случае говорят, что вероятность ее пребывания в одной из поло винок сосуда равна 1/2. Если мы будем наблюдать уже за двумя мечеными молекулами, то вероятность того, что мы обнаружим сразу обе молекулы в одной из половинок сосу да, окажется равной произведению вероятностей каждой молекулы 1/2 • 1/2 = 1/4. Аналогично для трех молекул эта вероятность радна (1/2)3, а для N молекул — (1/2)N. В 29 граммах воздуха, например, содержится число моле кул N, равное 6,023-1023. Соответственно, вероятность на хождения сразу всех молекул в одной половине объема сосу да (1/2)N ничтожно мала. Такое событие является малове роятным. Нам это и не кажется странным. Странным было бы, если бы в комнате все молекулы воздуха вдруг в неко торый момент времени собрались бы в одной ее половине, а в другой половине оказалось бы безвоздушное простран ство. И если бы мы не успели или не догадались, что надо срочно перепрыгнуть в нужную половину комнаты, то умер ли бы от кислородного голодания. Мы знаем, что такое событие, которое на строгом математическом языке назы вается маловероятным, никогда не случается. Вероятность же того, что все молекулы находятся во всем объеме данно го сосуда, максимальна и равна единице. Состояние это может реализовываться наибольшим числом способов, когда любая из молекул может находиться в любой точке простран ства сосуда. В этом случае, статистический вес, то есть число способов, которым может быть реализовано это со стояние, максимальный.
Пусть в некоторый момент времени нам удалось загнать все молекулы с помощью диафрагм (перегородок) в правую верхнюю часть сосуда. Остальные 3/4 объема сосуда остава лись при этом пустыми. Далее уберем диафрагмы и уви дим, что молекулы заполнят весь объем сосуда, то есть пе рейдут из состояния с меньшей вероятностью в состояние с большей вероятностью. То есть процессы в системе идут
Г, 178 Концепции современного естествознания
только в одном направлении: от некоторой структуры (по рядка, когда все молекулы содержались в верхнем правом
'.< ; углу объема сосуда) к полной симметрии (хаосу, беспоряд-
Г1 ку, когда молекулы могут занимать любые точки простран-
1U ства сосуда).
Больцман первым увидел связь между энтропией и веро ятностью. При этом он понял, что энтропия должна выра-
•;•' жаться через логарифм вероятности. Ибо если мы рассмот рим, скажем, 2 подсистемы одной системы, каждая из ко торых характеризуется статистическим весом, соответствен но Wi и W2, полный статистический вес системы равен про-
IV изведению статистических весов подсистем: 'ivx
; *# •*••• w = Wl.w2, , ';**
•то врем* как энтропия системы S равна сумме энтро: подсистем:
» « in w = ln(Wj • W2) = InW! + lnW2. ;"; w
Больцман связал понятие энтропии .Ус In W. В 1906 году Макс Планк написал формулу, выражающую основ-si ную мысль Больцмана об интерпретации энтропии как ло гарифма вероятности состояния системы: ••?.• errv \ &f- sx
s = kinw. "'"/'!':;;;",°;
Коэффициент пропорциональности k был рассчитан Планком и назван им постоянной Больцмана. Формула : "S = k In W" выгравирована на памятнике Больцмана на :fl, кладбище в Вене.
Идея Больцмана о вероятностном поведении отдельных
; молекул явилась развитием нового подхода при описании
л систем, состоящих из огромного числа частиц, впервые
I высказанного Максвеллом. Максвелл пришел к пониманию
того, что в этих случаях физическая задача должна быть
поставлена иначе, чем в механике Ньютона. Очевидно, что
наш пример с мечеными молекулами сам по себе неосуще-
Раздел III. Элементы современной физики 179
ствим, ибо в принципе невозможно проследить в течение значительного интервала времени за движением отдельной молекулы. Невозможно также определить точно координа ты и скорости всех молекул макроскопического тела одно временно в данный момент времени. Задачу следует ста вить иначе, а именно, попытаться найти вероятность того, что данная молекула обладает таким-то значением скорос ти. Максвелл ввел для описания случайного характера по ведения молекул понятие вероятности, вероятностный (ста тистический) закон. Используя новый подход, Максвелл вывел закон распределения числа молекул по скоростям. Работы Максвелла по кинетической теории газов являются конкретизацией и развитием идей Клаузиуса, которого Максвелл называл "создателем новой области математичес кой физики". Работами Клаузиуса, Томсона, Максвелла и Больцмана была решена основная задача построения кине тической теории газов: ими был установлен закон, выра жающий макропараметры идеального газа — давления Pvi температуры Т' — через микропараметры идеального газа. Тем самым было дано молекулярно-кинетическое толкова ние температуры как меры средней кинетической энергии движения молекул. В дальнейшем Больцман показал, что второй закон термодинамики также является следствием более глубоких статистических законов поведения большой совокупности частиц.
4.4. Порядок и хаос. Стрела времени
Точка зрения Больцмана означала, что необратимое воз растание энтропии в изолированной системе, которая не обменивается энергией с окружающей средой, следует рас сматривать как проявление все увеличивающегося хаоса, постепенного забывания начальной асимметрии, ибо асим метрия приводит к уменьшению числа способов, которыми может быть осуществлено данное макросостояние, то есть к уменьшению термодинамической вероятности W. Так что
180 Концепции современного естествознания
любая изолированная система самопроизвольно эволюцио нирует в направлении забывания начальных условий, пере хода в макроскопическое состояние с максимальным W, соответствующим состоянию хаоса и максимальной симмет рии. При этом энтропия возрастает, что соответствует са мопроизвольной эволюции системы. Закон этот обойти нельзя, возрастание энтропии является платой за любой вы игрыш в работе, оно присутствует во всех физических явле ниях. В состоянии теплового равновесия энтропия дости гает своего максимального значения. Иными словами, в равновесном состоянии существует состояние молекулярно го хаоса, что означает полное забывание системой своего начального состояния, несохранения системой информации о своем прошлом.
По словам Эддингтона, возрастание энтропии, опре деляющее необратимые процессы, есть "стрела времени". Для изолированной системы будущее всегда расположено в направлении возрастания энтропии. Это и отличает буду щее от настоящего, а настоящее от прошлого. То есть воз растание энтропии определяет направление, стрелу време ни. Энтропия же возрастает по мере увеличения беспоряд ка в системе. Поэтому любая изолированная физическая система обнаруживает с течением времени тенденцию к пе реходу от порядка к беспорядку. Старая концепция движе ния, которая не обращала должного внимания на необра тимые процессы, по существу, описывала движение как постоянное повторение одного и того же круга превраще ний. Сформулировав II начало термодинамики, Клаузиус проводит четкую границу между движением как повторени ем и движением как необратимом процессом. "Часто при ходится слышать, — пишет он, — что все в мире происхо дит в замкнутом круге... Когда первый основной принцип механической теплоты был сформулирован, его, пожалуй, можно было счесть за блестящее подтверждение вышеупо мянутого мнения... Но второй основной принцип механи ческой теплоты противоречит этому мнению решительным образом... Отсюда вытекает, что состояние Вселенной дол-
Раздел 111. Элементы современной физики 181
жно все более и более изменяться в определенном направ лении"1.
4.5. Демон Максвелла
С возникновением термодинамики в физике сложилась весьма щекотливая ситуация. Дело в том, что законы нью тоновской классической механики являются обратимыми. Это своим следствием имеет тот факт, что в классической динамической системе всегда можно, варьируя начальные условия, привести систему в определенное, "нужное", за ранее выбранное состояние. Иными словами, жесткая де терминированность законов классической физики, отсут ствие в ней элементов вероятности, случайности определя ют возможность воздействия на систему, управления систе мой. Наиболее ярким примером подобного детерминиро ванного описания может служить "демон Лапласа".
Второе начало термодинамики указывает на то обстоя тельство, что вследствие необратимого характера протека ния процессов в термодинамических системах они не могут быть управляемыми до конца. И. Пригожий и И. Стен-герс очень образно выразили этот факт словами: "Необра тимое увеличение энтропии описывает приближение сис темы к состоянию, неодолимо "притягивающему" ее, пред почитаемому ею перед другими, — состоянию, из которого система не выйдет по "доброй воле"2.
Однако второе начало термодинамики справедливо для системы с большой совокупностью частиц. На это обстоя тельство особенно обращал внимание Максвелл, говоря о том, что в системах с малым количеством объектов следстви ем статистических законов должно стать нарушение второго начала термодинамики. И если бы имелось такое существо (демон Максвелла), которое обладало бы способностью видеть, следить за каждой молекулой, отбирать отдельные
1 Второе начало термодинамики. М.-Л. 1934. С. 133—134.
2 Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986. С. 173. .
182 Концепции современного естествознания
молекулы, то оно могло бы нарушить закон возрастания эн тропии. Так, если бы это существо отбирало самые быстрые молекулы и перекладывало бы их во второй сосуд, то в пер вом сосуде газ охлаждался, а во втором нагревался. Так что с помощью демона Максвелла можно было бы нагревать газ во втором сосуде без расхода энергии, просто за счет умелого разделения молекул газа на две части. С точки зрения клас сической механики, если рассматривать молекулы в качестве материальных точек, здесь не возникает никакого парадок са. Сам Максвелл считал, что если в макроскопической тео рии следует оперировать усредненными величинами и стати стическими закономерностями, что отличает это описание от принятого в классической механике, то для микропроцес сов такого различения не требуется: здесь тепловые и меха нические явления тождественны по своей сути.
Разрешение парадокса с демоном Максвелла было дано Сциллардом в 1928 году. Демон, для того, чтобы осуще ствлять наблюдение за молекулами, должен иметь размеры, ненамного превышающие размеры самих молекул. Но при этом те молекулы, которые составляют самого демона, сами пребывают в хаотическом движении. Чтобы исключить хао тическое движение самого демона, надо все время поддер живать его при очень низкой температуре. Вот и получает ся, что для подавления собственного хаотического движе ния демона, его собственных флуктуации требуется не мень ше энергии, чем демон мог бы раздобыть, неутомимо ра ботая по разделению быстрых (горячих) и медленных (хо лодных) молекул.
жгавДйТ
г'; 4.6. Проблема тепловой смерти ^' Вселенной. Флуктуационная гипотеза Больцмана
Дальнейшее развитие принципа необратимости, прин ципа возрастания энтропии состояло в распространении это-
Раздел III. Элементы современной физики 183
го принципа на бесконечную Вселенную в целом. Уильям Томсон экстраполировал принцип возрастания энтропии на крупномасштабные процессы, протекающие в природе. Кла-узиус распространил этот принцип на Вселенную в целом, что привело его к гипотезе о тепловой смерти Вселенной. Все физические процессы протекают в направлении переда чи тепла от более горячих тел к менее горячим; это означает, что медленно, но верно идет процесс выравнивания темпе ратуры во Вселенной. Следовательно, будущее вырисовы вается перед нами в достаточно трагических тонах: исчезно вение температурных различий и превращение всей мировой энергии в теплоту, равномерно распределенную во Вселен ной. Отсюда Клаузиус делает вывод о том, что: "1. Энергия мира постоянна. 2. Энтропия мира стремится к максиму му". Экстраполяционный вывод о грядущей тепловой смер ти Вселенной, означающей прекращение каких-либо физи ческих процессов вследствие перехода Вселенной в равновес ное состояние с максимальной энтропией, на протяжении всего дальнейшего развития привлекает внимание ученых, ибо затрагивает как глубинные проблемы чисто научного ха рактера, так и философско-мировоззренческие, указывая оп ределенную верхнюю границу возможности существования че ловечества. С научной точки зрения возникают проблемы пра вомерности следующих экстраполяции, высказанных Клау-зиусом:
1. Вселенная рассматривается как замкнутая система.
2. Эволюция мира может быть описана как смена его состояний.
3. Для мира как целого состояние с максимальной энт ропией имеет смысл, как и для любой конечной системы.
Проблемы эти представляют несомненную трудность и для современной физической теории. Решение их следует искать в общей теории относительности и развивающейся на ее основе современной космологии. Многие теоретики считают, что в общей теории относительности мир как це лое должен рассматриваться "не как замкнутая система, а как система, находящаяся в переменном гравитационном
184 Концепции современного естествознания
поле; в связи с этим применение закона возрастания энтро пии не приводит к выводу о необходимости статистическо го равновесия"1.
Проблему будущего развития Вселенной пытался разре шить Больцман, применивший к замкнутой Вселенной по нятие флуктуации. Под флуктуацией физической величины понимается отклонение истинного значения величины от ее среднего значения, обусловленного хаотическим тепловым движением частиц системы. Больцман принял ограничение Максвелла, согласно которому для небольшого числа частиц второе начало термодинамики не должно применяться, ибо в случае небольшого числа молекул нельзя говорить о состоя нии равновесия системы. При этом он использует это огра ничение для Вселенной, рассматривая видимую часть Все ленной как небольшую область бесконечной Вселенной. Для такой небольшой области допустимы небольшие флуктуаци-онные отклонения от равновесия, благодаря чему в целом исчезает необратимая эволюция Вселенной в направлении к хаосу. Идея эволюции, результатом которой явилась бы са моорганизация материи, возникновение огромной палитры многообразных красок физической реальности, неотразимо влекла Больцмана. Больцман назвал XIX век, век величай ших открытий в области физики, ...веком Дарвина, подчер кивая особое значение эволюционной теории Дарвина. Если эволюционная теория Дарвина — это путь от спонтанных флуктуации видов, после чего наступает отбор и необрати мая биологическая эволюция в сторону возникновения и воз растания сложности, то в физике, согласно II началу термо динамики, картина обратная: необратимость приводит к за быванию начальных условий и разрушению порядка. Со вре мен Дарвина идея эволюции и самоорганизации целиком от носилась к живым организмам. Больцман поставил своей це лью не просто описать состояние равновесия, но и создать теорию эволюции системы к равновесию. При этом он пы тался соединить II начало термодинамики с динамикой,
1 Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М. Статистическая физика. М., 1964. С. 46.
Раздел III. Элементы современной физики 185
вывести "необратимость" из динамики. Флуктуационная ги потеза Больцмана как раз является развитием этих его уст ремлений. Как отмечают И. Пригожий, И. Стенгерс: "Его мечтой было стать Дарвином эволюции материи"1. При фор мировании флуктуационной гипотезы Больцман исходил из допущения, что бесконечная Вселенная уже достигла состо яния термодинамического равновесия. Но вследствие стати стического характера принципа возрастания энтропии для не больших областей этой бесконечной Вселенной возможны мак роскопические отклонения от состояния равновесия — флук туации. "Имеется выбор между двумя представлениями, — пишет Больцман. — Можно предположить, что вся Вселен ная сейчас находится в некотором весьма невероятном состо янии. Но можно мыслить зоны — промежутки времени, по истечении которых снова наступают невероятные события, — такими же крошечными по сравнению с продолжительно стью существования Вселенной, как расстояние от Земли до Сириуса ничтожно по сравнению с ее размерами.
Тогда во всей Вселенной (которая в противном случае повсюду находилась бы в тепловом равновесии, т. е. была бы мертвой) имеются относительно небольшие участки по рядка нашей звездной системы (мы будем называть их от дельными мирами), которые в течение относительно неболь ших по сравнению с эоном промежутков времени значительно отклоняются от теплового равновесия, а именно: среди этих миров одинаково часто встречаются состояния, вероятнос ти которых возрастают и уменьшаются. Таким образом, для Вселенной в целом два направления времени являются не различимыми, так как в пространстве нет верха и низа. Но точно так же, как мы в некотором определенном месте зем ной поверхности называем "низом" направление к центру Земли, так и живое существо, которое находится в опреде ленной временной фазе одного из таких отдельных миров, назовет направление времени, ведущее к более невероят ным состояниям, по-другому, чем противоположное (пер вое — как направление к "прошлому", к началу, последнее
1 Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986. С. 308. .
186 Концепции современного естествознания
— к "будущему", к концу), и вследствие этого названия будет обнаруживать "начало" для этих малых областей, вы деленных из Вселенной, всегда в некотором невероятном состоянии.
Этот метод представляется мне единственным, с помо щью которого можно осмыслить второе начало, тепловую смерть каждого отдельного мира без того, чтобы предпола гать одностороннее изменение всей Вселенной от некоторо го определенного начального состояния к некоторому ито говому конечному состоянию"1.
К сожалению, мечта Больцмана не сбылась в полной мере; ему не удалось найти ключ к объединению динамики и второ го начала термодинамики, а предлагаемая флуктуационная модель эволюции Вселенной имела всего лишь характер ги потезы ad hoc и при этом очень большое число оппонентов.
Скептическое отношение многих ученых к атомистичес кой теории Больцмана (сам он был убежден в том, что от стаиваемое им учение об атомах завоюет признание через много десятков лет), трудности с определением роли II на чала термодинамики в системе естествознания, а возмож но, и ряд других причин привели этого замечательного уче ного к трагическому концу. В 1906 году он покончил жизнь самоубийством.
XX век вносит свои коррективы в проблемы самоорга низации сложных систем и формирует новое междисципли нарное направление — синергетику, в рамках которой мы и попытаемся рассмотреть эволюцию Вселенной.
4.7. Синергетика. Рождение порядка ¥ из хаоса. Синергетическое видение s
эволюции Вселенной ••&"
т-
Понятие хаоса играло немаловажную роль на протяже нии всей истории развития человеческой мысли. С хаосом
1 Больцман Л. Избранные труды. М., 1984.
Раздел III. Элементы современной физики 187
связывались представления о гибельном беспорядке, о не различимой пучине, зияющей бездне. Собственно, такое представление является наиболее распространенным и в обы денной жизни. Тем не менее идея первичного хаоса, из которого потом все родилось, также достаточно распрост ранена в древних мифах, в восточной философии, в учени ях древних греков. И в ведийских "Ригведах", и в учении Платона мы встречаемся с мыслью о превращении изначаль ного Хаоса в Космос, о возникновении из него "жизнедея тельного". Эти представления очень созвучны современно му развитию естествознания. Начиная с семидесятых годов нашего века бурно развивается направление, называемое си нергетикой, в фокусе внимания которого оказываются слож ные системы с самоорганизующимися процессами, систе мы, в которых эволюция протекает от хаоса к порядку, от симметрии ко все возрастающей сложности.
Синергетика в переводе с греческого языка означает со дружество, коллективное поведение. Термин этот впервые был введен Хакеном. Как новационное направление в на уке синергетика возникла в первую очередь благодаря выда ющимся достижениям в области неравновесной термодина мики, достигнутым И. Пригожиным. Им было показано, что в неравновесных открытых системах возможны эффек ты, приводящие не к возрастанию энтропии и стремлению термодинамических систем к состоянию равновесного хао са, а к "самопроизвольному" возникновению упорядочен ных структур, к рождению порядка из хаоса.
Процессы, протекающие в различных явлениях приро ды, следует разделять на два класса. К первому классу от носятся процессы, протекающие в замкнутых системах. Они развиваются в направлении возрастания энтропии и приво дят к установлению равновесного состояния в системах. Ко второму классу относятся процессы, проистекающие в от крытых системах. В соответствующие моменты — моменты неустойчивости — в них могут возникать малые возмуще ния, флуктуации, способные разрастаться в макрострукту ры. Таким образом, хаос и случайности в нем могут высту-
188 Концепции современного естествознания
пать в качестве активного начала, приводящего к развитию новых самоорганизаций. Таким образом, флуктуационная гипотеза Больцмана на современном витке развития науки получает в некотором смысле "оправдание" и "право на жизнь". Одним из важнейших результатов, полученных Пригожиным, его школой и последователями, является новый подход к анализу сложных явлений. Во-первых, са моорганизация в сложных системах свидетельствует о невоз можности установления жесткого контроля за системой. То есть самоорганизующейся системе нельзя навязать путь раз вития. Управление такой системой может рассматриваться лишь как способствование собственным тенденциям разви тия системы с учетом присущих ей элементов саморегуля ции. Во-вторых, для самоорганизующихся систем существу ет несколько различных путей развития. В равновесном или слаборавновесном состоянии в системе существует только одно стационарное состояние, которое зависит от некото рых управляющих параметров. Изменение этих управляю щих параметров будет уводить систему из равновесного со стояния. В конце концов вдали от равновесия система до стигает некоторой критической точки, называемой точкой бифуркации. Начиная с этого момента на дальнейший ход эволюции системы могут оказывать воздействие даже нич тожно малые флуктуации, которые в равновесном состоя нии системы попросту неразличимы. Поэтому невозможно точно предсказать, какой путь эволюции выберет система за порогом бифуркации.
Современная космология рассматривает в качестве од ного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселен ной, в рамках которого удается решить большинство космо логических проблем, сценарий, включающий инфляцион ную стадию. Основная идея инфляционной теории состоит в том, что расширение Вселенной и весь последующий ход ее эволюции рассматривается из состояния, когда вся мате рия была представлена только физическим вакуумом. Од нако в физической теории "вакуум" уже давно перестал быть "пустотой", "ничем". Вакуум — это "Нечто", хотя и по
Раздел III. Элементы современной физики 189
имени "Ничто". (Напомним, что vacuum в переводе с ла тинского означает пустота.) В вакууме ничего нет только в среднем. В действительности в нем постоянно происходят процессы рождения и уничтожения всевозможных частиц, квантов полей. Вакуум нашей Вселенной обладает вполне конкретными свойствами, определившими характер взаи модействий, специфику явлений, протекающих в нашем мире. Возможно, наша Вселенная — это лишь мини-Все ленная, обитаемый островок, на котором возникла жизнь нашего типа. Инфляция (от латинского слова inflatio) оз начает вздутие. Инфляционная стадия предполагает про цесс вздутия Вселенной. При этом вакуум той эпохи Все ленной — "ложный вакуум". Он отличается от истинного вакуума (считается, что истинный вакуум — это состояние с наинизшей энергией) тем, что обладает огромной энер гией. Квантовая природа наделяет "ложный" вакуум стрем лением к гравитационному отталкиванию, обеспечивающему его раздувание. Этот "ложный" вакуум представляет собой симметричное, но энергетически невыгодное, нестабиль ное состояние, что на языке физики означает стремление его к распаду. Эволюция Вселенной предстает в контексте инфляционной теории как синергетический самоорганизу ющийся процесс. Если встать на точку зрения модели Все ленной как замкнутой системы, то процессы самоорганиза ции могут быть рассмотрены в пей как взаимодействие двух открытых подсистем — физического вакуума и всевозмож ных микрочастиц и квантов полей. Считается, что в про цессе расширения из вакуумного суперсимметричного со стояния Вселенная разогрелась до Большого взрыва. Даль нейший ход ее истории пролегал через критические точки — точки бифуркации, в которых происходили нарушения симметрии исходного вакуума. В эти моменты энергия из вакуума перекачивалась в энергию тех частиц и полей, ко торые из вакуума же и рождались. Причем ход этой эволю ции, выбор путей дальнейшего развития в моменты бифур каций оказался именно таким, что в результате появилась жизнь нашего типа.
190 Концепции современного естествознания
Космология, наука об эволюции Вселенной — очень молодая наука. Хотя космологические построения являлись сердцевиной многих учений, начиная с древности, все они являются предысторией научной космологии. Лишь созда ние общей теории относительности Эйнштейна в 1916 году открыло новую, строго научную эру развития этой дисцип лины. Современный же этап ее истории свидетельствует о полном слиянии двух в прошлом различных отраслей зна ния — космологии и физики элементарных частиц — в одну науку. Так что рассматриваемые в космологии модели эво люции Вселенной, в том числе и инфляционная теория — не досужие домыслы фантазеров, а модели, которые еще должны прорабатываться, дополняться, но в рамках кото рых видится возможность для решения как известных кос мологических проблем, так и проблем физики элементар ных частиц.
Следует отметить высокий темп появления идей и от крытий при описании синергетических явлений во всех от раслях науки. Важное значение синергетики состоит в том, что она указывает границы применимости II начала термо динамики и, более того, делает его элементом более широ кой теории необратимых процессов, в которой предполага ется естественное описание с единой точки зрения обоих классов явлений природы. „, :ji ,,
Вопросы для самоконтроля , , >
1. Может ли тепловая машина, работающая по циклу Карно, быть необратимой? Сформулируйте достаточные ус ловия обратимости такой машины.
2. Какая система играет, в конечном счете, роль холо дильника в тех тепловых машинах, которые используются человеком? Какие проблемы глобального характера при этом возникают?
3. Что является нагревателем, а что холодильником в ракетном двигателе?
4. Покажите эквивалентность формулировок II начала термодинамики.
Раздел III. Элементы современной физики 191
5. Укажите причины, вследствие которых невозможно построение вечных двигателей первого и второго рода.
6. Макроскопическая система состоит из трех макро скопических подсистем со статистическими весами Wh W2 и W3. Чему равен статистический вес W\\ энтропия б'всей системы?
7. В чем состоит статистический смысл понятия энт ропии?
8. Как вы понимаете выражение "стрела времени"?
9. Приведите аргументы, разрешающие парадокс "де мона Максвелла".
10. Приведите примеры самоорганизации, синергети-ческого поведения систем, известные вам из истории на уки, истории развития человеческого общества.
( .,- :, '.I '.•!.'•>; <-:>ti:.,i,,.rii ji.-. :%Zi\:
и;ф;'-У-:');-'>;.}чСЙ':! >\l '•:.'-^'-:.-:
. .".•' ,•.-.•:;' :'.\'Й .'ii'ji ,, ' , ' ',''. 4. .•:'.^&VK
: »!,-,.. j,:;''J ;I 'H'.;;:
'•ЗЯШВЗЯ UM;«<.Jo-:;;i ;•;'"
Раздел IV
Основные понятия и представления химии
1. Химия в системе "общество
— природа" *'
На протяжении длительного развития человечество не раз сталкивалось с большим числом проблем, от которых не редко зависело само его существование. Чтобы выжить, наш предок научился изготавливать и использовать простейшие орудия труда, чем компенсировал свои природные недостат ки. В дальнейшем первобытный человек, оказавшись перед проблемой обеспечения пищей, освоил охоту, а затем зем леделие и скотоводство. Освоение все более сложных орудий и предметов труда вызвало энергетическую проблему, потре бовало перехода от естественных источников энергии к более совершенным. Энергетическая проблема привела человека последовательно к освоению энергии пара, тепловой, элек трической энергии, наконец, энергии атома.
Необходимость повышения производительности труда и эффективности производства, роста темпов добычи и переработки громадного объема минеральных ресурсов, на ряду с необходимостью решения энергетической проблемы, вызвали к жизни широкое использование химической тех нологии, всеобщую химизацию, а затем и компьютериза цию общественного производства и быта.
Суммируя, можно сказать, что лейтмотивом, осью раз вития человеческой цивилизации является проблема выжива-
Раздел IV. Основные понятия и представления химии 193
ния человеческого общества в условиях окружающей среды, природы в целом. Мотив выживания, как представляется, есть ведущий мотив всей преобразующей деятельности че ловека на земле. Для своего выживания человек всегда был и будет вынужден решать вечные проблемы овладения ве ществом, энергией и информацией.
Успехи человека в решении больших и малых проблем овладения веществом, энергией и информацией в значи тельной мере были достигнуты благодаря становлению и развитию химии, различных химических технологий. Хи мизация общественного производства и быта позволила че ловеку решить многие социальные проблемы (наращивание производства продуктов питания, широкое освоение неф-тсгазоперсработки, производство металлов, материалов бытовой химии и т. д.). Однако химизация обернулась "вто рой стороной медали". Химия нарушила сложившееся в течение миллионов лет равновесие природных процессов на планете, стала отражаться на здоровье самого человека. Химия вызвала проблемы загрязнения атмосферы, вод, рек и водоемов, оказала влияние на такое ранее не известное явление, как снижение биологической активности всего живого на земле, вызвала обострение традиционных болез ней человека, появление новых, в частности, аллергичес ких заболеваний.
Таким образом, человек, пройдя ряд этапов развития — от огня костра до термоядерной бомбы, к началу XXI века оказался в условиях, когда в очередной раз встал воп рос о его выживании. На сей раз проблема выживания че ловечества оказалась усложненной проблемами геополити ческого, социального и чисто технического характера. Ре шение последних затруднено ввиду потребительского харак тера сложившейся цивилизации и эгоцентризма индустри ально развитых стран ("золотой миллиард"). Однако, опи раясь на идеи В. И. Вернадского о перерастании биосферы в ноосферу, можно говорить о неслучайности появления человека на Земле, о его предназначении в кризисной ситуации сыграть роль спасителя Природы, обеспечить
7. Зак. 261
194 '• Концепции современного естествознания дг;:'1
экологическую безопасность всего живого на планете. За дача состоит в том, чтобы гармонизировать отношения об щество — природа таким образом, чтобы компенсаторных возможностей окружающей среды было достаточно для ней трализации антропогенных воздействий на нее.
Из сказанного вытекает, что место и роль химии в со временной цивилизации должны рассматриваться систем но, т. е. во всем многообразии отношений, существующих между обществом и природной средой в рамках критерия экологической безопасности. В то же время неизбежно рас смотрение самой химии как системы, состоящей из множе ства подсистем и элементов, находящихся во взаимосвязи друг с другом и образующих в совокупности определенную целостность. За невозможностью рассмотрению здесь всего объема поставленных вопросов приоритет будет отдан об щей характеристике химии, основным законам химическо го движения материи, освещению отдельных подсистем, тя готеющих к практической деятельности человека.
2. Важнейшие понятия и законы , химии А
Химия — это естественная наука, изучающая химичес кие превращения материи и исследующая условия, при ко торых эти превращения происходят. Химия занимается так же физическими явлениями природы, сопровождающими химические изменения материи, изучает причины и законы управления химическими процессами, а также рассматрива ет составные части материи и их применение на практике.
Отдельные химические процессы (получение металлов из руд, крашение тканей и др.) использовались еще на заре ста новления человеческой цивилизации. Позже, в III—IV ве ках, зародилась алхимия, задачей которой было превраще ние неблагородных металлов в благородные (золото, сереб ро). Начиная с эпохи Возрождения, химические исследова-
Раздел IV. Основные понятая и представления химии 195
имя все в большей мере стали использовать для практических целей (металлургия, стеклоделие, керамика, получение кра сок и т. д.). Во второй половине XVII века Р. Бойль дал первое научное определение понятия "химический элемент".
Превращение химии в подлинную науку завершилось во пторой половине XVIII века, когда был сформулирован за кон сохранения массы вещества при химических реакциях (М. В. Ломоносов, А. Л. Лавуазье). В начале XIX века Дж. Дальтон ввел понятие "молекула". Атомно-молекуляр-ные представления утвердились в 60-х годах XIX века. В этот период А. М. Бутлеров создал теорию строения хими ческих соединений, а Д. И. Менделеев открыл периоди ческий закон (периодическая система элементов Менделее ва). С конца XIX — начала XX века важнейшим направле нием химии стала разработка теоретических основ науки (электронная теория), изучение закономерностей химичес ких процессов.
И современной химии постепенно оформились само-rroHiftiiiii.u* области химической науки: неорганическая хи мии, орпшическан химии, филпеская химия, аналитичес ким химии и другие otiici пленим науки. Па стыке химии и Hpyinv оГишгтей 'ионии ночникли биохимия, агрохимия, Г*очимпн tin биче 'iiiKoiioti химии полнились такие техни-4WMIP Мнут и iijiiihTiriecMie o().n;icTH деятельности челове-НН, Mih, iiinipiiMcp, металлургия и химическая технология. Тиким oflpu him, химия и XX веке сложилась как активный эле мп it сиерхложной системы "общество — природа", пред-сптляющий собой, в свою очередь, открытую систему со ciKK-й структурой и взаимообменом между веществом, энер гией и информацией.
исщсслю. Вещество представляет собой однородный (го-могсннмй) нид материи, т. е. такой материи, каждая час тица которой имеет одинаковые физические свойства. Раз ные изделия, имеющие различное назначение и форму, могут быть изготовлены из одного и того же материала, и их вещество будет одинаковым. Под веществом будем по нимать чистую материю, без примесей. Под материалом —
7*
196 Концепции современного естествознания : ; i
вещество того же наименования, полученное в реальных условиях, т. е. имеющее неизбежные примеси. £
3. Физические и химические r >s преобразования »
Физическим изменением вещества называют такое из менение, при котором внутреннее строение, состав и свой ства вещества не подвергаются изменению. Например, из древесины изготавливают мебель, при этом внутреннее стро ение (структура), состав и свойства древесины остаются прежними.
Химическими изменениями вещества называют такие, когда в результате взаимодействия не менее двух веществ (химической реакции) происходят изменения не только физических свойств прореагировавших веществ, но меня ется их химический состав и структура. На пример, химической переработкой природного газа из ме тана получают водород, этилен, ацетилен, метиловый спирт и другие продукты. Именно такими изменениями веществ, их изучением, описанием и объяснением и занимается химия. Практическое применение изменений излагает хи мическая технология. Химические процессы также лежат в основе жизнедеятельности всех живых организмов (био химия).
4. Химическое разложение. Понятие об элементе
Если подвергнуть обыкновенный известняк нагреву, получится известь и углекислый газ. Известь и углекислый газ можно подвергнуть дальнейшему разложению (известь
Раздел IV. Основные понятия и представления химии 197
на кальций и кислород, углекислый газ на углерод и кисло род). Полученные вещества разложению уже не подверга ются. На сегодня известно 112 таких веществ, их называют простейшими веществами, или химическими элементами.
Химическое разложение, в результате которого полу чаются простейшие вещества, называется химическим ана лизом.
Химическую реакцию анализа упрощенно можно выра зить уравнением: А = В + С, где А — исходное сложное вещество, а В и С — полученные вещества (элементы).
Все известные на сегодня элементы в систематизиро ванном виде в соответствии с периодическим законом, от крытым Д. И. Менделеевым, расположены в Периодичес кой системе элементов Менделеева — таблице, демонстри руемой в любом учебнике химии, физики, в справочниках и даже на обложках школьных тетрадей.
Элементы классифицируются на металлы (золото, пла тима, серебро, железо, медь, алюминий, кальций, ртуть и др.) и неметаллы (сера, фосфор, углерод, азот, хлор, кислород и т. д.). Вещества в обычных условиях могут быть тиердыми, жидкими и газообразными (агрегатное состоя ние). Установлено, что в составе земной коры, морской воды и атмосферы содержится примерно:
49,5 % кислорода 25,3 % кремния 7,5 % алюминия 5,08 % железа 3,39 % кальция
2,63 % натрия 2,4 % калия ': 1,93% магния R' ; 0,87 % водорода менее 1 % остальных.
Из сказанного следует, что простейшие вещества явля ются основой всей живой и неживой материи, а следова тельно, и всей Вселенной.
Польши! icTuo веществ, находящихся в естественных ус ловиях, состоят в соединениях друг с другом, т. е. явля ются веществами сложными. Незначительное число элемен тов в природе находится в свободном состоянии (кислород, серебро, сера и некоторые другие).
198
Концепции современного естествознания
5. Химический синтез. Понятие о соединении
Если нагревать цинковый порошок с серой (два отдель ных элемента), то в результате получается соединение, на зываемое сернистым цинком, которое по своим свойствам отличается от исходных простейших веществ. Такое соеди нение элементов называется синтезом. Простое перемеши вание исходных материалов без их химического соединения называют смесью.
Когда говорят о химическом синтезе, то подразумева ют производство сложных соединений из исходных элемен тов (например, производство искусственного каучука, кам форы и т. д.). Полученные материалы в результате синтеза называют синтетическими материалами.
Химический синтез можно упрощенно выразить урав нением А+В=С, где А и В — исходные вещества, а С —\ синтезированное вещество.
6. Основные законы химии
Химические процессы подчиняются всеобщим законам природы — закону сохранения массы вещества и закону со хранения энергии.
Закон сохранения массы вещества установили М. В. Ло моносов и А. Л. Лавуазье почти независимо друг от друга. Они далеко продвинули развитие химии тем, что при хи мических реакциях применили физические методы, в част ности, взвешивание.
Закон сохранения массы в химических процессах можно сформулировать так: сумма масс исходных веществ (соеди нений) равна сумме масс продуктов химической реакции. Например, при разложении воды масса воды будет равна сумме массы водорода и массы кислорода. Из закона сохра нения вещества вытекает, что вещество нельзя ни создать из ничего, ни уничтожить совсем.
Раздел IV. Основные понятия и представления химии 199
Количественным выражением закона сохранения мас сы веществ применительно к производственному химичес кому процессу является материальный баланс, в котором подтверждается, что масса веществ, поступивших на тех нологическую операцию (приход), равна массе полученных веществ (расход):
мт + мж + мг =
мд
где Мт, Мж, Мг — соответственно массы твердых, жидких и газообразных материалов, поступивших на обработку (при ход материалов); Мт', Мж', Мг' — массы продуктов, полу чившихся в результате химической переработки (расход ма териалов).
Закон сохранения энергии действует во всех случаях и повсюду, где одна форма энергии переходит в другую. На пример, при переходе энергии пара в турбине в энергию вра щательного движения, т. е. механическую энергию, при пе реходе электрической энергии в электрической лампочке в световую и т. д. Так же как нельзя ни уничтожить, ни со здать вещество, нельзя ни создать, ни уничтожить энергию.
Специфическим видом энергии является химическая энергия, которая освобождается или расходуется при каж дой химической реакции. Химическую энергию, как лю бой вид энергии, можно превратить в механическую (ис пользование взрывчатых веществ), тепловую (сжигание топ лива), электрическую (гальванические элементы) и т. п. Измерить химическую энергию непосредственно нельзя. Ее величина определяется как величина тепловой энергии в кДж (в килоджоулях).
Различают химические реакции с выделением тепла и химические реакции с поглощением тепла. Первые назы ваются экзотермическими, вторые — эндотермическими ре акциями. Изучением тепловых явлений при химических реакциях занимается термохимия.
Количественным выражением закона сохранения энер гии в химическом производстве является тепловой (энерге тический) баланс. Применительно к тепловым процессам
200
Концепции современного естествознания
химической переработки закон сохранения энергии форму лируется так: количество тепловой энергии, принесенной в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зоны. Пример равенства прихода и расхода теплоты можно выразить уравнением:
0Ф + Оэ + qb = 0Ф' + Qn1,
где <3ф — физическая теплота, введенная в процесс с ис ходными веществами; Q3 — теплота экзотермических реак ций; QB — теплота, введенная в процесс извне; Q^' — фи зическая теплота, выведенная из процесса с продуктами ре акции; Qn' — потери теплоты в окружающую среду.
7. Атомно-молекулярное учение. , Электронная теория
Ведущей идеей атомно-молекулярного учения, состав ляющего фундамент современной физики, химии и есте ствознания, является идея дискретности (прерывности стро ения) вещества. Вещество не заполняет целиком занимае мое им пространство, оно состоит из отдельных находящихся на очень малом расстоянии друг от друга частиц, называе мых молекулами. Каждая молекула, в свою очередь, состо ит из еще более мелких частиц — атомов. Число видов мо лекул исчисляется количеством возможных соединений (по рядка миллиона), число атомов равно числу химических элементов (112, о чем было сказано выше).
Атомы разных наименований веществ различаются атом ной массой. При обычных условиях атомы отдельно суще ствовать не могут. Ввиду их способности соединяться, одно именные атомы образуют молекулы элементов, а разноимен ные — молекулы соединений. Атомы элементов не меняют ся в результате химического процесса. Молекулы при любой химической реакции — изменяются.
С открытием радиоактивности в самом конце XIX века представление о неделимости атома изменилось. Было до-
Раздел IV. Основные понятия и представления химии 201
казано, что атомы веществ имеют сложное строение и что все химические изменения вызываются преимущественно дей ствием электрических сил. Атомы всех элементов являются системами, образующимися из так называемых элементар ных частиц — протонов, электронов, нейтронов. Атомы одного и того же элемента имеют ядро, содержащее одина ковое число протонов. Атомы разных элементов различают ся между собой числом протонов и их расположением.
Согласно электронной теории строения вещества атом любого элемента состоит из электрически положительно за ряженного атомного ядра, состоящего из протонов и нейт ронов. Вокруг ядра подобно планетам Солнечной системы обращаются электроотрицательно заряженные электроны ("электронная оболочка"), которые по сравнению с ядром почти не имеют массы. Атом в целом является электрически нейтральным — заряд ядра атома равен заряду электронной оболочки, т. е. число электронов оболочки равно числу про тонов ядра атома. Электроны вращаются вокруг ядра атома по определенным энергетически уравновешенным орбитам.
Исследование радиоактивности химических элементов привело к открытию изотопов. С современной точки зрения, изотопы — это разновидности атомов одного и того же хими ческого элемента: у них разная атомная масса, но одинаковый заряд ядра. Ядра таких элементов содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов и занимают одно и то же место в периодической системе элементов. Изотопы при меняют в ядерной технике как конструкционный материал, в качестве ядерного горючего, в термоядерном синтезе. Радио активные изотопы широко используются в качестве источни ков излучения, в технике меченых атомов и т. д.
Учение о строении атома сыграло и играет колоссальную роль в химии и физике XX века. На основе атомной модели вскрыты глубинные принципы периодического изменения свойств химических элементов и развита теория периодичес кой системы Д. И. Менделеева. Решающее значение здесь имело установление закономерностей формирования электрон ных конфигураций (оболочек) по мере роста заряда атомного
202
Концепции современного естествознания
ядра z. Другой важной количественной характеристикой атома является его масса. Атомная масса — относительная величи на. В качестве единицы атомной массы используют 1/12 часть массы природного углерода. Третьей важной количествен ной характеристикой является радиус орбит электронов от ядра до максимальной плотности электронов на отдельных орби тах атома. Все эти характеристики являются основой теоре тических и практических расчетов в химии.
8. Химическое соединение vn
Взаимное соединение элементов не является произволь ным. Опыт показывает, что некоторые элементы соединяют ся с другими, а некоторые — нет. Способность атомов связы вать один или большее число атомов другого элемента называ ется валентностью. Электронная теория строения вещества говорит о том, что соединяться могут только такие элементы, атомы которых имеют незаполненные внешние электронные орбиты (валентные сферы), обладающие определенной валент ностью и вследствие чего проявляющие неустойчивость.
Существует большое разнообразие типов химического взаимодействия веществ. Однако характерным для них яв ляется перестройка электронных оболочек связываемых ато мов. В результате перестройки происходит обобществление электронов соединяемых элементов, а система в целом при ходит в устойчивое положение. Межатомное взаимодействие, сопровождающееся перестройкой валентных электронных оболочек атомов и обобщесталением электронов, называют химической, или ковалентной, связью.
.n^yv^i .-••.;.-
9. Реакционная способность ы^^°'!
веществ ... .,. '-ц* V','.'-
Число известных в природе и техник$;шмическихпро цессов очень велико. Одни из них, например, окисление
Раздел IV. Основные понятия и представления химии 203
бронзы на воздухе, протекают веками, другие — горение бензина — очень быстро. Разложение же взрывчатых ве ществ происходит в миллионные доли секунды. При про мышленном производстве химических продуктов очень важно знать закономерности протекания реакций во времени, т. е. зависимость их скорости и выхода продуктов от темпе ратуры, давления, концентрации реагентов и примесей.
Изучением скорости и особенностей протекания хими ческих реакций занимается химическая кинетика. Осново полагающим для химической кинетики является представ ление о том, что исходные вещества, вступающие в хими ческую реакцию, чрезвычайно редко непосредственно пре вращаются в ее продукты. В большинстве случаев реакция проходит ряд последовательных и параллельных стадий, на которых образуются и расходуются промежуточные вещества. Число последовательных стадий может быть очень велико — в цепных реакциях их десятки и сотни тысяч. Время жизни промежуточных веществ весьма разнообразно: одни вполне стабильны, другие существуют доли секунды. Изучение ско рости протекания химических процессов показало, что хи мические реакции протекают тем быстрее, чем выше тем пература, давление и концентрация реагентов — в этом слу чае чаще происходит столкновение молекул реагирующих ве ществ, реакция идет быстрее.
На скорость некоторых химических реакций можно вли ять присутствием небольшого количества определенных ве ществ, которые сами в реакции участия не принимают. Вещества эти называются катализаторами. Катализаторы бывают положительными, ускоряющими реакцию, и отри цательными — замедляющими ее.
Каталитическое ускорение химической реакции назы вается катализом и является важнейшим приемом совре менной химической технологии (производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.). Благодаря ка тализу существенно повысилась эффективность экономики химической промышленности, поскольку ускорение хими ческих реакций заметно влияет на снижение издержек про изводства.
204 Концепции современного естествознания
10. Химическая технология. Химическая промышленность
Химическая технология — прикладная научная дисцип лина о процессах, методах и средствах переработки сырья в конечный химический продукт. Основная задача химичес кой технологии — оптимальное сочетание в единой техно логической системе разнообразных химических преобразо ваний с физико-химическими и механическими процесса ми, типа измельчения твердых материалов, фильтрования, воздействия высоких или низких температур, электричес ких полей и т. п.
Для решения задач химической технологии используют достижения всех разделов химии, биологии, кибернетики, экономики. Химические технологии классифицируются по сырью (технология нефти, пластмасс), по виду товара (тех нология удобрений, красителей и т. п.), по группам эле ментов (технология щелочных металлов, технология тяже лых металлов и т. п.), по типам химических процессов (тех нология хлорирования и др.).
Химическая технология является научной базой хими ческой промышленности. Химическая промышленность в целом — одна из крупнейших отраслей промышленности — сложная производственная система, состоящая из 15 специ ализированных отраслей. 11 отраслей из 15 организованы в химическую промышленность, 4 — в нефтехимическую.
В химическую промышленность входят:
1. Горнохимическая промышленность. •'•'•'•: 2. Основная химия.
3. Промышленность химических волокон.
4. Промышленность синтетических смол и пластичес ких масс.
5. Промышленность пластмассовых изделий.
6. Лакокрасочная промышленность.
7. Промышленность химических реактивов и особо «ИГ-стых веществ. •" i'
Раздел IV. Основные понятия и представления химии 205
8. Промышленность синтетических красителей.
9. Химико-фотографическая промышленность.
10. Промышленность бытовой химии.
11. Другие отрасли (производство химпоглотителей, кремнийорганических соединений и других продуктов). В нефтехимическую промышленность входят:
1. Производство синтетического каучука.
2. Производство продуктов основного органического синтеза.
3. Сажевая промышленность.
4. Резиноасбестовая промышленность.
Химическая промышленность характеризуется тесными связями со всеми отраслями народного хозяйства благодаря широкому ассортименту производимой ею продукции. Эта область производства отличается высокой материалоемкос-тью и энергоемкостью. Материальные и энергетические зат раты в производстве продукции могут составлять от 2/3 до 4/5 себестоимости конечного продукта.
Развитие химической технологии идет по пути комп лексного использования сырья и энергии, применения не прерывных и безотходных процессов с учетом экологичес кой безопасности окружающей среды, применения высо ких давлений и температур, достижений автоматизации к кибернетизации.
* * *
Выше были изложены основные представления о хи мии, ее законах, месте в человеческой цивилизации. В заключение раздела следует еще раз подчеркнуть, что химия — "палка о двух концах". С одной стороны, это благо для человека, без которого немыслимо дальнейшее развитие об щества, с другой — бедствие для природы. Производствен ная деятельность человека нанесла и, что главное, продол жает наносить биосфере серьезный урон, нарушая общее эко логическое равновесие.
Угроза экологической катастрофы требует пересмотра отношения современной "химизированной" цивилизации к
206 Концепции современного естествознания й-
природе. Экологические проблемы порождены не только экономикой и техникой, экологические проблемы в насто ящее время порождены нравственным состоянием человече ства. Вопрос состоит не только в том, чтобы остановить процесс разрушения природы техническими средствами. Вопрос состоит в том, чтобы в корне изменить потреби тельское отношение человека к окружающему миру. Чело вечество должно стремиться не просто к выживанию, но к нормальной, достойной каждого человека жизни в услови ях гармонии с природой.
Вопросы для самоконтроля
1. Охарактеризуйте место и роль химии в системе "об-щество — природа".
2. Покажите структуру химии как науки и как практи ческой деятельности человека.
3. Изложите основные сведения о веществе и его стро ении.
4. Назовите химические процессы и изложите основ ные представления о них.
5. Опишите важнейшие законы химии и их практичес кое использование в химической технологии.
6. Изложите основные представления о реакционной с п< 'Собности веществ.
7. Изложите ваши размышления о проблеме "химия и экология".
И(Ь
РазделУ
Возникновение
и эволюция жизни
• > Природа жизни, ее происхождение, разнообразие жи вых существ и объединяющая их структурная и функциональ ная близость занимает одно из центральных мест в биологи-••«; ческой проблематике. ,у
1. Теории возникновения жизни '
Теории, касающиеся возникновения Земли, да и всей Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Соглас но теории стационарного состояния, Вселенная существова ла извечно. Согласно другим гипотезам, Вселенная возник ла из сгустка нейтронов в результате Большого взрыва, ро дилась в одной из черных дыр или же была создана Творцом. Вопреки бытующим представлениям, наука не в состоянии опровергнуть идею о божественном сотворении первоздан ной Вселенной, так же как теологические взгляды не обяза тельно отвергают возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты, объяснимые на основе за конов природы.
Среди главных теорий возникновения жизни на Земле следует упомянуть следующие:
1) жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время (креационизм);
2) жизнь возникала неоднократно из неживого веще ства (самопроизвольное зарождение);
208 Концепции современного естествознания
3) жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния);
4) жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия);
5) жизнь возникла в результате процессов, подчиняю щихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).
1.1. Креационизм
*'5" Согласно этой теории, жизнь возникла в результате ка кого-то сверхъестественного события в прошлом; ее при держиваются последователи почти всех наиболее распрост раненных религиозных учений. В 1650 году архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н. э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в биб лейской генеалогии, от Адама до Христа ("кто кого родил"). С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показы вают археологические находки, на Ближнем Востоке суще ствовала хорошо развитая городская цивилизация.
Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане призна ют, что Библия — это завет Господа людям, по вопросу о длине "дня", упоминающегося в Книге Бытия, существу ют разногласия. Некоторые считают, что мир и все населя ющие его организмы были созданы за шесть дней продол жительностью по 24 часа. Они отвергают любые другие точ ки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерца ние и божественное откровение. Другие христиане не отно сятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге Бытия изложено в понятной для людей всех времен форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом. Для них описание сотворения жи-
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 209
вых существ относится к ответу скорее на вопрос "почему", а не "каким образом". Если наука в поисках истины широ ко использует наблюдение и эксперимент, то богословие по стигает истину через божественное откровение и веру.
Вера признает вещи, которым нет доказательств в на учном смысле слова. Это означает, что логически не может быть противоречия между научным и богословским объяс нением сотворения мира, так как эти две сферы мышления взаимно исключают одна другую. Для ученого научная ис тина всегда содержит элемент гипотезы, предварительнос ти, но для верующего теологическая истина абсолютна.
Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. Этого достаточно, чтобы вынести всю концеп цию божественного сотворения за рамки научного исследо вания. Наука занимается только теми явлениями, которые поддаются наблюдению, а поэтому она никогда не будет в состоянии ни доказать, ни отвергнуть эту концепцию.
Рис. 1.— Ты об этом пожалеешь!
210 Концепции современного естествознания
1.2. Самопроизвольное (спонтанное)
зарождение
-п
Эта теория была распространена в Древнем Китае, Ва вилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель (384—322 гг. до н. э.), которого часто провозглашают основателем биоло гии, придерживался теории спонтанного зарождения жиз ни. На основе собственных наблюдений он развивал эту те орию дальше, связывая все организмы в непрерывный ряд
— "лестницу природы".
"Ибо природа совершает переход от безжизненных объектов к животным с такой плавной последовательное-тью, поместив между ними существа, которые живут, не будучи при этом животными, что между соседними груп пами, благодаря их тесной близости, едва можно заметить различия" (Аристотель).
Этим утверждением Аристотель укрепил более ранние высказывания Эмпедокла об органической эволюции. Со гласно гипотезе Аристотеля о спонтанном зарождении, оп-ределенные "частицы" вещества содержат некое "активное начало", которое при подходящих условиях может создать живой организм. Аристотель был прав, считая, что это активное начало содержится в оплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствует также в солнеч ном свете, тине и гниющем мясе.
"Таковы факты — живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы. Так же обстоит дело и у растений: некоторые развиваются из семян, а другие как бы самсзарождаются под действием всей природы, возникая из разлагающейся земли или опреде ленных частей растений" (Аристотель).
С распространением христианства теория спонтанного зарождения жизни оказалась не в чести: ее признали лишь те, кто верил в колдовство и поклонялся нечистой силе, но эта идея все продолжала существовать где-то на заднем пла-не в течение еще многих веков.
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 211
Ван Гельмонт (1577—1644 гг.), весьма знаменитый и удачливый ученый, описал эксперимент, в котором он за три недели якобы создал мышей. Для этого нужны были грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Актив ным началом в процессе зарождения мыши ван Гельмонт считал человеческий пот.
В 1688 г. итальянский биолог и врач Франческа Реди, живший во Флоренции, подошел к проблеме возникнове ния жизни более строго и подверг сомнению теорию спон танного зарождения. Реди установил, что маленькие белые червячки, появляющиеся на гниющем мясе, — это личин ки мух. Проведя ряд экспериментов, он получил данные, подтверждающие мысль о том, что жизнь может возник нуть только из предшествующей жизни (концепция биоге неза).
"Убежденность была бы тщетной, если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой — немного рыбы, в третий — угрей из Арно, в четвертый — кусок молочной телятины, плотно за крыл их и запечатал. Затем я поместил то же самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми... Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервили; можно было видеть, как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя про шло много дней, после того как в них была положена дохлая рыба" (Реди).
Эти эксперименты, однако, не привели к отказу от идеи самозарождения, и хотя эта идея несколько отошла на зад ний план, она продолжала оставаться главной теорией в неклерикальной среде.
В то время как эксперименты Реди, казалось бы, оп ровергли спонтанное зарождение мух, первые микроскопи ческие исследования Антона ван Левенгука усилили эту тео рию применительно к микроорганизмам. Сам Левенгук не вступал в споры между сторонниками биогенеза и спон танного зарождения, однако его наблюдения под микро-
212 Концепции современного естествознания
скопом давали пищу обеим теориям и в конце концов побу дили других ученых поставить эксперименты для решения вопроса о возникновении жизни путем спонтанного зарож дения.
В 1765 г. Ладзаро Спаманцани провел следующий опыт: подвергнув мясные и овощные отвары кипячению в тече ние нескольких часов, он сразу же их запечатал, после чего снял с огня. Исследовав жидкости через несколько дней, Спалланцани не обнаружил в них никаких признаков жиз ни. Из этого он сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ и что без них ничто живое уже не могло возникнуть.
В 1860 г. проблемой происхождения жизни занялся Луи Пастер. К этому времени он уже многое сделал в обла сти микробиологии и сумел разрешить проблемы, угрожав шие шелководству и виноделию. Он показал также, что бак терии вездесущи и что неживые материалы легко могут быть заражены живыми существами, если их не стерилизовать должным образом.
В результате ряда экспериментов, в основе которых лежали методы Спалланцани, Пастер доказал справедли вость теории биогенеза и окончательно опроверг теорию спонтанного зарождения.
Однако подтверждение теории биогенеза породило дру гую проблему. Коль скоро для возникновения живого орга низма необходим другой живой организм, то откуда же взялся самый первый живой организм? Только теория стационар ного состояния не требует ответа на этот вопрос, а во всех других теориях подразумевается, что на какой-то стадии ис тории жизни произошел переход от неживого к живому. Было ли это первичным самозарождением? ; „;
1.3. Теория стационарного состояния
Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддержи-
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 213
вать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды так же существовали всегда.
Оценки возраста Земли сильно варьировали — от при мерно 6000 лет по расчетам архиепископа Ашера до 5000 • 106 лет по современным оценкам, основанным на учете скоро стей радиоактивного распада. Более совершенные методы датирования дают все более высокие оценки возраста Зем ли, что позволяет сторонникам теории стационарного со стояния полагать, что Земля существовала всегда. Соглас но этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две воз можности — либо изменение численности, либо вымира ние.
Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может ука зывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кисте-перых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и срав нивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее не многочисленные сторонники интерпретируют появление ис копаемых остатков в экологическом аспекте. Так, напри мер, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением числен ности его популяции или его перемещением в места, благо приятные для сохранения остатков. Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической ле тописи, и она наиболее подробна разработана именно в этом направлении.
:fi4
Концепции современного естествознания
1.4. Теория панспермии
Эта теория не предлагает никакого механизма для объяс нения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внезапном происхождении. Поэтому ее нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто пе реносит проблему возникновения жизни в какое-то другое место Вселенной.
Теория панспермии утверждает, что жизнь могла воз никнуть один или несколько раз в разное время и в разных частях Галактики или Вселенной. Для обоснования этой те ории используются многократные появления НЛО (неопо знанных летающих объектов), наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и "космонавтов", а также (пока еще пишем — не подтвержденные) сообщения о встре чах с инопланетянами. Советские и американские исследо вания в космосе позволяют считать, что вероятность обна ружить жизнь в пределах нашей Солнечной системы нич тожна, — однако они не дают никаких сведений о возмож ной жизни вне этой системы. При изучении материала ме теоритов и комет в них были обнаружены многие "предше ственники живого" — такие вещества, как цианогены, си нильная кислота и органические соединения, которые, воз можно, сыграли роль "семян", падавших на голую землю. Появился ряд сообщений о нахождении в метеоритах объек тов, напоминающих примитивные формы жизни, однако доводы в пользу их биологической природы пока не кажутся ученым убедительными.
1.5. Биохимическая эволюция
Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5—5 млрд. лет.
По мнению многих биологов, в далеком прошлом состо яние нашей планеты было мало похоже на нынешнее: по всей
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 215
вероятности, температура ее поверхности была очень высо кой (4000—8000 градусов по Цельсию). По мере того как Земля остывала, углерод и более тугоплавкие металлы кон денсировались и образовали земную кору; поверхность пла неты была, вероятно, голой и неровной, так как на ней в результате вулканической активности, непрерывных подви жек коры и сжатия, вызванного охлаждением, происходило образование складок и разрывов.
Полагают, что в те времена атмосфера была совершен но не такой, как теперь. Легкие газы — водород, гелий, азот, кислород и аргон — уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей еще недостаточно плотной пла неты не могло их удержать. Однако другие соединения, со держащие (среди прочих) эти элементы, должны были удер живаться: к ним относятся вода, аммиак, двуокись углеро да и метан. До тех пор, пока температура Земли не упала ниже ста градусов по Цельсию, вся вода, вероятно, нахо дилась в парообразном состоянии. Атмосфера была, по-видимому, "восстановительной", о чем свидетельствует наличие в самых древних породах Земли металлов в восста новительной форме, таких как двухвалентное железо. Бо лее молодые горные породы содержат металлы в окислен ной форме, например, трехвалентрюе железо. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, условием для воз никновения жизни; лабораторные опыты показывают, что, как это ни парадоксально, органические вещества (основа живых организмов) гораздо легче создаются в восстанови тельной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом.
В 1923 г. А. И. Опарин высказал мнение, что атмосфе ра первичной Земли была не такой, как сейчас. Исходя из теоретических соображений, он полагал, что органически. вещества, возможно, углеводороды, могли создаваться в океане из более простых соединений; энергию для этих ре акций синтеза, вероятно, доставляла интенсивная солнеч ная радиация (главным образом ультрафиолетовая), падав шая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть. По мнению Опарина,
216 Концепции современного естествознания
разнообразие находившихся в океане простых соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масш табы времени позволяют предположить, что в океанах по степенно накопились органические вещества и образовался тот "первичный бульон", в котором могла возникнуть жизнь. Эта идея была не нова: в 1871 г. схожую мысль вы сказал Дарвин: "Часто говорят, что все необходимые для создания живого организма условия, которые могли когда-то существовать, имеются и в настоящее время, но если (ох, какое это большое "если") представить себе, что в ка ком-то небольшом теплом пруду, содержащем всевозмож ные аммонийные и фосфорные соли, при наличии света, тепла, электричества и т. п. образовался бы химическим путем белок, готовый претерпеть еще более сложные пре вращения, то в наши дни такой материал непрерывно по жирался бы или поглощался, чего не могло случиться до того, как появились живые существа".
В 1953 г. Стэнли Миллер в ряде экспериментов моде лировал условия, предположительно существовавшие на пер вобытной Земле. В созданной им установке (рис. 2), снаб женной источником энергии, ему удалось синтезировать многие вещества, имеющие важное биологическое значе ние, в том числе ряд аминокислот, аденин и простые саха ра, такие как рибоза. После этого Орджел в Институте Солка в сходном эксперименте синтезировал нуклеотидные цепи длиной в шесть мономерных единиц (простые нуклеиновые кислоты).
Позднее возникло предположение, что в первичной атмосфере в относительно высокой концентрации содержа лась двуокись углерода. Недавние эксперименты, проведен ные с использованием установки Миллера, в которую, од нако, поместили смесь СО2 и Н2О и только следовые коли чества других газов, дали такие же результаты, какие полу чил Миллер. Теория Опарина завоевала широкое призна ние, но она оставляет нерешенными проблемы, связанные с переходом от сложных органических веществ к простым
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 217
живым организмам. Именно в этом аспекте теория биохи мической эволюции предлагает общую схему, приемлемую для большинства современных биологов. Однако они не при шли к единому мнению о деталях этого процесса. ••
К вакуумному насосу и газовому баллону (для удаления атмосферного воздуха и введении газов)
Газовая камера Мест) (СИ,) Аммиак (МП,) Водяные пары (11,0) Водород (Н,)
Электрический разряд высокого напряжения , (источник энергии)
Водяная рубашка (охлаждение)
Отделитель жидкости (накапливает продукты химических реакций)
Предполагаемый состав первичной атмосферы
Подогрев
Рис. 2. Установка Стэнли Миллера, в которой он синтезиро вал аминокислоты из газов, создав условия, предположитель но существовавшие в атмосфере первобытной Земли. Газы и водяные пары, циркулировавшие в установке под высоким дав лением, подвергали в течение недели воздействию высокого на пряжения. После этого вещества, собранные в "ловушке ", ис следовали методом хромотографии на бумаге. В общей слож ности было выделено 15 аминокислот, в том числе глицин, аланин и аспарагиновая кислота
Опарин полагал, что решающая роль в превращениях неживого в живое принадлежала белкам. Благодаря амфо-терности белковых молекул, они способны к образованию коллоидных гидрофильных комплексов — притягивают к себе молекулы воды, создающие вокруг них оболочку. Эти ком плексы могут обособляться от всей массы воды, в которой они суспендированы (водной фазы), и образовывать своего рода эмульсию. Слияние таких комплексов друг с другом
218 Концепции современного естествознания
приводит к отделению коллоидов от водной среды — про цесс, называемый коацервацией (от лат. сгусток, куча). Богатые коллоидами коацерваты, возможно, были способ ны обмениваться с окружающей средой веществами и изби рательно накапливать различные соединения, в особеннос ти кристаллоиды. Коллоидный состав данного коацервата, очевидно, зависел от состава среды. Разнообразие состава "бульона" в разных местах вело к различиям в химическом составе коацерватов и поставляло сырье для "биохимичес кого естественного отбора".
Предполагается, что в самих коацерватах входящие в их состав вещества вступали в дальнейшие химические реак ции; при этом происходило поглощение коацерватами ионов металлов и образование ферментов. На границе между коа церватами и внешней средой выстраивались молекулы ли-пидов (сложные углеводы), что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коа-церватам стабильность. В результате включения в коацер-ват предсуществующей молекулы, способности к самовос произведению и внутренней перестройке покрытого липид-ной оболочкой коацервата могла возникнуть примитивная клетка. Увеличение размеров коацерватов и их фрагмента ция, возможно, вели к образованию идентичных коацер ватов, которые могли поглощать больше компонентов сре ды, так что этот процесс мог продолжаться. Такая продол жительная последовательность событий должна была при вести к возникновению примитивного самовоспроизводя щегося гетеротрофного организма, питавшегося органичес кими веществами первичного "бульона".
Хотя эту гипотезу происхождения признают очень мно гие ученые, астроном Фред Хойл недавно высказал мнение, что мысль о возникновении живого в результате описанных выше случайных взаимодействий молекул "столь же нелепа и неправдоподобна, как утверждение, что ураган, пронес шийся над местной свалкой, может привести к сборке Бо-инга-747". Самое трудное для этой теории — объяснить
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 219
появление способности живых систем к самовоспроизведе нию. Гипотезы по этому вопросу пока малоубедительны.
Существенным недостатком старых гипотез о возник новении жизни на Земле, и в частности гипотезы академи ка А. И. Опарина, является то, что они не опираются на современную молекулярную биологию. Впрочем, это вполне естественно, так как механизм передачи наследственных признаков, и в частности роль ДНК, стал в известной сте пени ясным только сравнительно недавно.
Как произошел качественный скачок от неживого к жи вому, гипотеза А. И. Опарина совершенно не объясняет. Только привлечение основных представлений современной молекулярной биологии, а также кибернетики, может по мочь решению этой важнейшей, основной проблемы. Не которые пути ее решения уже намечаются. Важным вопро сом является возможность синтеза ДНК в естественных ус ловиях "первобытной" Земли.
Итак, центральной проблемой происхождения жизни на земле является реконструкция эволюции механизма наслед ственности. Жизнь возникла только тогда, когда начал дей ствовать механизм репликации^. Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других сложных органических со единений — это еще не живой организм. Ведь последний, даже в простейших случаях — это отлично налаженный меха низм, способный к репликации. Можно, конечно, пред положить, что при каких-то исключительно благоприятных обстоятельствах где-то на Земле возникла некая "праДНК", которая и послужила началом всему живому на Земле. Вряд ли, однако, это так, если гипотетическая "праДНК" была вполне подобна современной. Дело в том, что современная ДНК сама по себе совершенно беспомощна. Она может фун кционировать только при наличии белков-ферментов. Ду мать, что чисто случайно, путем "перетряхивания" отдель ных белков — многоатомных молекул — могла возникнуть та кая сложнейшая машина, как "праДНК" и нужный для ее
Репликация — механизм копирования генетического материала.
220 Концепции современного естествознания
функционирования комплекс белков-ферментов, — это зна чит верить в чудеса. Куда, например, более вероятно пред положить, что какая-нибудь мартышка, беспорядочно бара баня по клавиатуре пишущей машинки, случайно напечата ет, например, 66-й сонет Шекспира.
Английский биолог Ф. Крик, расшифровавший код ДНК и получивший за это Нобелевскую премию, считает, что "если это не фантазия, то Мыслящее Существо (Homo sapiens) служит только орудием, упаковкой, неким космо-бусом для распространяющегося Истинного Разума, скры вающегося в разумной и победоносной крупинке рибонук-леиновой кислоты. Это ДНК творит цивилизацию! Наше тело и разум вместе с их физическими и духовными "усили телями" — это только орудия того (занесенного, очевидно, несколько миллионов лет назад на нашу Землю) Зароды ша, который имеет задачу овладеть нашей Галактикой или нашей частью Вселенной. А в дальнейшем будущем — встре ча с Теми, которые его занесли на нашу Землю. Однако это только "фантастическая гипотеза". Речь в этой гипотезе идет о внеземных существах, сеющих семена жизни в различных частях Вселенной, чтобы в конечном счете господствовать над ней. Доводом в пользу этой довольно-таки фантасти ческой гипотезы служит наличие в белке молибдена в коли честве непропорционально большем, чем имеется его на Земле, что может свидетельствовать о космическом генези се ДНК и жизни на нашей планете. При таком подходе человек является в определенном смысле искусственным зна ком, запрограммированным космическим сообщением, до казывающим возможность жизни в космосе.
Мы еще раз должны подчеркнуть, что центральная про блема возникновения жизни на Земле — объяснение каче ственного скачка от "неживого" к "живому" — все еще да лека от ясности. Недаром один из основоположников со временной молекулярной биологии проф. Крик на Бюра-канском симпозиуме в сентябре 1971 г. сказал: "Мы не ви дим пути от первичного бульона до естественного отбора.
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 221
Можно прийти к выводу, что происхождение жизни — чудо, но зто свидетельствует только о нашем незнании".
В связи с возможностью синтеза живого вещества (не обязательно разумного) из неживого возникает большое количество острых проблем. Так, И. С. Шкловский пишет, что "коль скоро не существует принципиального различия между жизнью естественной и жизнью искусственной, нельзя исключить возможность того, что жизнь на некото рых планетах может иметь искусственное происхождение. Небезынтересно в порядке гипотезы обсудить возможность занесения живых спор и микроорганизмов во время посе щения безжизненной планеты недостаточно стерилизован ным инопланетным космическим кораблем.^ Можно также высказать гипотезу гораздо более радикального свойства: жизнь на некоторых планетах могла возникнуть как резуль тат сознательного эксперимента высокоорганизованных кос монавтов, некогда посетивших эти планеты, которые в те времена были безжизненны. Можно даже предположить, что подобное "насаждение жизни", так сказать, "в плано вом порядке" является нормальной практикой высокораз витых цивилизаций, разбросанных в просторах Вселенной. Вместо того, чтобы пассивно ожидать "естественного", са мопроизвольного возникновения жизни на подходящей пла нете — процесса, возможно, весьма маловероятного, вы сокоразвитые галактические цивилизации как бы планомер но сеют посевы жизни во Вселенной... Если это так, то вероятность обитаемости планетных систем в Галактике мо жет быть увеличена на много порядков. Наконец, чтобы быть последовательным, нужно еще учитывать возможность заселения планет, на которых существуют подходящие ус ловия, разумными существами — искусственными или ес тественными".
В интервале времени между 4,6 и 3,83 млрд. лет назад на Земле возможны были два события: 1) химическая эво люция привела к спонтанному зарождению жизни; 2) на нашей планете жизнь возникла благодаря панспермии, семена жизни проросли при благоприятных физических ус-
222 Концепции современного естествознания
ловиях. Английские астрономы Ф. XoiLi и Ч. Викрамасингх приводят аргументы в пользу второго события. Прежде всего против первого события свидетельствует проблема возник новения присущего жизни объема информации, которая специфична в качественном отношении и характеризуется астрономическими числами в количественном отношении. Действительно, хорошо известно, что имеется порядка 1000—2000 ферментов, играющих центральную роль в жиз недеятельности организмов, начиная с простых микроорга низмов и кончая человеком. Расчеты показывают, что ве роятность получить, например, сто ферментов равна 201000, а это превышает число атомов, содержащихся во всех звез дах Вселенной. Поэтому первое событие оказывается не возможным, представляется более вероятной возможность осуществления второго.
Следующим соображением служит факт прекрасного со ответствия общего элементарного состава комет содержанию элементов живой материи. Кроме того, кометы содержат воду и органическое вещество, являющееся превосходной питательной средой для некоторых видов микроорганизмов. Исследования комет показали, что в них неопределенно долго могут сохраняться почти все формы микроорганиз мов, известных в настоящее время на Земле. Согласно ги потезе Ф. Хошш и Ч. Викрамасингха, наша планета ежегод но получает более 10 18 спор как остаток кометного материа ла, рассеянного в Солнечной системе. Таким образом, именно кометы принесли на Землю органические молеку лы, способствовавшие возникновению на ней жизни. Бо лее того, к нам до сих пор продолжают поступать из космоса живые организмы в виде бактерий и вирусов. Необходимо отметить, что данная гипотеза не пользуется большой по пулярностью среди представителей мира науки.
В настоящее время Ф. Хойл и Ч. Викрамасингх исхо дят из существования Высшего разума, который является частью космоса. В качестве основополагающего тезиса бе рется положение о том, что жизнь как на Земле, так и во обще где-либо во Вселенной не может возникнуть случай-
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 223
но. Чтобы объяснить накопленные факты в различных на учных дисциплинах, начиная с космологии и кончая био логией, необходимо выбрать один из альтернативных вари антов: либо жизнь представляет собой акт преднамеренного творения, либо для вечной и безграничной Вселенной ха рактерно неизменное постоянство картин жизни. Приня тие первого варианта приводит современные космологичес кие представления к отождествлению с библейскими исти нами и вносит акт творения в царство эмпирической на уки. Ф. Хойл и Ч. Викрамасингх не приемлют представле ния о Творце, находящемся вне Вселенной, где когда-то вполне естественным путем возник Высший разум, кото рый значительно превосходит человеческий и который со творил жизнь.
В то же время в XX в. получает мощное развитие и хорошее эмпирическое и теоретическое обоснование возрож денная на новом уровне, в новой форме доктрина о спон танном возникновении жизни из неживой материи, причем существуют многочисленные варианты абиогенеза. Эта хи мическая концепция происхождения жизни не может не считаться с тем фундаментальным положением, что гене зис жизни представляет собой закономерный этап в общем развитии Вселенной. Круг вопросов, связанных с идеей о космическом характере жизни, получил серьезное обосно вание в трудах В. И. Вернадского и занимает одно из цен тральных мест в современной науке. В своих "Философ ских мыслях натуралиста" наш соотечественник подчерки вает, что если в самых рахтичных философских системах воп рос о космической природе жизни ставился и ставится мно гократно, то сейчас он должен быть поставлен и в науке. И действительно, многие научные дисциплины: космология, астрофизика, космохимия, планетология, биофизика и другие — дают основания для вывода о том, что жизнь пред ставляет собой результат естественной эволюции Вселенной, что живые структуры многочисленными нитями связаны с ближайшим и дальним космосом, что нет необходимости при бегать к помощи сверхъестественного разума в объяснении происхождения жизни.
224 '• Концепции современного естествознания
2. Теория эволюции
Теория эволюции занимает особое место в изучении ис тории жизни. Эволюция подразумевает всеобщее постепен ное развитие, упорядоченное и последовательное. Приме нительно к живым организмам эволюцию можно опреде лить как развитие сложных организмов из предшествующих, более простых организмов с течением времени.
История развития эволюционной теории показывает, что концепция непрерывности или постепенного развития более сложных видов из предшествующих, более простых форм возникла у ряда философов и естествоиспытателей еще до формального провозглашения в XIX в. эволюционных гипотез (рис. 3).
2.1. Теория эволюции Ламзрка ;
Французский биолог Ламарк в 1809 г. выдвинул гипо тезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и неупражнение частей организ ма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды могут вести, по его мнению, к изменению форм по ведения, что вызовет необходимость использовать некото рые органы или структуры по-новому или более интенсив но (или перестать ими пользоваться). В случае интенсив ного использования эффективность и (или) величина орга на будет возрастать, а при неиспользовании может насту пить его дегенерация и атрофия. Эти признаки, приобре тенные индивидуумом в течение всей жизни, согласно Ла-марку, наследуются, т. е. передаются потомкам.
С точки зрения ламаркизма, длина шеи и ноги жирафа — результат того, что многие поколения его некогда корот коногих и короткошеих предков питались листьями деревь ев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше.
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 225
Возникновение
А. Стационарное состояние
Не было
Б. Крсационизм
В определенные эпохи
В. Спонтанное зарожддение
В любое время
Виды
abed Г. Панспермия
ч' abed
Д. Биохимическая эволюция
abed
Возникновение В бесконечности/
В определенное время « » vf ;# определенное время
ЭВОЛЮЦИЯ
Виды
Эволюция
abed
Е. Креационизм (или) Панспермия
„ „ В бесконечности/ ' Возникновение В определенные эпохи в определенное время
(подрапумепается)
Спонтанное зарождение (в определенное время)
: ч; '; .:« Биохимическая эволюция , .-,, , |
Эволюция
Виды
//К
abed
Рис. 3. Схемы различных теорий о происхождения жизни
а видообразовании
8. Зак. 261
226 Концепции современного естествознания
Незначительное удлинение шеи и ног, происходящее в каж дом поколении, передавал ось следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины. Пере понки между пальцами у водоплавающих птиц и форму тела камбалы объясняли таким же образом. Перепонки возникли в результате постоянного раздвигания пальцев и растяжения кожи между ними при плавании в поисках пищи или для спа сения от хищников, а уплощенное тело — из-за лежания на боку на мелководье. Хотя теория Ламарка подготовила почву для принятия эволюционной концепции, его взгляды на ме ханизм изменения так и не получили широкого признания.
Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипных изменений у данной особи. Например, занятия физкультурой увеличивают объем мышц, но хотя эти приобретенные признаки затрагивают фенотип, они не являются генетическими и, не оказывая влияния на генотип, не могут передаваться потомству.
Но теория Ламарка была исторической предпосылкой для признания впоследствии наследования генетических особенностей при половом размножении.
2.2. Дарвин, Уоллес и происхождение , видов в результате естественного отбора
Чарлз Дарвин родился в 1809 г. Он был сыном врача. В 1831 г. он принял предложение отправиться в качестве натуралиста (без жалования) в путешествие на военном ко рабле "Бигль", который уходил на пять лет в море для про ведения топографических съемок у восточного побережья Южной Америки. "Бигль" возвратился в октябре 1836 года. Большую часть этого времени Дарвин занимался геологичес кими исследованиями, но во время пятинедельного пребы вания на Галапагосских островах его внимание привлекло сход ство между флорой и фауной этих островов и материков. Он собрал много данных об изменчивости организмов, которые
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 227
убедили его в том, что виды нельзя считать неизменяемы ми. После возвращения в Англию Дарвин занялся изучени ем практики разведения голубей и других домашних живот ных, что привело его к концепции искусственного отбора. Однако он все еще не мог представить себе, каким образом отбор мог бы действовать в природных условиях.
В 1778 г. священник Томас Мальтус опубликовал свой труд "Трактат о народонаселении", в котором показал, к чему бы привел рост населения, если бы он ничем не сдер живался, Дарвин перенес такой подход на другие организ мы и обратил внимание на то, что все-таки численность популяций остается относительно постоянной. Он начал понимать, что в условиях интенсивной конкуренции между членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышали бы способность особи размножаться и оставлять плодовитое потомство, а неблагоприятные изменения, очевидно, не выгодны, и у организмов, переживающих эти неблагоприятные измене ния, шансы па успешное размножение понижались бы. Эти соображения послужили отправным пунктом для создания теории эволюции путем естественного отбора, сформули рованной Дарвином в 1839 г. В сущности, наибольший вклад Дарвина в науку заключается не в том, что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить.
Тем временем другой естествоиспытатель, Альфред Рас сел Уоллес, много путешествовавший по Южной Америке и островам Юго-Восточной Азии и тоже читавший Мальту са, пришел к тем же выводам, что и Дарвин.
В 1858 г. Уоллес изложил свою теорию на двадцати стра ницах и послал их Дарвину. Это стимулировало и ободрило Дарвина, и в июле 1858 г. Дарвин и Уоллес выступили с докладами о своих идеях на заседании Линнеевского обще ства в Лондоне. В ноябре 1859 г, Дарвин опубликовал свой труд "Происхождение видов путем естественного отбора".
Согласно Дарвину и Уоллесу, механизмом, с помощью которого из предсуществующих видов возникают новые
8*
228 Концепции современного естествознания
виды, служит естественный отбор. Эта гипотеза (или тео рия) основана на трех наблюдениях и двух выводах.
Наблюдение 1: Особи, входящие в состав популяции, обладают большим репродуктивным потенциалом.
Наблюдение 2: Число особей в каждой данной популя ции примерно постоянно.
Вывод 1: Многим особям не удается выжить и оставить потомство. В популяции происходит "борьба за существо вание".
Наблюдение 3: Во всех популяциях существует измен чивость.
Вывод 2: В "борьбе за существование" те особи, при знаки которых наилучшим образом приспособлены к усло виям существования, обладают "репродуктивным преиму ществом" и производят больше потомков, чем менее при способленные особи.
2.3. Современное представление ,
Об ЭВОЛЮЦИИ ;
Теория эволюции, предложенная Дарвином и Уолле сом, была расширена и разработана в сфере современных данных генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии, этологии и получила название неодарвинизма. Неодарвинизм можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерми нированных генетически.
Термин "эволюция" может означать как сам этот про цесс, так и его результат; соответственно, разные аспекты неодарвинизма опираются на доказательства разного типа. Для того чтобы признать сформулированную неодарвини стскую эволюционную теорию, необходимо:
1) установить факт изменения форм жизни во времени
(ЭВОЛЮЦИЯ В ПРОШЛОМ); -.«Кад1*1 '•':.«: ••/ ,=1 ?'**'=& i^-. .,!,
*g
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 229
2) выявить механизм, производящий эволюционные изменения (естественный отбор генов);
3) продемонстрировать эволюцию, происходящую в на стоящее время ("эволюция в действии").
Не существует пока твердо установленных законов эво люции; у нас есть лишь хорошо подкрепленные фактами ги потезы, которые в совокупности составляют достаточно обо снованную теорию. ..,..,, ., ;
3. Подтверждение теории эволюции
Сведения, подтверждающие современные представле ния об эволюции, поступают из разных источников, среди которых главное место занимают палеонтология, биогеог рафия, систематика, селекция растений и животных, мор фология, изучение адаптивной радиации, сравнительная эмбриология и сравнительная биохимия. В числе этих дан ных немало также доказательств, нуждающихся в подтвер ждении, а также исключений или сведений, которым мож но дать иную интерпретацию; однако концепция эволюции в широком смысле основана на огромном количестве науч ных сведений.
| 3.1. Палеонтология ' -
Палеонтология занимается изучением ископаемых ос татков, т. е. любых сохранившихся в земной коре остат ков, предположительно принадлежащих шким-либо живым организмам. Это могут быть целые организмы, твердые ске летные структуры, наружные и внутренние ядра, окамене лости, отпечатки, следы и копролиты (окаменевшие экс кременты) (табл. 1).
"аблица l.-Типы ископаемых остатков, их образование и примеры
|
Тип остатков |
Процесс фоссилизации |
Примеры |
|
1 |
2 |
3 |
|
Целые организмы |
Вмерзшие в лед в период оледенения |
Мамонты, найденные в вечной мерзлоте в Сибири |
|
Заключенные в янтарь — отвердевшую смолу хвойных деревьев |
Экзоскелеты насекомых в олигоценовых отложениях на Балтийском побережье |
|
|
Заключенные б асфальт |
"Мумии", найденные в асфальтовых озерах Калифорнии |
|
|
Захороненные в кислых торфяных болотах, где отсутствие бактерий и грибов препятствует полному разложению |
"Мумии", найденные в болотах и торфяниках на Скандинавском полуострове |
|
|
Твердые скелетные структуры |
Захороненные в осадочном песке и глинах, образующих осадочные породы, например, известняк, песчаник и др. |
Кости, раковины и зубы (очень часто встречаются на Британских островах) |
|
Наружные и внутренние ядра |
Твердые объекты, захороненные так, как указано выше. При лигификации осадка части скелета растворяются, оставляя отпечаток своей наружной или внутренней поверхности; получающаяся полость может заполняться тонкозернистым материалом, который затвердевает, образуя слепок (возможно сохранение тонких деталей) |
Брюхоногие из портландского камня (юра). Отпечатки гигантских хвощей (каламитов), росших в лесах каменноугольного периода. Отпечатки внутренних поверхностей раковин моллюсков, на которых видны Места прикрепления мышц |
Окаменелости
Постепенное замещение приносимыми водой минеральными веществами, такими как кремнезем, пириты, карбонат кальция или углерод. Медленное их внедрение в организм по мере его разложения обеспечивает сохранение тонких структур
Иглокожее Micraster, структуры тела которого были замещены кремнеземом
Отпечатки
Отпечатки организмов или их частей на поверхности тонкозернистых отложений, на которых они погибли
Перья археоптерикса из верхней юры. Медузы из кембрия Британской Колумбии. Отпечатки листьев из карбона
Следы
Следы ног животных, следы ползания и ходы, оставшиеся в иле, быстро высыхают и заполняются песком, а затем Покрываются другими отложениями
|_леды ног и хвоста динозавра дают представление о размерах и позе животного
Копролиты
Экскременты животных, избежавшие разложения, а затем включенные в осадочные породы. Часто содержат остатки съеденной пищи, например, зубы или чешуи
Экскременты кайнозойских .шекопитающих .,
232 Концепции современного естествознания
Ископаемые остатки были хорошо известны еще до того, как мысль об эволюции получила всеобщее признание. Их считали либо остатками существ, сотворенных раньше дру гих, либо артефактами, помещенными в горные породы Богом. В самых древних породах, содержащих ископаемые остатки, встречаются организмы очень немногих типов, и все они имеют простое строение. Более молодые породы содержат и более разнообразные ископаемые остатки со все более сложным строением. Во всей палеонтологической летописи многие виды, появляющиеся на каком-либо стра тиграфическом уровне, на более позднем уровне исчезают. В эволюционном смысле это истолковывают как возник новение и вымирание видов в соответствующие эпохи.
Геофизические данные указывают на то, что географи ческие области и климатические условия изменялись на всем протяжении истории Земли. Поскольку каждый организм приспособлен к определенной среде, непрерывно изменя ющиеся условия могли благоприятствовать возникновению некоего механизма эволюционного изменения, что позво ляет объяснить прогрессивные изменения в строении орга низмов. Экологические соображения тоже согласуются с па леонтологическими данными: так, например, растения по явились на суше раньше, чем животные, насекомые — рань ше, чем опыляемые ими растения.
Одно из главных возражений против использования ис копаемых остатков для доказательства эволюции — отсут ствие непрерывности в палеонтологической летописи. Раз рывы в ней ("недостающие звенья") считают веским дово дом против теории образования новых форм путем посте пенного изменения. Однако существует ряд соображений, позволяющих объяснить неполноту палеонтологических дан ных:
1) мертвые организмы быстро разлагаются;
2) мертвые организмы поедаются животными, питаю щимися падалью;
3) животные с мягким телом плохо поддаются фосси-лизации; - - :
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 233
: 4) лишь небольшая часть особей погибла в условиях, благоприятных для фоссилизации;
5) обнаружена только часть ископаемых остатков.
Данные в пользу эволюционного процесса пополняют ся по мере нахождения все большего числа "недостающих звеньев" — либо недостающих остатков, таких как сеймурия (амфибии => рептилии), археоптерикс (рептилии =» пти цы) и циногнатус (рептилии => млекопитающие), либо ныне живущих, как латимерия, близких по своему строению к вымершим формам.
Возможно также, что новые виды возникли внезапно и промежуточных форм не существовало. Элдредж и Гоулд описали процесс, позволяющий объяснить внезапное по явление некоторых видов в палеонтологической летописи. По их мнению, скорости эволюции варьируются и некото-"рые новые виды возникают очень быстро, что и приводит к неполноте палеонтологической летописи. Эти "скачки" в эволюционной последовательности породили термин "скач кообразная эволюция".
Эволюция лошади служит тому одним из лучших при меров (рис. 4).
3.2. Географическое распространение
; Все организмы в большей или меньшей степени при способлены к своей среде (рис. 5). Если абиотические или биотические факторы, имеющиеся в определенном место-обитании, могут обеспечить существование какого-то вида в одной географической области,.то этот вид будет обнару жен в аналогичном местообитании и в другой сходной гео графической области, например, в африканских саваннах и южноамериканской пампе. Однако на самом деле это не так. Распространение растений и животных на земном шаре но сит прерывистый характер. Это нередко обусловлено эко логическими факторами, однако данные об успешной коло низации новых местообитании растениями и животными,
Рис. 4. Эволюция предков современной лошади
|
Эпоха и |
|||||
|
вшраст ее |
Внешний вид и рост |
Кости правой передней |
Образ жизни, климат и изменения |
||
|
древнейши- |
РОД |
(от холки до земли) |
ноги |
строения тела |
|
|
х горных |
|||||
|
пород |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Пятка |
Адаптированы к жизни в сухих степях. |
||||
|
Ах |
(поджилка) |
Очень быстро бегают. Пястные и |
|||
|
O^v ——— '""Х |
Кости fi |
Пястные |
плюсневые кости удлинены. Расши- |
||
|
Плейстоцен 1410s лет |
Eguus |
Хя—лЛ |
запястьяХ |
^ |
ренная 3-я фаланга покрыта роговым копытом (видоизмененный коготь). Зубы |
|
\11 ]М |
г |
Бабка |
с широкой жевательной поверхностью. |
||
|
tP ^а |
3-й палец •{ |
Под стирающимся цементом обнажается |
|||
|
1У |
эмаль. Ложнокоренные замещены |
||||
|
До 1,6 м |
Копыто |
коренными. Животное перетирает пищу |
|||
|
...S ; |
Все больше полагается на быстроту бега. |
||||
|
'Л '• -'. |
4Г |
2 |
Второй и четвертый пальцы сильно |
||
|
*-~V —— ""Л |
1 |
редуцированы. Утолщение пястных и |
|||
|
1 1ЛИОЦСН 'ТЦ"1Пб пе^г /T.1U Лс1 |
Pliohippus |
\t-\4 |
1 |
плюсневых костей для большей |
|
|
\1 Yji |
с |
устойчивости. На 3-й фаланге образуется |
|||
|
/а> |
с |
копыто. Зубы с высокой коронкой — для |
|||
|
1,0м |
3 |
питания травой |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Очень сухая среда — прерии. |
|||||
|
^——-^ |
Быстрота бега становится важнее. |
||||
|
Миоцен 2641 06 лет |
Meryhippus |
vA j Г/ |
1 |
1 2 |
Редукция 2-го и 4-го пальцев. При беге опора на 3-й палец. Удлинение оставшихся пястных и плюсневых |
|
... .,,.-, - |
"-"•-I; До 1,0м |
3 .^^ «™_4-- |
костей. Удлинение зубов, развитие цемента на коронках. |
||
|
Сухая среда — леса и прерии. |
|||||
|
Олигоцен 38410s лет |
Mesohippus |
До 0,6 м |
К 4 0 3 |
^ ,.„ 2 |
Быстрота передвижения важна для бегства от врагов. Хорошо различимы только три пальца. Третий палец сильно утолщен |
|
Размером с лисицу. Жил на мягкой |
|||||
|
~™*"~""~"е* |
^>*>'л" "^ "* |
почве вблизи рек. По четыре пальца |
|||
|
..... ——— _..-,- |
— ..... 1' |
М |
на передних и по три на задних ногах. |
||
|
Эоцен 5441 05 лет |
Hyracbtherium |
" 6г% |
5 4? i-^- |
2 ,j |
Коренные зубы с низкими коронками, адаптированные к тему, чтобы щипать |
|
Пястные костя |
мягкую траву |
||||
|
(с номерами |
.... . * ^ ..... .... |
||||
|
Примерно 0,4 м |
соогветствующих пальцев) |
Рис. 5. Приспособление организма птицы к среде обитания
|
Типы вьюрков |
Форма клюва |
Пища |
Местооби-тание |
Число видов |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Большой земляной вьюрок (предковая форма) |
Типичный для материковых видов — короткий и прямой -> |
Семена |
Прибреж ная зона |
1 |
|
Земляные вьюрки '; "^ |
Различный, но короткий и прямой, как у материковых видов ^* —— >^ |
Семена, насекомые ~> |
Прибреж ная зона и низмен ности |
3 |
|
Кактусовые земляные вьюрки 1 -> |
Длинный, несколько изогнутый; язык расщепленный —— ^> |
Нектар опунции |
Низмен ности |
2 |
|
Насекомоядные древесные вьюрки -•••^-••*~* - '•--.•^.f- -. -- •JSk |
Похожий на клюв попугая -^ |
Семена, насекомые ^> |
Лео |
3 |
|
'Г •' •.. !• -Ч |
$• . : ^--- ; |
3 |
4 |
5 |
|
Растительноядный древесный |
Загнутый, похожий на клюв попугая |
Плоды, почки; мягкие |
||
|
вьюрок |
in "~> |
плоды |
Лео |
1 |
|
Славковый вьюрок |
Тонкий "> |
Насекомые (ловит на лету) |
Лео |
1 |
|
Дятловые вьюрки '- ^ - - ^^ |
Большой, прямой (использует кактусовые иглы или веточки, чтобы выковыривать насекомых из дырок в коре) |
Личинки насекомых "> |
Лес |
2 ———— , |
238 Концепции современного естествознания
интродуцированными в них человеком, позволяют думать, что в этом участвуют наряду с экологической адаптацией и какие-то иные факторы.
Кроликов в Австралии не было, но быстрое увеличение их численности после того, как они были завезены туда че ловеком, указывают, что астралийские места обитания им подходят. Рациональное объяснение прерывистого распро странения организмов основано на концепции, согласно ко торой виды возникают в какой-то данной области, а затем расселяются из нее. Степень расселения зависит от того, насколько успешно может обосноваться данный организм в новых местах, от механизма его расселения и от наличия или отсутствия естественных преград, таких как океаны, горные хребты и пустыни. Наиболее приспособлены для рас пространения через сушу и моря, по-видимому, споры и семена, переносимые ветром, и летающие насекомые.
Все изложенное выше можно свести к следующему.
1) виды возникли в какой-то определенной области;
2) они расселялись за пределы этой области;
3) большинство видов могли расселяться только в том случае, если массивы суши располагались достаточно близ ко один от другого;
4) отсутствие в какой-либо области более высокоорга низованных форм обычно указывает на то, что она отдели лась от родины этих форм до возникновения последних.
Ни один из приведенных выше фактов не позволяет объяснить механизм возникновения видов, однако все они указывают на то, что разные группы возникали в разное время и в разных областях. • , , . ••
3.3. Классификация
Система классификации была создана Линнеем задолго до Дарвина и Уоллеса, но тем не менее она содержит кое-какие намеки, связанные с проблемой происхождения ви дов и эволюции. Конечно, можно представить себе, что
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 239
все виды, как ныне живущие, так и вымершие, были со творены каждый в отдельности в какой-то отдельный мо мент времени или существовали всегда, однако структурное сходство между организмами, составляющее основу есте ственной филогенетической классификации, наводит на мысль о существовании эволюционного процесса. Черты сходства и различия между организмами можно представить как результат прогрессивной адаптации организмов в пре делах каждой группы к определенным условиям среды на протяжении некоторого периода.
3.4. Селекция растений и животных
Одним из самых распространенных достижений челове-
*v ческой цивилизации было выведение сортов растений и по-'-; род домашних животных от диких предков. Отбирая те осо би, которые обладали какими-то желательными отклоне ниями, более крупным размером или более приятным вку сом и запахом, человек сохранял эти признаки путем ис кусственного разведения с помощью избирательного размно жения или опыления. В результате непрерывной селекции человек создал породы домашних животных и сорта куль турных растений, которыми мы располагаем сейчас.
До того как стали известны работы Менделя, теорети-: ческие основы генетики и селекции растений и животных оставались неясными. Однако это не ограничивало практи ческие усилия человека. Если перейти на генетическую тер-
*>'•• минологию, человек сохраняет гены, желательные для его ' - целей, и элиминирует те, которые его не устраивают. Про-
* ; изводя отбор, он использует существующую в природе из менчивость, а также возникающие время от времени слу чайные мутации.
Недавно возникла новая форма искусственного отбора — неумышленный отбор на устойчивость к антибиотикам, пестицидам и гербицидам, которому подвергаются соответ ственно патогенные микроорганизмы, вредители и сорня-
240
Концепции современного естествознания
ки. Создается порочный круг: все возрастающее число хи мических веществ, изобретаемых для борьбы с вредными организмами, приводит к появлению новых форм устойчи вости к этим веществам.
3.5. Сравнительная анатомия
При сравнительном изучении анатомии (морфологии) групп животных или растений становится ясно, что по ряду особенностей они в основе своей сходны. Например, у всех цветков имеются чашелистики, лепестки, тычинки, рыль це, столбик и завязь; однако каждый отдельный вид отли чается от других по размерам, окраске, числу этих частей и деталям их строения.
Органы, построенные по одному плану, занимающие сходное положение в организме животного, похожие по ги стологическому строению и развивающиеся из одних и тех же зачатков, называют гомологичными (термин введен в 1843г. Оуэном).
Специфические функции, выполняемые гомологичны ми структурами, могут различаться у разных организмов; их различия отражают особые способы адаптации каждого орга низма к его среде и образу жизни.
Некоторые структуры у многих видов, по-видимому, ае несут никакой функции, и их называют рудиментарны ми органами. Например, копчиковые позвонки у человека считают рудиметами хвоста, имевшегося у наших предков и сохранившегося у зародышей. Существование рудиментных органов было бы трудно объяснить вне связи с процессом эволюции.
3.6. Адаптивная радиация >,<
Адаптивной радиацией называют развитие какой-либо гомологичной структуры у разных представителей данной
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 241
группы в различных направлениях, в соответствии с вы полняемыми ею различными функциями (рис. 6).
У всех организмов, принадлежащих к определенному классу, имеется ряд диагностических признаков, при этом различия между разными видами в пределах этого класса дают им возможность вести различный образ жизни, при способленный к определенным местообитаниям.
Относительно высокая степень адаптивной радиации, наблюдаемой у насекомых, отражает высокую приспособ ляемость и полезность основных особенностей этой группы. Наличие у предкового организма какой-либо структуры или физической функции, которая имеется в сильно модифици рованной форме у более высокоразвитых, по-видимому, родственных организмов, можно истолковать как указание на происхождение последних путем видоизменения первого; это и составляет основу эволюционной теории. Значение адаптивной радиации состоит в том, что она указывает на возможность дивергентной эволюции, основанной на моди фикации гомологичных структур.
Сходные структуры, физиологические процессы или особенности образа жизни, наблюдаемые у организмов, явно не связанных близким филогенетическим родством, но обладающих адаптациями для выполнения одних и тех же функций, называют аналогичными. Например, глаза позвоночных и головоногих моллюсков, крылья насекомых и летучей мыши.
Существование аналогичных структур говорит о возмож ности конвергентной эволюции. Конвергентную эволюцию можно объяснить как результат действия среды путем есте ственного отбора, благоприятствующего тем изменениям, которые сообщают организмам повышенную выживаемость.
3.7. Сравнительная эмбриология
Фон Бэр (1792—1867), изучая эмбриональное развитие у представителей разных групп позвоночных, обнаружил
• 242 Концепции современного естествознания
Карликовый летучий кускус
Сумчатый черт Сумчатая мышь ____.//'
Вомбат ..
,',i,i]:i:;-;'; Рис. 6. Адаптивная радиация сумчатых в Астралин
удивительное структурное сходство во всех этих группах, осо бенно на стадиях дробления, гаструляции и дифференци-ровки зарождающегося организма.
Геккель (1834—1919) высказал мысль, что это сходство имеет эволюционное значение. Он сформулировал закон рекапитуляции, согласно которому "онтогенез повторяет
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 243
филогенез", т. е. стадии, через которые проходит орга низм в процессе своего развития, повторяют эволюцион ную историю той группы, к которой он относится. Изуче ние одних только ранних зародышей любых позвоночных по казывает, что определить группу, к которой они принадле жат, невозможно. Только на относительно поздних стадиях развития эмбрион начинает приобретать некоторое сходство с соответствующей взрослой формой. Изначальное сходство между эмбрионами объясняется тем, что все они, а следо вательно, и классы, к которым они относятся, имели об щего предка (рис. 7). Закон рекапитуляции, однако, не может быть принят безоговорочно, так как ни у одного из ныне живущих организмов нельзя обнаружить всех призна ков его предполагаемых эволюционных предков. Но кажет ся вероятным, что организмы сохраняют механизмы разви тия, унаследованные от предков. Поэтому возможно, что
/Черепаха
Курица
Кролик
' ' Рис, 7. Сравнение стадий эмбрионального Т5 развития на примере представителей трех
i "з,;, •........ л,.-.. классов позвоночных •>» .-•-.-.•'••••
244 Концепции современного естествознания
на разных стадиях развития у данного организма будут чер ты структурного сходства с зародышами предковых форм. Последующие адаптации к иным условиям среды и образу жизни изменяют дальнейший ход развития. Как показыва ют наблюдения, чем ближе группы, к которым относят два данных организма на основании общих гомологических структур, тем дольше сохраняется их сходство на эмбрио нальных стадиях. Организмы, приспособленные к опреде ленному образу жизни и определенному местообитанию, не типичному для крупной группы, к которой они принадле жат, менее сходны с другими членами этой группы и в про цессе эмбрионального развития. •
3.8. Сравнительная биохимия '
По мере разработки более точных методов биохимичес кого анализа эта область исследований стала источником новых данных в пользу эволюционной теории. Наличие оди наковых веществ у всех организмов указывает на возмож ную биохимическую гомологию, подобную морфологичес кой гомологии на уровне органов и тканей. Большая часть сравнительно-биохимических исследований касалась первич ной структуры широко распространенных белков, таких как цитохром и гемоглобин, а позднее — нуклеиновых кислот, в особенности РНК. Незначительные изменения в генети ческом коде ДНК, связанные с генными мутациями, при водят к тонким изменениям в общей структуре соответству ющих белков или РНК.
Например, при изучении глобинов — гемоглобина и миоглобина, участвующих в переносе и накоплении кисло рода, была получена степень сходства между молекулами гемоглобина у четырех видов приматов: человека, шимпан зе, гориллы и гиббона. Иммунологические исследования тоже свидетельствуют об эволюционном родстве между орга низмами. Если белки, содержащиеся в сыворотке крови, ввести в кровь животным, у которых этих белков нет, то
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 245
они действуют как антигены, т. е. побуждают организм вырабатывать соответствующие антитела; в результате воз никает реакция антиген — антитело. Эта иммунная реак ция обусловлена способностью животного-реципиента рас познавать присутствие в сыворотке чужеродных белков.
Сравнительно-серологический метод широко использу ется для подтверждения филогенетических связей. Напри мер, зоологи не могли систематизировать мечехвоста. Когда к сыворотке против антигенов мечехвоста добавляли антиге ны различных членистоногих, образование наибольшего ко личества преципитата1 вызывали антигены паукообразных.
3.9. Эволюция и генетика
Современная генетика — это быстро развивающаяся на ука о законах наследственности и изменчивости, пережива ющая глубокие качественные преобразования не только в теоретической сфере, но и в области практического приме нения (селекция, медицинская генетика).
Первое, на что надо обратить внимание — это те исто рически развивающиеся изменения, которые создали совре менный философский фундамент теории генетики. Стоит выяснить внутренние связи между эволюционной биологи ей (теорией естественного отбора Дарвина) и зарождающейся генетикой. Это связь вытекает из определенной общности предметов исследования. Так, дарвинизм изучает интег ральное действие трех факторов эволюции: наследственнос ти, изменчивости и естественного отбора. Предметом же генетики является природа наследственности и изменчиво сти. Нетрудно заметить, что они взаимообусловлены тем, что познание эволюции органического мира оказывается по верхностным и неполным, если оно проходит без учета сущ ности наследственности и изменчивости. Взаимообуслов ленность проблем теории эволюции и генетики не абсолю-
1 Преципитат — комплекс антиген — антитело, выпадающий в оса док, образующийся при введении сенсибилизирующей сыворотки.
246 Концепции современного естествознания
тизирована и благодаря тому, что это единство внутренне различимо, теория эволюции и генетика выступают как от носительно самостоятельные дисциплины.
Теоретические обоснования умозрительного развития генетики (К. Нечели, Г. Спенсер, А. Вейсман) истори чески и логически были связаны с эволюционным учением и вытекали из него.
История генетики распадается на три этапа — класси ческий (1900—1930), неоклассический (1930—1953) и син тетический (с 1953 г.).
Материалистический подход в развитии генетики обес печил создание теории гена, хромосомной теории наслед ственности, теории мутаций и современной молекулярной генетики.
Классический этап генетики начался после переоткры тия законов Менделя. В своей работе 1865 г. Мендель, анализируя потомство, полученное от сортов гороха, обла дающих контрастно отличающимися признаками, открыл новый мир явлений. Его работа объединила биологичес кий и математический анализ. Ему удалось создать логичес кую модель наследственности и дать формулировку законов наследственности. Исходя из этого Мендель основал тео рию гена. Он выделил самое существенное свойство генов — дискретность — и сформулировал принципы независи мости комбинирования генов при скрещивании.
В течение первого десятилетия XX века генетика пере живала сложный этап своего развития. Теория генов ут верждалась на основе громадного числа опытов с растения ми, животными, микроорганизмами, а также при наблю дениях за наследственностью человека. Теория гена стала развиваться, признавая всеобщность генной организации наследственности для всех органических форм. Заслуга в этом вопросе принадлежит английскому ученому В. Бэтсо-ну (1861—1926), который показал, что менделевские зако ны наследственности свойственны не только растениям, но и животным, и установил явление взаимодействия генов при развитии особи.,:-..........,:.,,...,..,.. ^-.... .,
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 247
Исключительно важным было обоснование учения о фенотипе и генотипе организмов, которое положило нача ло рассмотрению "явления" и "сущности" в проблемах ге нетики. Работы датского ученого В. Иогансена (1857—1927) показали действие естественного отбора как фактора, пре образующего генотип на основе наследственной изменчи вости при формирующей роли среды.
Развитие генетики этого периода оказало серьезное вли яние на селекцию, и в первое десятилетие XX века началась коренная перестройка методов селекции. Селекция перехо дит на аналитический уровень путем выделения из популя ции генотипически ценных линий. >>"
Сформулированные выше принципы, а именно: ' f з-.»
1) всеобщность генной организации; : лои
2) различия между генотипом, и фенотипом; s
3) соединение генетики и селекции
имели важнейшее значение; их обоснование заложило край-угольный камень в здание будущей генетики. ' 1
4. Единство и многообразие органического мира
Еще на заре развития человеческой культуры людей по ражали не только целесообразность строения отдельных жи вых существ, но и тот "порядок", который существует в живой природе в целом. Уже в древнейших индийских, египетских, китайских источниках и особенно в античной философии можно найти много интересных мыслей о взаи мосвязи между животными и растениями, о единстве и це лостности органического мира и его закономерном взаимо действии с органической природой.
В истории биологии видное место занимает борьба ма териалистического толкования единства, целостности и
248 Концепции современного естествознания
многообразия живой природы с идеалистическими представ лениями о божественном творении животных и растений, о гармонии, приданной миру творцом. С развитием науки материалистические представления о единстве и многооб разии живых существ все более конкретизировались и уг лублялись. Важную роль в этом сыграло изучение великого множества органических форм, населяющих Землю.
Многообразие органического мира не ограничивается числом различных видов. Виды, в свою очередь, состоят из молодых и взрослых идивидуумов, многие — из самцов и самок, у некоторых общественных насекомых имеются мат ки, трутни, рабочие и солдаты, и, наконец, у большин ства видов есть разновидности, географические расы и эко логические формы. Для них характерны определенные стро ения и образ жизни.
При всем многообразии органический мир — не что-то разрозненное и хаотичное. Напротив, он представляет со бой единое целое. Единство живой природы, как и мира в целом, выражается в ее материальности. Все виды живот ных и растений представляют собой различные формы су ществования живой материи. Как бы ни отличались друг от друга отдельные виды животных, растений и микроорга низмов, всем им присуще определенное биохимическое единство, выражающееся в общности химического состава (белков, углеводов, жиров, ферментных и гормональных систем и др.) и близости типов реакций, лежащих в основе процессов ассимиляции и диссимиляции. Одним из выра жений такой близости служит, например, сходство хими ческого состава растительного пигмента хлорофилла с жи вотными кровяными пигментами — гемоглобинами и ге-моцианинами, обеспечивающими дыхание. Близки хими чески ферменты растений и животных и одинакова общая роль белков и нуклеиновых кислот; у всех животных, от про стейших до человека, основные ферменты сходны. Есть и много других признаков удивительной биохимической общ ности всех отделов органического мира. В то же время име ются и специфические особенности биохимизма, отличаю-
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 249
щие животных от растений, бактерии от вирусов, а порой даже одну разновидность от другой.
Сходность основных биохимических и физиологических особенностей животных, растений и микроорганизмов до полняется едиными чертами их строения и особенно тем, что клетка является основой структуры всех организмов. Суще ственным моментом, характеризующим единство органичес кого мира, является наличие некоторых общих законов, по которым живут и развиваются все виды животных и расте ний. Таков закон единства живого тела и условий жизни, закон естественного отбора, закон взаимосвязи индивиду ального и исторического развития организмов и т. д.
Органический мир представляет собой единое целое, но в то же время он дискретен, т. е. состоит из отдельно существующих частей. Эти части соподчинены и образуют целостную систему, каждая часть обладает самостоятельно стью, т. е. в определенных отношениях является и целым. Обладая известной автономией, части входят в состав бо лее крупных структурных единиц, образуя разные ступени организации от клетки до органического мира как целого.
Как и всякое вещество, живая материя построена из молекул и атомов. Их взаимодействие, обуславливающее обмен веществ или проявление жизни на молекулярном уров не, изучает биохимия и биофизика. Следующей по вели чине частью живого являются клетки, образующие ткани и органы. Отличаясь высокой степенью интеграции частей, организмы обладают неизмеримо большей автономностью по отношению друг к другу, нежели составляющие их орга ны и части.
Но автономность организмов (особей, индивидуумов) тоже относительна, они существуют лишь как составные части популяций. Популяции представляют собой совокуп ности свободно скрещивающихся особей одного вида, за нимающих определенные территории — биотопы. Совокуп ность таких территориальных популяций составляет вид, распространенный на определенной части земной поверх ности, к условиям которой он приспособился. : •;
250 Концепции современного естествознания
Почти каждый вид состоит из различающихся по стро ению, но в то же время кровно родственных групп индиви дуумов; у многих животных личинки не только отличаются по внешнему виду, строению и физиологии, но и живут в других местах либо питаются иной пищей и имеют многие другие особенности. Также отличаются самцы и самки, а у многих видов насекомых, паразитических червей и других известны пищевые расы, живущие за счет разных кормов или по-разному размножающиеся, например, озимые и яровые расы рыб. Вид, таким образом, представляет не простое собрание одинаковых индивидуумов, а сложную систему группировок, соподчиненных, тесно связанных друг с другом и тем поддерживающих существование друг друга. » Объединение разнородных индивидуумов в популяции, а различных популяций в виды создаст много преимуществ в борьбе за существование и обеспечивает более активные отношения вида к среде, поскольку здесь возникают более активные сложные формы групповой жизнедеятельности. Морфологическое разнообразие внутри вида, существова ние географических рас (подвидов) и биологических форм расширяют использование видом среды и имеют важное зна чение для успеха его борьбы с другими видами.
Изучением видов заняты систематика, экология, па леонтология, биогеография и популяционная генетика.
Наконец, популяции разных видов образуют сообще ства (биоценозы), занимающие отдельные участки земной поверхности. В каждый биоценоз, где бы он ни находил ся, входят хлорофиллоносные растения, питающиеся ими растительноядные животные, хищники и паразиты, живу щие за счет растительноядных животных, и, наконец, мик роорганизмы, минерализующие трупы животных и расте ний. Такие сообщества представляют собой достаточно це лые системы, где существование одних видов без других невозможно, так как их обмен веществ приспособлен друг к другу и одни виды используют продукты метаболизма дру гих видов или их самих в качестве пищи. В биоценозах на основе взаимодействия составляющих их видов возникают
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 251
новые формы отношений живых существ с неживой приро дой. Биоценозы отдельных биотопов и природных зон на основе общего круговорота веществ объединяются в единую систему — органический мир. Экология (биоценология) и биогеография изучают эти сложные системы многих видов.
Все части единого органического мира отличаются не только степенью самостоятельности и автономности, но и тем, что по мере их усложнения возникают на каждой сту пени качественно новые, все более сложные проявления жизни, при этом углубляется и расширяется взаимодействие живого с неорганической средой.
Единство многообразной и сложно организованной живой природы выражается во взаимосвязях и взаимодей ствии качественно различных видов животных, растений и микроорганизмов. Эти взаимоотношения и служат осно вой возникновения и развития сообществ, состоящих из раз ных видов. Такова структура органического мира, покоя щаяся на основном свойстве живой материи — обмене ве ществ и энергии со средой.
Будучи единым целым, живая природа не представляет собой какой-то замкнутой автономной системы. Она нахо дится в тесном единстве и взаимодействии с окружающей ее неживой природой. Тела животных и растений состоят из тех же химических элементов, в них действуют те же хи мические и физические законы, которые присущи нежи вой природе. Неживая природа не только породила живое на определенной ступени своего развития, но и является необходимым условием его существования и развития. Су ществование жизни обеспечивается взаимодействием каж дой особи с окружающей ее абиотической и биотической сре дами, а также взаимоотношениями всего органического мира как целого с неживой природой. Первое исторически обусловило строение индивидуумов, их приспособленность к определенным условиям. Второе осуществляется посред ством определенной организации видов и образованием со обществ различных форм животных, растений и микроор ганизмов. , .,.,.;,. у ..,.,. ,, , 5t „,..,. ..;,.-.
252 Концепции современного естествознания
Единство, тесная взаимосвязь организмов с окружаю щими абиотической и биотической средами нашли яркое выражение в трудах русского биолога К. Ф. Рулье, русско го физиолога И. М. Сеченова. Углубил эти представле ния о единстве организмов и среды И. В. Мичурин. "Каж дый организм, каждое свойство, каждый член, все внут ренние и наружные части всякого организма, — писал он,
— обусловлены внешней обстановкой его существования. Если организация растения такова, какова она есть, то это потому, что каждая ее подробность исполняет известную функцию, возможную и нужную только при данных усло виях"1. Разнообразные формы животных, растений и мик роорганизмов отличаются друг от друга величиной, фор мой, строением, функциями (характером жизнедеятельно сти), местами обитания (географическим распространени ем), органическим веществом, синтезируемым с помощью хлорофилла. Помимо растений это делают бактерии — хе-мосинтетики, использующие при синтезе энергию химичес ких превращений. За счет растений живут другие организ мы. Животные питаются готовыми органическими веще ствами и являются его потребителями (консументами). На конец, значительная часть микроорганизмов (большая часть бактерий и низших грибов — актинолицетов) существует за счет мертвого органического вещества (трупов животных и растений), разлагая его и возвращая к исходному неорга ническому состоянию. Поэтому их называют разрушителя ми (редуцентами) органического вещества. Другие микро организмы ведут паразитический образ жизни, существуя за счет живых растений и животных.
Таким образом, животные, растения и микроорганиз мы не просто сосуществуют, а живут за счет друг друга, находятся в необходимой связи, без которой их жизнь не возможна. Эти связи сложились исторически в ходе разви тия органического мира в результате противоречий, с од ной стороны, между живой и неживой природой, с другой
— между организмами, каждый из которых для своих парт-
1 Мичурин И. В. Избр. соч. М., 1984. С. 282-283.
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 253
неров представляет часть окружающей его среды, причем часть относительно более важную, нежели неорганическая природа.
5. Жизнь как биологический
круговорот веществ
Нормальное протекание жизненного процесса каждого организма требует не только поступления в организм опре деленных веществ и энергии, но и удаления из него про дуктов обмена и рассеяния избыточной энергии во внешнюю среду. Из этого и складываются основные потребности орга низма, удовлетворяемые за счет других живых существ и неорганической среды. В эти потребности входят пище вые вещества (органические и минеральные^ газы (кисло род) и вода; для нормального хода реакций необходимы оп ределенная температура (различная в разных случаях), ак тивная реакция (рН), плотность, давление среды и движе ние ее частиц; наконец, для существования организма тре буется известное пространство, на котором он находит для себя все необходимое.
Растения получают основные вещества и энергию по чти полностью из неорганической природы. Климат и дру гие физические и химические особенности среды зависят от положения участка на земной поверхности и его геологи ческого строения, т. е. преимущественно также от неорга нических факторов. Одновременно в жизни всех растений непосредственную и очень важную роль играют взаимоотно шения с другими видами растений и животных, так как они воздействуют на химические процессы и на физическое со стояние среды. ; ..,&•!: •>*«'•>''•• л. ?
254 Концепции современного естествознания
Все организмы прямо и косвенно связаны как с нежи вой природой, ее климатическими, географическими и дру гими физическими и химическими факторами, так и со сво ими партнерами по сообществу. В этом многообразии от ношений находит выражение взаимосвязь и взаимообуслов ленность абиотических и биотических факторов среды, воз действующих на всякий организм как целостная система, хотя каждый из перечисленных элементов среды в то же время самостоятелен и в определенных пределах может ме няться независимо от других.
Отношения разных видов со средой всегда специфич ны, что и отличает их друг от друга. Каждый вид связан с определенными элементами (факторами) среды, которые могут быть безразличными или малозначительными для его соседей — других видов. Эта специфичность является пря мым следствием эволюции, происходящей по открытому Ч. Дарвином принципу расхождения (дивергенции) видов, каждый из которых имеет свою "экологическую нишу" в сообществе. Под экологической нишей понимают место, занимаемое данным видом в тех сообществах, куда он вхо дит в качествЙ^одного из членов. Это место определяется отношением к абиотическим условиям и связям данного вида с другими видами. Особенно важны пищевые связи. Опи раясь на них, можно выделить ниши травоядных копытных (преимущественно древоядных оленей), насекомоядных птиц, хищных птиц и т. д.
В результате объединения отдельных видов сложной си стемы — биоценоза — образуется единая структура органи ческого мира; она обладает высокой степенью слаженнос ти, чем и объясняется ее устойчивость. Но эти связи одно временно и противоречивы, что определяется характером отношений каждого со средой.
Отношения к среде отдельно взятого вида имеют одно сторонне необратимый характер. Вид извлекает из среды необходимые ему вещества и энергию, но возвращает их в иной, обычно измененной и непригодной для повторного использования форме. Этим вид истощает и засоряет свою
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 255
среду, не восстанавливая причиненных нарушений. И если бы результаты его деятельности не ликвидировались проти воположно направленной восстановительной деятельностью других видов, его существование в скором времени стало бы невозможным. Так, растения, извлекая из почвы пи тательные вещества, обедняют ее, и, если бы не существо вали почвенные микроорганизмы, разлагающие мертвые тела погибших растений и животных, растительность очень скоро погибла бы.
Односторонний характер воздействия любого вида на окружающую среду и невозможность его непрерывного су ществования без восстановления другими видами исполь зованных ресурсов объясняют неизбежность возникновения и развития жизни как общего и единого круговорота веществ в биосфере. Биосфера представляет собой те части газооб разной, жидкой и твердой оболочек земного шара — атмос феры, гидросферы и литосферы, — которые заселены и преобразованы живыми существами.
Еще на заре жизни наметились два основных звена био генного круговорота веществ — гетеротрофного и автотроф-ного питания. Гетеротрофное питание означает усвоение организмами уже существующих органических веществ, а автотрофное — их синтез из веществ неживой природы. Круговорот веществ замкнулся при появлении сапрофитов, минерализующих мертвое органическое вещество и возвра щающих его в исходное неорганическое состояние. После дующий рост многообразия органического мира приводил к расширению и углублению биологического круговорота ве ществ. В ходе эволюции не только увеличилось многообра зие форм живой материи — росло число видов, усложни лось строение организмов. Одновременно усложнилась об щая структура живого покрова земли и занимающих отдель ные участки земной поверхности сообществ животных, ра стений и микроорганизмов. Эволюция видов была нераз рывно связана с развитием их сообществ и тем самым — с усложнением и расширением их связей с неживой природой.
256 Концепции современного естествознания
Увеличение многообразия и усложнение структуры органи ческого мира укрепило его целостность и единство.
Основным стержнем круговорота веществ служит пита ние особей одних видов особями других и использование одними видами продуктов обмена других. Важнейшей фор мой круговорота явились возникавшие на этой основе сна чала простые трехчленные, а позднее более сложные (из 5— 7 звеньев) цепи питания. Они состоят из производителей органического вещества — растений, его первичных потре бителей — растительноядных животных, вторичных потре бителей — хищников (плотоядных) и паразитов и третич ных потребителей — сапрофитов — разрушителей. Приме рами таких цепей питания в степном биоценозе могут быть:
1) злаки и разнотравье — копытные — хищники — па разиты — возбудители болезней — сапрофиты почвенной микрофлоры (бактерии и низшие грибы);
2) злаки и разнотравье — саранчовые — птицы и мел кие звери, поедающие саранчовых, — хищные птицы и зве ри — их паразиты — сапрофиты — почвенная микрофлора.
Отношения пищи и ее потребителей в подобных цепях важны для жизни каждого вида и определяют его основные морфофизиологические и экологические особенности, в частности, соотношения величин индивидуумов, числа осо бей и их массы. В грубом приближении размеры организ мов растут от звена к звену, и потребитель в большинстве случаев оказывается крупнее пищи. Есть, правда, и доволь но многочисленные исключения, связанные со способами добывания и использования пищи. Так, при коллектив ной охоте хищников они нападают и на добычу, которая крупнее их, а паразиты, как правило, мельче хищников. Увеличение размеров организмов ухудшает их двигательные способности; к тому же крупному животному необходима большая территория для существования. В противополож ность размерам особей их число и биомасса (суммарный вес организмов) прогрессивно убывает от звена к звену, и мас са пищи примерно в десять раз больше суммарной массы ее потребителей. Многократное убывание массы объясняется
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 257
тем, что большая часть пищевых веществ расходуется не на построение тела потребителя, а на его деятельность.
Возрастание размеров особей и убывание их числа и их массы ограничивают число звеньев в каждой пищевой цепи, в редких случаях превышающее пять-шесть. Зависимость числа и биомассы других обусловливает структуру сообществ, реа гирующих на изменение среды как целостная совокупность взаимосвязанных видов. Эти же связи служат механизмами регуляции, обеспечивающими известную устойчивость сооб ществ. Все это осуществляется главным образом на базе био логического круговорота веществ, хотя пищевые связи до полняются очень важными для жизни пространственными отношениями, регулируемыми многочисленными внутриви довыми и межвидовыми приспособлениями.
Описанные отношения и связи разных видов служат кон кретными путями круговорота веществ. В каждом участке земной поверхности живут свои сообщества, состоящие из многих иногда параллельных, иногда соединяющихся или пересекающихся цепей питания. Они-то и представляют те отдельные ручьи и реки, из которых состоит общий поток биологического круговорота веществ и энергии. Но эти от дельные ручьи и реки соединены многочисленными рукава ми — протоками, так как некоторые виды животных, осо бенно подвижные хищники, одновременно являются участ никами нескольких параллельных цепей питания и могут вхо дить в несколько сообществ. Так, местные популяции раз ных видов, образующие сообщества отдельных биотопов, объединяются в биоценозы более крупного ранга — сообще ства географических районов, природных зон, континентов и морей, и, наконец, в единый органический мир.
С ростом многообразия и усложнением органического мира в круговорот вовлекается все больше веществ; среда все полнее и глубже осваивается организмами. Одновременно часть вовлеченных веществ выходит из круговорота в виде инертных отложений (известняки, сапропели, торф и т. п.).
Отношения животных, растений и микроорганизмов, развивающиеся на базе биологического круговорота веществ.
9. Зак. 251
258 •„: Концепции современного естествознания
имеют столь же длительную историю, как и эволюция этих групп; они регулируются возникшими в ходе эволюции вза имными приспособлениями. Именно этим объясняется изве стный порядок и слаженность в биоценозах. Но эти отноше ния и противоречивы. Отдельные виды животных, растений или микроорганизмов связаны друг с другом пищевыми, про странственными и другими отношениями; во многих случаях они не могут существовать друг без друга. В то же время каж дый вид обладает определенной самостоятельностью.
Автономность вида как части целостного органического .мира заключается в возможности множества путей его при способления к среде. Какой из них реально осуществится, будет зависеть от конкретного сочетания обстоятельств. Кроме того, виды возникли в разных местах и в разное время, име ют, следовательно, неодинаковую историю и способность существовать в тех или иных условиях. В биоценозах виды различного происхождения, в разное время вошедшие в со став данного сообщества, обычно состаачяют значительную долю. Поэтому неодинакова и степень их взаимной приспо собленности, а сами приспособления относительны.
Различают два основных типа межвидовых отношений:
а) симбиоз, не обоюдное полезное сожительство, а все формы сожительства и взаимных связей или сосуществова-лие (в широком смысле слова), при котором виды связаны друг с другом взаимными приспособлениями и входят в со став одного биоценоза, часто одной цепи питания;
б) антибиоз, или невозможность сожительства видов, так как существование одного исключает или затрудняет пре бывание другого.
При симбиозе наиболее важную роль играют пищевые связи. Они поддерживаются обоюдными приспособления ми пищи и ее потребителей, обеспечивающими взаимную регуляцию их численности. Так, анатомия, физиология, образ жизни и повадки растительноядных животных связаны .с поисками, поеданием и перевариванием корма. Размно жение и увеличение их числа на пастбищах ведут к истоще нию последних, а в крайних случаях даже к превращению
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 259
пастбищ в почти бесплодную пустыню. Прямым следствием истребления корма служит откочевка или гибель животных; требуется длительное время, чтобы пастбище восстановилось. Примеры такого "перевыпаса" пастбищ хорошо известны не только для домашних, но и для диких животных. Однако гибель пастбищ может наступить и в случае их неиспользова ния. В этом случае отрастающая растительная масса накап ливается на поверхности и губит живую растительность. Лишь некоторая средняя интенсивность использования пастбищ поддерживает их в хорошем состоянии. Следовательно, мно гие виды растений, особенно злаки, исторически приобрет шие способность быстрого роста как приспособление против повреждений жинотными, нуждаются в подстригании. Это показывает, что существование растительноядных животных в ходе исторического развития стало необходимым условием для существования растений. Напомним, кстати, хорошо известную роль многих животных в опылении растений, в распространении их спор и семян.
Противоречивы отношения хищников и их добычи, па разитов, вызывающих болезни, и их хозяев, хотя и у них мно гочисленные приспособления уменьшают опасность гибели жертв, увеличивают шансы получения пищи их врагами. Питаясь за счет своих жертв, хищники и паразиты причиняют их популяции бесспорный ущерб. Но эти враги оказываются иногда не только вредными, но и полезными, подчас даже необходимыми для существования животных, служащих им пищей, Так, хищники, усиленно уничтожая слабых и боль ных животных, способствуют оздоровлению популяции всех видов, на которые они нападают. Исключение или даже со кращение истребительной деятельности хищников во многих случаях сопровождалось распространением заболеваний и сни жением жизнерпособности популяций их жертв.
Многие паразиты вызывают заболевания и могут стать причиной гибели своих хозяев (растений и животных), но среди них есть и полезные виды, помогающие пищеварению (микрофлора кишечника), увеличивающие стойкость против заболеваний (антагонисты патогенных видов). Некоторые из них совершенно необходимы своим хозяевам ("симбионты").
9*
260 Концепции современного естествознания
Таким образом, обоюдные приспособления "пищи" и ее потребителей в некоторой мере уравновешивают пище вые взаимоотношения, обеспечивая известную устойчивость пищевых цепей. Но это уравновешивание постоянно нару шается при изменении численности отдельных видов, ко лебаний погоды и других условий. В результате часть ве ществ выходит из круговорота, что изменяет среду в биоце нозе; медленно, но постоянно накапливаются необратимые изменения. Они свидетельствуют не только об отсутствии равновесия в системе "пища — потребитель", но и указы вают на изменения неорганической природы.
Наравне с пищевыми развиваются и пространственные связи, когда одни виды могут служить для других сообитате-лями, субстратом или даже средой обитания. Такое допол няющее пищевые связи сожительство усложняет межвидо вые отношения, увеличивая их многообразие. Внедрение в биоценоз нового вида изменяет не только пищевые связи, но и пространственные отношения. Так может усложняться и обогащаться или упрощаться структура биоценозов.
Противоположным по характеру типом межвидовых от ношений служит антибиоз, исключающий или затрудняю щий совместное существование различных видов. Сюда от носят активную борьбу и конкуренцию за пищу и другие средства к существованию, за убежище и пространство. Активная борьба может вестись путем прямых столкновений, преследования; многие виды борются друг с другом, выде ляя во внешнюю среду ядовитые вещества. Конечным ито гом таких отношений бывает либо пространственное разоб щение, когда виды могут входить лишь в разные сообще ства, либо расхождение в разные экологические ниши в пределах одного сообщества. Конкуренция и антагонизм особенно отчетливы во взаимоотношениях близких видов со сходными потребностями, однако антибиоз часто свойствен и многим неродственным группам организмов, например, многим низшим грибам и бактериям.
Биологическое значение антибиоза заключается в том, что он служит средством разграничения отдельных сооб-
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни 261
ществ, поддерживающих целостность и устойчивость каж дого их них. Многочисленные случаи хорошо известной конкуренции за источники существования показывают, что, как и всякое приспособление, это средство имеет лишь от носительное значение. Примеры увеличения способности выдерживать конкуренцию или преодолевать антагонизм, переходя к сожительству (среди микроорганизмов), пока зывают противоречивость и отношения антибиоза, в отдель- ' ных случаях переходящего в свою противоположность.
Таким образом, межвидовые отношения, охватываю щие бесконечное разнообразие пищевых и пространственных связей, принимают то формы обоюдного или односторонне го полезного сожительства, то формы антагонизма, исклю чающего совместное существование. Но как те, так и другие весьма относительны и противоречивы, они не остаются не изменными и могут переходить друг в друга. Изменения от ношений разных видов могут происходить и вследствие пре вращения какого-либо одного вида в другой. Изменяя среду видов-сожителей, такое превращение может оказаться при чиной изменения не только биоценоза, но и входящих в его состав видов. Так, следствие становится причиной, выяс няются связи опосредован™, что имеет более важное значе ние, чем установление только факта взаимодействия.
Вопросы для самоконтроля >
I
1 Какое упущение допустил ван Гельмонт в своем экс перименте? :
2 В чем состояли исходные представления Реди?
* 3 Какая другая причина могла препятствовать росту мик роорганизмов в экспериментах Спалланцани?
4 В чем состояли главные предположения Пастера от носительно возникновения жизни? ~
Раздел VI Человек
1. Физиология
Физиология человека как наука о жизнедеятельности здорового человека и функциях его составных частей кле ток, тканей, органов и систем: зародилась в XVII столе тии. Основоположником физиологии как самостоятельной отрасли знаний является английский ученый Уильям Гар-вей, который в результате многолетних наблюдений и экс периментов создал учение о кровообращении. >и
1.1. Рассмотрим основные концепции п, современной физиологии
\. .
Элементарной структурой и функциональной единицей всего живого на Земле является клетка. Выдающимся дос тижением в физиологии клетки является обоснование в кон це 40—50-х годов XX столетия мембранной теории биэлект-рических потенциалов (А. Ходжкин, Э. Хаксли, Б. Катц). Согласно этой теории биоэлектрические потенциалы обус ловлены неодинаковой концентрацией ионов К+, Na+, Cl~ внутри и вне клетки и различной проницаемостью для них поверхностной мембраны.
Нобелевской премии удостоены физиологи Д. Экклс, Э. Хаксли, А. Ходжкин за изучение ионных механизмов двух основных физиологических процессов — возбуждения и торможения. Д. Экклс впервые осуществил внутрикле точное отведение электрических потенциалов в клетках цен тральной нервной системы, определил электрофизиоло-
Раздел V!, Человек
263
гические характеристики возбуждающих и тормозящих по тенциалов, открыл один из видов торможения.
Параллельно шли исследования структурной и функци ональной организации клетки. Г. Пападе принадлежит от крытие и описание рибосом. Р. Дюв открыл новый класс субклеточных частиц, названных им лизосомами, выяснил их природу и развил концепцию об их функции, определил участие лизосом в физиологических и патологических про цессах в клетке. Изучая субклеточные фракции, А. Клод по казал, что с митохондриями (энергетическими "станция ми" клетки) связана активность основных ферментов окисления. А, Сент-Дьердьи обнаружил в мышце актин и показал, что актомиозиновые нити (миозин был открыт рос сийским биохимиком В. А. Энгелъгардтом) укорачиваются под влиянием АТФ. В результате этих открытий и даль нейших исследований выявилось единство принципа функ ционирования, химической динамики и энергетики обла-дпющих подвижностью различных клеток организма.
Как известно, нервы и мышцы (нервная и мышечная ткани) относятся к возбудимым образованиям. Это значит, что в ответ на раздражение в них возникают различные элек трические потенциалы. Одним из достижений физиологии XX века считается открытие медиаторов (нейротрансмитте-ров) и создание учения о химическом механизме передачи нервного импульса в синапсах. Основы этого учения были заложены австрийским физиологом О. Леей и английским физиологом Г. Дейлом, удостоенными Нобелевской премии "За открытие химической передачи нервной реакции". В 1970 г. Нобелевской премии были удостоены сразу несколь ко ученых, исследования которых ознаменовали новый этап в развитии учения о медиаторах. Так, У. Эйлер, изучая про цесс передачи нервных импульсов в симпатической нервной системе, установил, что медиатором в этом процессе слу жит вещество норадреналин. Б. Катцу принадлежит откры тие механизма выделения другого медиатора (парасимпати ческой нервной системы) — ацетилхолина — в нервно-мы шечной передаче возбуждения. В настоящее время описано
264 Концепции современного естествознания
уже несколько десятков медиаторов, оказывающих как воз буждающее, так и тормозящее влияние.
Изучая сложную структуру смешанных нервов, амери канские физиологи Д. Эрлангер и /. Гассер установили в них наличие 3 типов волокон и доказали их функциональные различия. Они сформулировали закон прямо пропорцио нальной зависимости скорости проведения импульса от ди аметра нервного волокна.
Развивая учение И. М. Сеченова о рефлексах, И. П. Пав лов разработал учение об условных рефлексах. Это позволи ло ему не только получить подтверждения сформулирован ной Сеченовым концепции о зависимости всех функций организма от окружающей среды, но и создать новое учение — физиологию высшей нервной деятельности человека и животных. Павлов развил основные представления о типах нервной системы, создал учение об анализаторах, заложил основы экспериментальной патологии высшей нервной де ятельности. И. П. Павлову, единственному из русских фи зиологов, за большой вклад в изучение физиологии чело века была присуждена Нобелевская премия.
Английский нейрофизиолог Ч. Шеррингтон установил однонаправленность возбуждения в рефлекторной дуге (мор фологической основе рефлекса), наличие синаптической задержки, описал антагонистические рефлексы. Шерринг тон сформулировал общие принципы деятельности нервной системы, показал, что при осуществлении любого рефлек са нервная система функционирует как единое целое. За разработку нейронного механизма рефлексов — самых эле ментарных актов поведения — Ч. Шеррингтон удостоен Нобелевской премии.
В России исследования по физиологии центральной нервной системы развивались по нескольким направлени ям. Так, существенное значение имела концепция А. А. Ух томского о доминанте, одном из принципов осуществле ния деятельности нервной системы. Эта концепция пред полагает способность возбужденного очага в любом отделе центральной нервной системы "притягивать" на себя воз-
Раздел VI. Человек
265
Суждения, которые вне существования такого доминирую щего центра проявляют иной эффект.
П. К. Анохин, развивая рефлекторную теорию, создал учение о функциональных системах. Функциональная сис тема раскрывает схему приспособительной деятельности орга-низма.
Немецкий электрофизиолог /. Бергер впервые зарегист рировал методом электроэнцефалографии биоэлектричес кую активность мозга человека, детально изучил форму и ритмы электрических колебаний и ввел метод электроэнце фалографии в клиническую практику.
Американский нейрофизиолог Г. Уолтер открыл мед ленные электрические колебания электроэнцефалограммы, характерные для очагов патологии, и волны, сопровожда ющие эмоциональные реакции.
Нобелевская премия была вручена В. Тессу за открытие функциональной организации промежуточного мозга и его связи с деятельностью внутренних органов.
Отечественный ученый М. Н. Ливанов разработал один из методов электроэнцефалографии, позволяющий прово дить детальный анализ биоэлектрических процессов, про текающих одновременно по всей поверхности коры больших полушарий головного мозга.
Совершенствования методических подходов в физио логии позволили Д. Хъюбелу и Т. Визелу создать концепцию, касающуюся принципов переработки информации в нейрон ных структурах мозга (в частности, в зрительной системе), изучить структуру признаков зрительного изображения.
Американский ученый Г. Бекеши на созданных им мо делях наблюдал колебания основной мембраны внутреннего уха и измерил ее механические параметры. Бекеши сфор мулировал теорию амплитудно-частотного анализа звуков в органе слуха, предложил метод его исследования.
Перейдем к основным концепциям в физиологии вис церальных систем (т. е. функций внутренних органов). Значительная часть исследований в области физиологии пищеварения в XX столетии осуществлялась под влиянием
266 Концепции современного естествознания
работ И. П. Павлова. Отечественный ученый А. М. Уголев открыл новый тип пищеварения — пристеночное (мембран ное), что позволило обосновать трехзвенную систему дея тельности пищеварительной системы: полостное пищеваре ние — мембранное пищеварение — всасывание.
Изучение регуляции водно-солевого обмена и функций почек в России осуществлялось главным образом под руко водством Л. А. Орбели, обосновавшего положение о том, что ведущей функцией почки является гомеостатическая.
Ф. Бантингу и Д. Маклеоду, а также Ч. Бесту присуж дена Нобелевская премия за открытие инсулина. Они не только выделили гормон поджелудочной железы — инсу лин, — но и разработали метод лечения этим гормоном са харного диабета.
Американскому физиологу У. Кеннону при надлежит от крытие роли адреналина как симпатического передатчика и создание концепции о симпатико-адреналовой системе. Ис следуя вопрос о влиянии нервной системы на образование и выделение гормонов эндокринными железами, Кеннон пришел к заключению, что секреция в кровь увеличенных количеств адреналина происходит при эмоциональных со стояниях и приводит к возникновению характерных для по добных состояний многих функций организма.
Канадский физиолог и патолог Г. Селье известен благо даря выдвинутой им теории неспецифического реагирования организма, сформулированной в виде концепции стресса. Он ввел понятия адаптационного синдрома, адаптивных гор монов (гормонов передней доли гипофиза и коры надпочеч ников), болезней адаптации и адаптационной энергии. Се лье заложил также основы психофизиологии стресса.
4 1.2. Кровь
".-„••'' •
Кровь, лимфа и тканевая жидкость — это внутренняя среда организма. Внутреняя среда организма обладает дина мическим постоянством констант — гомеостазом. Гомеостаз
-: •:••-, Раздел VI. Человек
267
— условие независимого существования организма челове ка. В 1939 г. Ланг ввел в науку понятие "система крови" — это органы кроветворения, органы кроверазрушения, пери ферическая кровь, нейрогуморальный аппарат регуляции.
Эритроциты образуются в красном костном мозге. В нем же осуществляется разрушение эритроцитов, синтез гемоглобина. Разрушение эритроцитов, а также дифферен-цировка лимфоцитов происходит и в селезенке.
Функции системы крови следующие:
1. Поддержание гомеостаза. ' ";J 2. Транспортная (перенос газов крови, питательнйк беществ, продуктов их метаболизма).
3. Тсрморсгуляторная. <"-J
4. Защитная (участие в иммунных реакциях). •*
5. Экскреторная (выделительная) и другие. ? • Обмен крови в организме человека составляет 4—6 лит ров (или 6—8 % от массы тела). Всего 40—45 % крови дви жется по сосудам; при нафузках на организм кровь выходит из кровяных депо (селезенка, печень, легкие), и ее обмен увеличивается.
На каждые 100 частей крови приходится 45 % формен ных элементов, а 55 % — это жидкая часть крови — плазма. Цвет крови различается: артериальная кровь алая, венозная
— темно-вишневая. Вязкость крови составляет 5 единиц и зависит от содержания в крови форменных элементов и бел ков. Плотность крови находится в пределах 1,050—1,060. Важнейшим показателем крови является кислотно-щелочное равновесие — рН крови -- 7,36—7,4 единицы. Следоват-ель-но, активная реакция крови слабощелочная. рН крови под держивается в крови буферными системами. Важнейшей из них является гемоглобиновая. Плазма крови на 90—92 % со стоит из воды, а 8—10 % — это ее сухой остаток. В состав плазмы входят белки, глюкоза, минеральные вещества,
— жиры, небелковые азотсодержащие вещества и другие. Плаз ма, из которой извлечен один из ее белков — фибриноген — называется сывороткой крови. Сыворотка используется для определения групповой принадлежности крови. ....-•
268 Концепции современного естествознания
Форменные элементы крови (клетки) разделяются на эритроциты, лейкоциты, тромбоциты.
Эритроциты — красные кровяные клетки — это безъя дерные высокоспециализированные клетки крови. Их ко личество составляет от 4 • 1012 до 5 • 10 п штук в литре крови. Их основная функция — транспортная: перенос кислорода и углекислого газа за счет содержимого эритроцитов — гемог лобина.
Лейкоциты — белые кровяные клетки, имеющие ядро и обладающие амебоидным движением. Их содержание в крови колеблется от 4 • 109 до 9 • 109 штук в литре крови. Лей коциты разделяются на 2 фракции — зернистые и незерни стые. Процентное соотношение зернистых лейкоцитов и не-зсрнистых называется лейкоцитарной формулой. Основная функция этих клеток крови — защитная — участие в под держании иммунитета.
Тромбоциты — красные кровяные пластины — выпол няют также защитную функцию, участвуя в механизмах свер тывания крови. Их количество в крови здорового человека колеблется от 250 • 109 до 400 • 109 штук в литре крови. Раз личают процесс свертывания в мелких сосудах, например, капиллярах, и в крупных — артериях, венах. Процесс свер тывания крови называется гемостазом. Если гемостаз про текает в капиллярах, то он сводится к кратковременному спазму сосудов, приклеиванию, а затем скучиванию тром боцитов к месту повреждения сосуда, что приводит к обра зованию тромбоцитарной пробки. В крупных сосудах гемо стаз протекает ферментативным путем в 3 фазы.
На 1-й фазе при разрушении тромбоцитов выделяется активный фермент тромбопластин. Затем, на 2-й стадии, тромбопластин ускоряет реакции перехода содержащегося в плазме белка протромбина в тромбин. На 3-й стадии под действием тромбина из растворенного в плазме фибриноге на образуется нерастворимый фибрин, выпадающий в виде нитей. В нитях фибрина запутываются форменные элемен та крови, образуется тромб. Затем происходит уплотнение сгустка путем удаления из него сыворотки. Время сверты вания крови в норме составляет от 3 до 5 минут.
Раздел VI. Человек
269
В организме человека существуют во взаимодействии 2 системы: свертывающая и противосвертывающая. Про-тивосвертывающая включает целый ряд химических веществ, ингибирующих все или выборочные фазы свертывания кро ви. Универсальным противосвертывающим веществом яв ляется гепарин. В результате взаимодействия свертываю щей и противосвертывающей систем кровь пребывает в жид ко-агрегатном состоянии.
Еще в 1901 г. астрийский ученый Карл Ландштейнер, смешивая эритроциты с сывороткой крови, обнаружил, что при одних сочетаниях сыворотки и эритроцитов разных лю дей наблюдается агглютинация (т. е. склеивание эритро цитов), а при других — нет. Это происходит в результате взаимодействия присутствующих в эритроцитах факторов — агглютиногенов — и содержащихся в плазме антител (агг лютининов). Главные агглютиногены эритроцитов — А и В, а агглютинины плазмы — а и р. Ландштейнер устано вил, что в крови одних людей совсем нет агглютиногенов (I группа, или 0), в крови других — только агглютиноген А (II группа, А), у третьих — только агглютинеген В (III груп па, В), а четвертая содержит оба агглютиногена. В то же время в крови разных людей существуют либо один, либо два, либо ни одного агглютинина. Никогда не встречается в крови одного человека в норме одноименные агглютино ген и агглютинин, например, А с а или Вер. Таким обра зом, было описано 4 группы крови по системе АВО:
|
А |
В |
а |
Р |
|
|
1(0) |
— |
— |
+ |
+ |
|
II (А) |
+ |
— |
— |
+ |
|
III (В) |
— |
+ |
+ |
— |
|
IV |
+ |
+ |
— |
— |
270 Концепции современного естествознания
Учение о группах крови усложнилось в связи с откры тием новых систем агглютиногенов. Своеобразным агглю- • тиногеном является также резус-фактор, открытый Ландш- -тейнером в 1940 г.
85 % людей имеют этот агглютиноген в крови, а 15 % — : не имеют. Резус-фактор имеет большое значение в меди- , цинской практике. Изучение крови на резус-фактор теперь , обязательно проводят вместе с обычным определением груп пы крови во избежание резус-конфликта.
1.3. Система кровообращения
Система кровообращения у человека — это сердце и зам кнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии, вены, капилляры. Кровь движется по сосудам главным об разом за счет работы сердца. Сокращаясь, сердце выбрасы вает порцию крови (70 мл) в артерии, при расслаблении серд ца в него вливается кровь из вен. Масса сердца колеблется в пределах 200—400 г, по объему оно сопоставимо с кулаком. Сердце сокращается ритмично. Частота сердцебиений состав ляет 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемой сердцем за 1 минуту, составляет 6 л, но может достигать и 30 л/мин, если человек находится в состоянии возбуждения или вы полняет большую физическую нагрузку.
Сердце человека состоит из 2 половин — правой и ле вой. В каждой из них имеются 2 камеры — предсердие и желудочек. Следовательно, сердце у человека — четырех-камерное.
Из левого желудочка артериальная кровь выталкивается в самую крупную артерию — аорту. Аорта дает начало боль шому кругу кровообращения, назначение которого — пита ние кровью, богатой кислородом и питательными вещества ми, всего тела человека. В капиллярах, имеющих микро скопическую величину (2,5—30 мкм), артериальная кровь на сыщается углекислым газом и продуктами распада и превра щается в венозную, Венозная кровь собирается вначале в мел-
Раздел VI. Человек
271
кие, а затем в крупные вены и наконец по 2 полным венам возвращается в правое предсердие. Правым предсердием за канчивается большой круг кровообращения. Малый (легоч ный) круг кровообращения начинается из правого желудоч ка сердца легочным стволом, затем кровь направляется в лег кие. В легких, благодаря газообмену, венозная кровь пре вращается в артериальную, а затем по четырем легочным ве нам возвращается в левое предсердие, а оттуда в левый же лудочек сердца. Таким образом, благодаря сокращениям сердца кровь поступает в артерии, вены, капилляры. Пос ледние образуют густую сеть длиной 200 000 км.
Сердечная мышца обладает целым рядом физиологи ческих свойств (например, автоматией), исследовать кото рые можно с помощью различных физиологических мето дов, самым традиционным из которых является электро кардиография. Методика представляет собой снятие элект-рических потенциалов сердца с поверхности тела. Регист-рация электрокардиограммы производится в стандартных (от конечностей) и грудных отделах.
Особенности кровотока в артериях, венах, капиллярах изучает специальный раздел физиологии — гемодинамика. Одним из методов, применяемых в гемодинамике, являет-ся регистрация артериального давления. В нормальных ус-ловиях у взрослого человека максимальное (систолическое) давление составляет 110—125 мм рт. ст., а минимальное (диастолическое) — 70—85 мм рт. ст.
1.4. Лимфатическая система
>'•••••' Система лимфообращения осуществляет постоянный от ток межтканевой жидкости по направлению к сердцу. Кроме того, к функциям лимфы относятся поддержание объема и состава тканевой жидкости, всасывание и перенос питатель ных веществ из пищеварительного канала в венозную систе му, участие в иммунных реакциях организма посредством до ставки лимфоцитов, антител и др. t • - .,..,.....
272 Концепции современного естествознания
Лимфатическая система состоит из органов иммунной системы: костного мозга, вилочковой железы, миндалин, лимфатических узлов, селезенки, лимфоидных узелков, расположенных в слизистой оболочке внутренних органов, в основном, пищеварительных. Кроме того, к лимфати ческой системе относятся и лимфатические пути. Это лим-фокапилляры, лимфатические посткапилляры, содержащие клапаны, лимфатические сосуды (снутриорганные, внеор-ганные), лимфатические стволы, объединяющиеся в лим фатические протоки (грудной и правый лимфатические про токи), впадающие в вены.
Начальный отдел лимфатической системы — это замк нутые лимфокапилляры, в них и переходит межтканевая жидкость. По мере продвижения к грудному и шейному протокам лимфа проходит через биологические фильтры — лимфатические узлы. В них происходит обеззараживание лимфы — освобождение ее от бактерий и токсинов.
Состав лимфы непостоянен: он изменяется под влия нием принятой пищи. Причем жирная пища приводит к увеличению в ней жировой эмульсии. Лимфа приобретает молочно-белый цвет. В лимфе содержится незначительное количество белков, но и с этим незначительным количе ством из крови в течение суток уходит до 200 г белка. Воз вращая его в общий кровоток, лимфа поддерживает белко вое постоянство крови.
Лимфа движется только в одном направлении — от тка ней по ее главным протокам и через них — в венозную систе му. Ее движению способствуют ритмические сокращения сте нок лимфатических сосудов и отрицательное (присасывающее) внутригрудное давление. Обратному току лимфы препятству ют многочисленные клапаны в лимфатических сосудах.
!fi 1.5. Дыхательная система
Основная функция органов дыхания — обеспечение тка ней организма человека кислородом и освобождение их от /глекислого газа. Наряду с этим органы дыхания участвуют
Раздел VI. Человек
273
в голосообразовании, обонянии и других функциях. В ды хательной системе выделяют органы, которые выполняют поздухопроводящую (полость носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи) и газообменную функции (легкие). В про цессе дыхания атмосферный кислород связывается кровью и доставляется в клетки и ткани организма. Внутриклеточ ное дыхание обеспечивает освобождение энергии, необхо димой для поддержания процессов жизнедеятельности. Образующийся при этом углекислый газ (СО2) переносится кровью к легким и удаляется с выдыхаемым воздухом.
Поступление воздуха в легкие (вдох) является результа том сокращения дыхательных мышц и увеличения объема легких. Выдох происходит вследствие расслабления дыха тельных мышц. Следовательно, дыхательный цикл скла дывается из вдоха и выдоха. Дыхание происходит непре рывно вследствие нервных импульсов, поступающих из дыхательного центра, расположенного в продолговатом моз ге. Дыхательный центр обладает автоматией, но его работа контролируется корой больших полушарий.
Эффективность внешнего дыхания может быть оценена по величине легочной вентиляции, т. е. по объему воздуха, проходящего через дыхательные пути. Взрослый человек за один дыхательный цикл вдыхает и выдыхает в среднем около 500 см3 воздуха. Этот объем называется дыхательным. При дополнительном (после нормального вдоха) максимальном вдохе можно вдохнуть еще 1500—2000 см3 воздуха. Это до полнительный объем вдоха. После спокойного выдоха можно дополнительно выдохнуть еще около 1500—3000 см3 воздуха. Это дополнительный объем выдоха. Жизненная емкость лег-, ких равна суммарной величине дыхательного и дополнитель ного объемов вдоха и выдоха (3—5 литров). Определение жиз ненной емкости легких производят методом спирометрии.
1.6. Пищеварительная система
Пищеварительная система человека состоит из пищева рительной трубки (длиной S—9 м) и тесно связанных с нею
274 Концепции современного естествознания
крупных пищеварительных желез: печени, поджелудочной железы, слюнных желез (крупных и мелких). Пищевари-тельная система начинается полостью рта и заканчивается задним проходом. Сущность пищеварения состоит в физи-ческой и химической переработке пищи, в результате кото рой становится возможным всасывание питательных веществ через стенки пищеварительного тракта и поступление их в кровь или лимфу. К питательным веществам относятся бел ки, жиры, углеводы, вода, минеральные вещества. В пи щеварительном аппарате происходят сложные физико-хи мические превращения пищи: от формирования пищевого комка в ротовой полости до всасывания и удаления непере варенных ее остатков. Эти процессы осуществляются в ре-зультате двигательной, всасывающей и секреторной функ-ций аппарата пищеварения. Все эти 3 пищеварительные функции регулируются нервным и гуморальным (посред ством гормонов) путем. Нервный центр, регулирующий функции пищеварения, а также пищевую мотивацию, на ходится в гипоталамусе (промежуточный мозг), а гормоны большей частью образуются в самом желудочно-кишечном тракте.
В ротовой полости осуществляется первичная химичес кая и физическая переработка пищи. Так, под действием ферментов слюны — а-амилазы и мальтазы — происходит гидролиз (расщепление) углеводов при рН (кислотно-щелоч ном равновесии) 5,8—7,5. Слюноотделение происходит реф-лекторно. Оно усиливается, когда мы чувствуем приятные запахи, или, например, при попадании инородных частиц в ротовую полость. Объем слюноотделения составляет 0,5 мл в минуту в состоянии покоя (это облегчает речедвигательную функцию) и 5 мл в минуту во время еды. Слюна также обла-дает бактерицидными свойствами. Физическая обработка пищи включает размельчение (жевание) и формирование пищевого комка. Кроме того, в ротовой полости происхо дит формирование вкусовых ощущений. В этом большую рель играет также слюна, которая в данном случае выступает в роли растворителя. Известно 4 первичных вкусовых ощу-
Раздел Vi. Человек
275
щения: кислое, соленое, сладкое, горькое. Они неравно мерно распределяются на поверхности языка.
После глотания пища попадает в желудок. В зависи мости от состава пища находится в желудке разное время. Хлеб и мясо перевариваются за 2—3 часа, жиры — 7—8 ча сов. В желудке из жидких и твердых компонентов пищи постепенно формируется полужидкая кашица — химус. Же лудочный сок имеет очень сложный состав, т. к. является продуктом секреции 3 типов желудочных желез. Он содер жит ферменты: пепсиногены, расщепляющие белки; липа зы, расщепляющие жиры и другие. Кроме того, в состав желудочного сока входят хлористоводородная кислота (НС1), придающая соку кислую реакцию (0,9—1,5), и слизь (муко-полисахариды), предохраняющая стенку желудка от само переваривания.
Почти полное освобождение желудка происходит через 2—3 часа после приема пищи. При этом он начинает сокра щаться в режиме 3 раза в минуту (продолжительность сокра щений от 2 до 20 секунд). Желудок ежедневно выделяет 1,5 л желудочного сока.
Пищеварение в 12-перстной кишке отличается еще боль шей сложностью ввиду того, что туда поступают 3 пищева рительных сока: желчь, поджелудочный сок и собственный кишечный сок. В 12-перстной кишке химус подвергается действию ферментов, гидролизирующих и жиры, и углево ды, и белки, а также .нуклеиновые кислоты; рН при этом составляет 7,5—8,5. Наиболее активны ферменты поджелу дочного сока. Желчь облегчает переваривание жиров, пре вращая их в эмульсию. В 12-перстной кишке подвергаются дальнейшему расщеплению углеводы,
В тонком кишечнике (тощая и подвздошная кишка) сочетаются 3 взаимосвязанных процесса — полостное (вне клеточное) пищеварение, пристеночное (мембранное) и вса сывание. Вместе они представляют собой этапы пищевари-тельно-транспортного конвейера. Химус продвигается по тонкой кишке со скоростью 2,5 см в минуту и переваривает ся в ней за 5—6 часов. Кишка сокращается 13 раз в минуту,
276 Концепции современного естествознания
что способствует перемешиванию и расщеплению пищи. Клетки кишечного эпителия покрыты микроворсинками, представляющими собой выросты высотой 1—2 мкм. Ко личество их огромно — от 50 до 200 млн. на 1 мм2 поверх ности кишечника. Общая площадь кишечника за счет этого возрастает до 400 м2. В порах между микроворсикками ад сорбированы ферменты.
В кишечном соке содержится полный набор фермен тов, расщепляющих белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты. Эти ферменты осуществляют пристеночное пи щеварение. Через микроворсинки происходит и всасыва ние простых молекул этих веществ в кровь и в лимфу. Так, белки всасываются в кровь в виде аминокислот, углеводы — в виде глюкозы и других моносахаров, а жиры — в виде глицерина и жирных кислот в лимфу и частично в кровь.
Процесс пищеварения заканчивается в толстом кишеч нике. Железы толстого кишечника секретируют слизь. В толстом кишечнике благодаря населяющим его бактери ям происходит брожение клетчатки и гниение белков. При гниении белков образуется ряд ядовитых продуктов, кото рые, всасываясь в кровь, обеззараживаются в печени. Пе чень выполняет барьерную (защитную) функцию, синтези руя из ядовитых веществ безвредные для организма вещества. В толстом кишечнике завершается активное всасывание воды и формирование каловых масс. Микрофлора (бакте рии) толстого кишечника осуществляет биосинтез некото рых биологически активных веществ (например, витаминов группы В и К).
1.7. Обмен веществ и энергии
Французский ученый Клод Бернар установил, что жи вой организм и среда — это единая система, т. е. между ними происходит непрерывный обмен веществами и энер гией. Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненно важных функций. Единицы измерения энер-
Раздел VI. Человек
277
гии — это калория или джоуль. Откуда же берется в орга низме энергия? Она выделяется за счет окисления сложных органических соединений, т. е. белков, жиров и углево дов. Накопление энергии происходит в основном за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Поэтому АТФ — это универсальный источник энергии в организме челове ка. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза АТФ, когда разрывается химическая связь концевой фос фатной группы и высвобождается энергия. Часть этой энер гии выделяется в виде теплоты. Так, например, при со кращении мышц около 80 % энергии теряется в виде тепла и только 20 % превращается в механическую работу.
Перейдем к вопросу об обмене веществ в организме че ловека, или метаболизму. Процессы метаболизма разделя ются на 2 группы: анаболические и катаболические.
Анаболизм — это процессы биосинтеза органических веществ. Анаболизм обеспечивает рост, развитие организ ма, обновление его структур и накопление энергии.
Катаболизм — это процессы расщепления сложных мо лекул до простых веществ с образованием энергии в виде АТФ. Эти процессы находятся в организме человека в со стоянии равновесия или же преобладания одного над дру гим. Потребность организма в пластических веществах удов летворяется путем потребления их с пищей.
Рассмотрим отдельно особенности белкового, углевод ного и жирового обмена.
Обмен белков. Белки — это вещества, в состав которых входят аминокислоты (20). В состав белков входит также азот. Функции белков — пластическая (строительная), энер гетическая. Так, при сгорании 1 г белка в организме выс вобождается 4,1 ккал энергии. В сутки человек должен потреблять не менее 85—90 г белка (это белковый оптимум).
Обмен жироз (липидов). Жиры —- это эфиры высших жирных кислот и глицерина. Их функции энергетическая, пластическая, а также участие в теплообмене. Так, при сго рании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энер гии. В сутки потребность в жирах составляет от 80 до 100 г
278 Концепции современного естествознания
Жиры могут запасаться в организме в подкожной жировой клетчатке, в оболочках вокруг внутренних органов и т. д.
Обмен углеводов. Углеводы можно условно разделить на 3 класса соединений: моносахара (например, глюкоза); дисахара (например, мальтоза); полисахара (например, крах мал). Это вещества, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Они выполняют энергетическую и пластическую функции, а также входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и АТФ. Потребность в углеводах составляет в сутки 350—450 г. Углеводы могут запасаться в организме человека в виде животного крахмала — гликогена — в пече ни и в скелетных мышцах.
Таким образом, соотношение в пищевом рационе основ ных питательных веществ составляет 1:1:4 (белков: жиров: углеводов). При составлении пищевых рационов кроме этого правила учитываются энергозатраты человека за 1 сутки, за висящие от характера выполняемой им работы.
В состав пищи входят также вода, неорганические (ми неральные) вещества и витамины. Витамины — это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируе мых в малых количествах в организме человека. Однако эти различные по своей химической природе вещества необхо димы для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины мож но подразделить на водо- и жирорастворимые. К первой группе относят витамин С, витамины группы В. Они со держатся в основном в продуктах растительного происхож дения (овощах, фруктах). Источником жирорастворимых витаминов (А, Д, Е и К) является пища животного проис хождения (молоко, яйца, мясо, печень и т. д.). Некото рые витамины синтезируются микрофлорой кишечника (ви тамин К, В6). При полном отсутствии витаминов в пище возникают авитаминозы, которые могут сопровождаться различными заболеваниями. В настоящее время мы чаще сталкиваемся (особенно в зимнее время) с гиповитамино-зами — с недостаточным поступлением витаминов с пищей. Этот недостаток можно легко устранить приемом поливита-
«••<•-;~vrv Раздел VI. Человек шэ^ио)! 279
мимов, содержащих весь комплекс витамиИв»швюераль-пыс добавки. •<'•*•' ••>!tv.- -:, •<, ч»д
1.8. Физиология выделения
К выделительным органам относят почки, кожу, пото вые, сальные железы, легкие. Органы мочевыделения — :>то почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспуска тельный канал. Функции почек многообразны:
1. Участие в регуляции водного баланса организма.
2. Участие в постоянстве ионного баланса.
3. Регуляция осмотического давления во внутренней среде организма.
4. Поддержание кислотно-щелочного равновесия и др.
Однако основная функция почек — экскреторная — уда ление из организма вредных и чужеродных для него веществ путем образования и выведения мочи.
Почки находятся в брюшной полости. По форме они напоминают боб, каждая из них весом 120—200 г, длиной — 10—12 см, шириной 6 см, толщиной 3 см. Почки распо лагаются по обе стороны от позвоночного столба. На вог нутом крае почки имеется углубление — почечные ворота, через которые проходят сосуды, нервы и мочеточник. На разрезе через почку видно, что она состоит из коркового и мозгового вещества.
Мозговое вещество (внутри) представлено 10—15 по чечными пирамидками. Корковое вещество расположено снаружи и проникает в мозговое, образуя почечные стол бы. В корковом веществе находятся структурно-функцио нальные элементы почки — нефроны (1 миллион в каждой почке). Нефрон начинается почечным тельцем, состоящим из капсулы и капиллярного клубочка. Капсула переходит в систему канальцев — извитых и прямых. Канальцы, в свою очередь, переходят в собирательную трубочку, которая впа дает в сосочковый проток, открывающийся на вершине пирамиды в полость малой почечной чаши. Несколько ма лых чаш открываются в большую чашу, а 2—3 большие — в
280 Концепции современного естествознания
почечную лоханку. Почечная лоханка, суживаясь, перехо дит в мочеточник.
Почки каждую минуту пропускают более 1 литра кро ви, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 1700 л крови. В нефронах происходит процесс мочеобразования путем: *.... 1) фильтрации (в капсуле нефрона) под давлением;
2) обратного всасывания (в канальцах);
3) секреции (в канальцах).
Образовавшаяся моча через мочеточник поступает в мо чевой пузырь, где накапливается, а затем через мочеиспус кательный канал выводится наружу.
Моча выделяется в количестве 1—1,5 л в сутки. Она светло-желтого цвета, кислотно-щелочное равновесие (рН) колеблется от 4,5 до 8 единиц. Моча содержит вредные про дукты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту, аммиак, а также воду и неорганические вещества и пигмент урох-ром. В норме у здорового человека не должны содержаться в моче глюкоза и белок. Это может быть связано с различ ными заболеваниями (сахарный диабет, нефрит и др.).
1.9. Железы внутренней секреции
Наряду с нервной регуляцией функций в организме че ловека существует гормональная регуляция с помощью био логически активных веществ — гормонов. Деятельность нерв ной и гормональной регуляции взаимосвязана. Гормоны в организме человека влияют на следующие процессы: с
1) обмен веществ и энергии; в-:
2) рост, развитие; *я
3) размножение; -1
4) адаптация.
Гормоны — это биологически активные вещества, вы рабатываемые специальными железами внутренней секре ции, поступающие в кровь и изменяющие функции орга нов — мишеней. ,
Раздел VI. Человек
281
Гормоны обладают следующими свойствами:
1) образуются специальными клетками эндокринных желез;
2) обладают высокой биологической активностью;
3) поступают в кровь;
4) действуют на расстоянии от места образования — ди-стантно;
5) большинство их не обладает видовой специфичнос тью;
6) быстро разрушаются.
Все железы внутренней секреции делятся на централь ные и периферические.
К центральным железам относятся гипофиз (ведущая железа внутренней секреции), эпифиз и гипоталамус (струк тура промежуточного мозга). Периферические железы де лятся на гипофиззависимые и гипофизнезависимые. К ги-пофиззависимым железам относят щитовидную железу, корковое вещество надпочечников, половые железы. К ги-пофизнезависимым железам относят паращитовидные же лезы, поджелудочную железу, тимус (вилочковую железу) и мозговое вещество надпочечников. Необходимо отметить, что половые железы и поджелудочная железа являются сме шанными, так как имеют и внешнесекреторную и внутри секреторную части.
В организме человека имеются и отдельные гормон-продуцирующие клетки, находящиеся, например, в орга нах желудочно-кишечного тракта или тканях.
Гипофиз является ведущей железой внутренней секре ции. Он находится на основании мозга и имеет 3 доли: пе реднюю долю (аденогипофиз), промежуточную долю, зад нюю долю (нейрогипофиз). Гипофиз связан с гипоталаму сом и составляет с ним вместе единую гипоталамо-гипофи-зарную систему.
В передней доле (адсногипофизе) вырабатываются гор мон роста и группа так называемых тропных гормонов, ока зывающих влияние на щитовидную железу, половые железы, надпочечник. Средняя (промежуточная) доля вырабатывает
282 Концепции современного естествознания
гормон, влияющий на пигментобразующую функцию кожи. В задней доле (нейрогипофизе) образуются два гормона, влияющие на функции почек и матки и реализующие свое действие через гипоталамус.
Внутрисекреторная функция эпифиза связана с гегуля-цией половых функций организма. Разрушение эпифиза приводит к преждевременному половому созреванию. Фун кция этой железы связана с регуляцией биологических рит мов в организме человека.
Щитовидная железа регулирует различные виды обме на веществ, а также влияет на энергетический обмен. Осо бенностью щитовидной железы является ее способность ак тивно извлекать йод из плазмы крови.
Каждый надпочечник состоит из коркового и мозгово го вещества. Образование гормонов коры надпочечников находится под влиянием гипофиза. Кортикоидные гормо ны обладают широким спектром действия. Основным их действием является влияние на углеводный обмен, обмен минеральных веществ, они оказывают влияние на клеточ ный и гуморальный иммунитет. Изменение концентрации кортикоидов особенно отчетливо проявляется при действии стрессоров. В связи с тем, что эти гормоны повышают резистентность организма к действию стрессоров, их еще называют гормонами адаптации.
Образование половых гормонов происходит в мужских (яичках) или женских (яичниках) половых железах, или го надах. Половые гормоны влияю!' на развитие и созревание половых клеток, развитие вторичных половых признаков у мужчин и женщин, половое поведение. У женщин концен~ трация половых гормонов непостоянна (женские половые циклы).
Паращитовидные железы (их всего 4) — являются ги-пофизнезависимыми. Гормон паращитовидной железы спо собствует переходу кальция из костной ткани в кровь. Пол ное удаление паращитовидных желез может привести к ги бели организма. , - . • .-
Раздел VI. Человек
283
Поджелудочная железа, являясь железою со смешан ной секрецией, также является гипофизнезависимой. Ее гормоны влияют на углеводный обмен. Причем инсулин — это единственный гормон, понижающий уровень глюкозы в крови за счет увеличения способности клеточных мембран пропускать глюкозу внутрь клетки.
Мозговое вещество надпочечников вырабатывает гор моны нсрадреншшн и адреналин. Влияние этих гормонов многообразно. Так, адреналин учащает и усиливает сокра щение сердца, повышает в крови уровень глюкозы, пони жает секрецию и моторную деятельность желудка и кишеч ника, расширяет зрачок, повышает работоспособность ске летных мышц.
Тимус (вилочковая железа) — это центральный орган иммунитета. Наряду с этим железа продуцирует в кровь гор мональные факторы. В целом вилочковая железа рассмат ривается как орган интеграции иммунной и эндокринной систем организма.
1.10. Нервная система «ir«v^
Нервная система обеспечивает взаимодействие организ ма с внешней средой и регулирует работу всех органов и си стем организма.
Она подразделяется на центральную и периферическую, а также на соматическую и вегетативную.
Соматическая нервная система обеспечивает чувстви тельную и двигательную функции, а вегетативная — иннер-вирует все внутренние органы и железы.
Центральная нервная система состоит из спинного и головного мозга. Структурно-функциональной единицей является нейрон.
Спинной мозг это тяж длиной 41—45 см, расположен внутри позвоночного канала. Вверху он переходит в про долговатый мозг, а внизу истончается и заканчивается моз говым конусом.
284 Концепции современного естествознания
От спинного мозга отходят в обе стороны корешки, об разующие вместе спинно-мозговые нервы (всего 31 пара). Задние корешки состоят из отростков чувствительных ней ронов, а передние образованы аксонами двигательных нерв ных клеток. Внутреннее строение спинного мозга хорошо видно на его поперечном разрезе. Внутри (в виде рогов) находится серое вещество, состоящее из тел нейронов. Бе лое вещество — это отростки нервных клеток, образующие проводящие пути спинного мозга: восходящие — от спин ного мозга к головному, нисходящие — от головного мозга к спинному.
Участок серого вещества с отходящей от него парой спин номозговых корешков называется сегментом спинного моз га. Всего насчитывается 31 сегмент: 8 шейных, 12 груд ных, 5 поясничных, 5 крестцовых, 1 копчиковый.
Функции спинного мозга:
1. Рефлекторная. Двигательные и чувствительные реф лексы. Особое значение имеют двигательные рефлексы, рефлексы растяжения, сгибания, разгибания, поддержи вающие тонус мышц. Вегетативные рефлексы, например, мочеиспускание, дефекация, сосудистые.
2. Проводниковая — связь с головным мозгом. При по вреждении спинного мозга возникает спинальный шок, когда выпадают все спинномозговые рефлексы. Затем они могут медленно (за 0,5 года) восстановиться.
Головной мозг.
Головной мозг состоит из 5 отделов: ; •'
1) продолговатый мозг, ; ' ;
2) задний мозг (мост и мозжечок), ' vfe
3) средний мозг,
4) промежуточный мозг,
5) конечный, или передний (кора больших полуша рий).
Продолговатый мозг имеет форму луковицы и является продолжением спинного мозга. На его передней поверхно сти находятся пирамиды — в них проходят двигательные пути
Раздел VI. Человек
285
от коры больших полушарий через спинной мозг к мыш цам. Сбоку от них крупные образования — оливы. По зад ней поверхности проходят тонкий и клиновидные пучки-пути чувствительности (от рецепторов в головной мозг). В толще продолговатого мозга находятся ядра 9—12-й пары черепномозговых нервов и диффузнорассеянные нейроны ретикулярной (сетчатой) формации. Полость внутри про долговатого мозга — IV желудочек. Функции продолговатого мозга:
1. Рефлекторная — обеспечивает рефлексы кашля, чи хания, пищеварительные, сосания, сердечно-сосудистые, дыхательные, а также рефлексы равновесия.
2. Проводниковая — обеспечивает прохождение путей от спинного мозга в кору и обратно.
Средний мозг. На его нижней поверхности видны нож ки мозга. Задняя часть называется четверохолмием. По функции верхние холмики — первичные центры зрения, а нижние — центры слуха.
На поперечном разрезе через средний мозг видно чер ное вещество. В толще среднего мозга находятся ядра 3-й и 4-й пары черепномозговых нервов. Полость среднего мозга (водопровод) соединяет IV желудочек с III желудочком про межуточного мозга. Над черным веществом проходят чув ствительные пути, в основании среднего мозга — двига тельные пути от коры больших полушарий. В среднем моз ге находится красное ядро — скопление нервных клеток, обеспечивающих автоматизированные движения (ходьба, бег, плавание и др.).
Функции среднего мозга:
1. Средний мозг осуществляет двигательные рефлек сы, в нем находятся первичные центры слуха и зрения.
2. Проводниковая функция поддерживает связь коры больших полушарий со спинным мозгом.
Промежуточный мозг расположен между средним моз гом и корой больших полушарий. Состоит только из серого вещества, расположенного в виде ядер. В состав промежу точного мозга входят зрительный бугор, подбугорье, а также
286 Концепции современного естествознания
эпифиз — железа внутренней секреции. Полость промежу точного мозга — 3-й желудочек, переходящий в боковые желудочки коры больших полушарий. Его функции:
1. Зрительный бугор — центр всей чувствительности, кроме обонятельной.
2. Подбугорье — центр вегетативной нервной систе мы, регулятор всех обменных процессов в организме чело века.
3. Эпифиз — железа внутренней секреции, ее гормон определяет пигментацию кожи в зависимости от освещен ности.
Конечный мозг состоит из двух полушарий, соединен ных между собой при помощи мозолистого тела. Каждое полушарие содержит серое и белое вещество. Ближе к ос нованию мозга лежат базальные ядра — скопления серого вещества (это двигательные центры). Другая часть серого вещества покрывает белое вещество полушарий в виде коры, имеющей 6 слоев. Каждое из полушарий делится борозда ми на доли: лобную, парные височные, парные теменные, затылочную. Кора имеет толщину от 1,3 до 1,4 мм и пло щадь 2200 см3. Клетки коры — чувствительные, двигатель ные и вставочные. Полость конечного мозга — боковые же лудочки.
Функции коры больших полушарий:
Кора большого мозга представлена серым веществом и состоит из нескольких слоев клеток. Она образует много численные складки, или извилины, которые увеличивают площадь ее поверхности. Белое вещество располагается под корой и состоит из нервных волокон, принадлежащих ней ронам коры, и подкорковых образований.
В коре большого мозга выделяют области, ответствен ные за выполнение двигательных или чувствительных фун кций.
Двигательная область расположена впереди централь ной борозды и содержит нейтроны, отростки которых об-
Раздел VI. Человек
287
разуют двигательные проводящие пути, контролирующие выполнение движений на противоположной стороне тела.
В нижней части двигательной коры находится речевой центр Брока. У правшей он располагается в левом полуша рии, а у левшей — в правом.
Чувствительная, или сенсорная, зона расположена по зади центральной борозды. Эта область отвечает за оценку различных чувствительных стимулов.
Слуховой центр, где анализируются различные звуко вые раздражения, расположен в височной доле, книзу от латеральной борозды.
Зрительный центр лежит в затылочной доле и отвечает за формирование зрительных образов.
Центры вкуса и обоняния располагаются в переднем отделе височной доли.
Волокна белого вещества связывают различные части головного мозга и расположенные в них центры между со бой, а также со спинным мозгом.
1.11. Вегетативная нервная система
Ее функции — регуляция "растительных" функций, т. е. питания, дыхания, выделения, размножения (путем ин нервации всех внутренних органов и желез).
Вегетативная нервная система делится на 2 отдела:
1) симпатический,
2) парасимпатический.
Центры симпатической нервной системы расположены в грудных сегментах спинного мозга, а центры парасимпати ческой — в среднем, продолговатом мозге, а также в крест цовых сегментах спинного мозга. В вегетативной нервной системе, таким образом, различают центры, расположен ные в спинном и головном мозге, и периферическую часть, представленную узлами, сплетениями, нервными волокна ми 2 типов, нервными окончаниями.
288 Концепции современного естествознания
В окончаниях симпатических нервов выделяется хими ческое вещество — норадреналин, в окончаниях парасимпа тических нервов — ацетилхолин. Эти вещества оказывают антагонистические влияния на иннерзируемые органы, но они зависят от состояния, в котором находится организм че ловека (покой или активность). Например, в состоянии по коя преобладают влияния парасимпатической нервной сис темы на сердце, в результате оно сокращается медленнее и меньше крови выбрасывает в систолу. Напротив, в состоя нии функциональной активности преобладают влияния сим патической нервной системы. Сердце сокращается чаще, сильнее. Это помогает человеку справиться с соответствую щей нагрузкой.
Анализаторы (органы чувств)
Термин "анализатор" был введен в науку И. П. Павло вым. Он обозначал систему чувствительных образований, воспринимающих и анализирующих различные внутренние и внешние раздражители. Анализатор состоит из 3 отделов:
1) периферического (рецепторного),
2) проводникового,
3) центрального (коркового). -
Функции анализаторов:
1) восприятие внешних и внутренних раздражителей (сигналов),
2) передача информации в кору больших полушарий (через проводящие пути и центры нервной системы),
3) опознание сигнала (в коре больших полушарий в виде конкретных образов: зрительных, слуховых и т. д.).
Орган зрения.
С помощью глаз мы получаем до 90 % всей информа ции. Зрительная система воспринимает и анализирует све товые раздражители. Свет — это электромагнитное излуче ние с различными длинами волн. Посредством органа зре ния мы определяем форму, величину предметов, степень освещенности, цвета и т. д.
Раздел VI. Человек
289
Воспринимающий аппарат глаза расположен в глазном яблоке, стенка которого состоит из 3 оболочек: фиброзной (впереди образует роговицу, сзади — склеру), сосудистой и внутренней (сетчатки). Производная сосудистой оболочки — радужка, в центре которой находится отверстие — зра чок. Сзади от радужки расположен хрусталик, который может изменять свою кривизну.
Сетчатка (внутренняя оболочка глазного яблока) состоит из нескольких слоев клеток. Основные клетки сетчатки — это фоторецепторы (палочки — их 130 млн., колбочки — 7 млн.). Колбочки возбуждаются при ярком свете, воспри нимают цвета; палочки — при сумеречном свете. Вспомога тельный аппарат глаза — это глазные мышцы, веки, рес ницы, слезный аппарат.
В глазу имеются 2 системы: светопреломляющая и све-товоспринимающая.
Светопреломляющая система представлена роговицей, хрусталиком и стекловидным телом, заполняющим изнут ри глазное яблоко. Назначение светопреломляющей систе мы — построить правильное изображение предмета на сет чатке.
Световоспринимающая система — это сетчатка. Назна чение этой системы — восприятие света.
При действии света происходит распад содержащихся в фоторецепторах сетчатки пигментов (родопсина и йодопси-на). Это приводит к возбуждению рецепторов, в них воз никает нервный импульс (потенциал действия), который по зрительной проводящей системе поступает в затылочргую долю коры больших полушарий. В коре и происходит опоз нание образа, т. е. высший анализ и синтез зрительных раздражителей.
Орган слуха воспринимает и анализирует звуковые ко лебания. Звук — это колебательные движения упругих тел, распространяющиеся в различных средах в виде волн.
Звуковые волны обладают двумя переменными парамет рами — частотой и амплитудой. •'=•«'.- ' >- 'S-->"
10. Зак. 251
290 Концепции современного естествознания
Слуховая система состоит из 3-х частей: л ; 1) звукоулавливающая, :' ' , 2) звукопередающая, f
3) звуковоспринимающая. '
Звукоулавливающая система представлена наружным ухом (это ушная раковина и наружный слуховой проход). Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего. Среднее ухо (звукопередающая система) представлена 3 пос ледовательно соединенными слуховыми косточками — мо лоточком, наковальней и стремечком. Среднее ухо на стенке, обращенной к внутреннему уху, имеет два отвер стия — круглое и овальное окло.
Звуковоспринимающая система представлена внутрен ним ухом. Внутреннее ухо расположено в пирамиде височ ной кости и представлено лабиринтом. Лабиринт состоит из 3 отделов: преддверия, полукружных каналов и улитки. Преддверие и полукружные каналы — это орган равновесия (вестибулярный аппарат), а улитка — орган слуха.
Улитка представляет собой перепончатый спирально из витой канал, делающий 2,5 обопота вокруг стержня и закан чивающийся слепо. Внутри улятки проходят 2 мембраны, разделяющие ее на 3 лестницы (верхнюю, среднюю, ниж нюю). В средней лестнице улитки находится звуковоспри-нимающий аппарат, или Кортиев орган; он представлен дву мя мембранами: основной и покровной, а также лежащими между ними рецепторными (волосковыми) клетками.
При попадании в ухо звуковой волны приходит в движе ние барабанная перепонка, а затем цепь слуховых косточек среднего уха; последняя слуховая косточка — стремечко — вдавливает мембрану овального окна, что приводит в дви жение жидкости, заполняющие лестницу улитки. Далее на чинают колебаться определенный участок основной мембра ны (соответственно частоте и силе звука) и находящиеся на ней рецепторные клетки. Они возбуждаются, возникает по тенциал действия (нервный импульс), передающийся через слуховую проводящую систему в височную кору больших по лушарий, где и происходит опознание слуховых раздражите лей по всем параметрам, т. е. опознание слуховых образов.
Раздел VI. Человек
291
1.12. Высшая нервная деятельность
Особый раздел физиологии изучает материальные ос новы психической деятельности человека. Он появился бла годаря работам И. П. Павлова, создавшего учение о без условных и условных рефлексах как двух различных формах поведения человека.
Безусловные рефлексы — видовые генетические, за крепленные, стереотипные формы поведения человека. Воз никают сразу, не нуждаются в выработке (например, врож денные пищевые и оборонительные рефлексы).
Условные рефлексы — индивидуально приобретенные в процессе жизни и обучения приспособительные реакции, возникающие на основе образования временной связи меж ду условным раздражителем и безусловнорефлекторным ак том. Условный рефлекс образуется благодаря многократ ному сочетанию условного раздражителя со стимулом, вы зывающим безусловный рефлекс.
Правила образования условных рефлексов:
1. Условный сигнал опережает по времени безусловное подкрепление.
2. По силе он не должен быть больше, чем безусловное подкрепление.
3. Отсутствие посторонних раздражителей.
4. Здоровая нервная система.
5. У человека — мотивация (потребность к учению, при обретению знаний, навыков).
Значение условных рефлексов в том, что эта форма при обретенного поведения есть возможность для развития, об учения, приобретения навыков, умений, знаний на осно ве индивидуального опыта.
Условные рефлексы вырабатываются в 2 стадии:
1) генерализация,
2) специализация, ю*
292 Концепции современного естествознания •
В основе стадии специализации условных рефлексов ле жит торможение. Оно может быть внешним (врожденным) или внутренним (приобретенным).
Внешнее торможение может быть вызвано посторонним для данного условного рефлекса внешним сигналом. Внеш нее торможение всегда начинается с ориентировочной ре акции, не нуждается в выработке, развивается вне струк тур временной связи.
Различают несколько видов внутреннего торможения. Оно нуждается в выработке, является более сложным, зат рагивает структуры временной связи, служит как для упро чения условных рефлексов, так и для их постепенного уга сания, если условный рефлекс теряет свою биологическую значимость.
Данный раздел науки изучает такие сложные проявле ния психики человека, как память, эмоции, внимание, сознание, мышление и другие. Это высшие психические функции.
Сознание — это высшая форма отражения мозгом че ловека окружающего мира, т. е. это такое знание, которое может быть передано другим людям в форме слов, матема тических символов и т. д.
Особенностью психических функций человека является наличие 2-й сигнальной системы. Это особые условные реф лексы, вырабатываемые на слово (1-я сигнальная система — это конкретные образцы окружающего мира).
Слово — это обобщающий сигнал, заменяющий конк ретный предмет, явление. У человека благодаря 2-й сиг нальной системе формируется абстрактно-логическое мыш ление. Предпосылками для этих функций являются:
1. Оптимальное кровоснабжение мозга.
2. Оптимальный уровень возбудимости нервных цент ров. При низком уровне возбудимости сознание отсутству ет (наступает сон). Поддержание оптимального уровня воз будимости нервных центров достигается благодаря активи рующим влияниям ретикулярной (сетчатой) формации сред него мозга.
Раздел VI. Человек
293
В самостоятельную группу явлений выделяют неосо- , знаваемые психические процессы. ;
Сознание и подсознание — взаимосвязанные формы психической деятельности, которые осуществляются на уров не коры и подкорки.
Возникновение реакций на уровне сознания зависит от оценки значимости сигнала на уровне подсознания. Рас смотрим следующие варианты:
а) если сигнал из подкорки информации не несет, то он тормозится в коре;
б) если сигнал требует шаблонного ответа, то возника ет реакция, которая осуществляется по автоматическому типу;
в) если сигнал оценивается как значимый, то возника ет активация коры, и реакция носит осознанный характер.
Речь — это исторически сложившаяся форма общения людей с помощью символов и знаков. .:,,.
Функции речи: '
1. Коммуникативная, т. е. средство общения.
2. Понятийная (слово — понятие).
3. Регуляторная — регуляция деятельности различных систем с помощью слова.
Этапы речевого общения: , -*г
1. Воспроизведение речи, выражающееся Ш1КХ<ШЯее?* кой (по слуху) и зрительной (письменной)речи» ,;•; ? ;
2. Восприятие речи — понимание ее. Ч;?(",^!;,
3. Речевой ответ. , : и Разновидности речи: ; 'I'fv " • -
1. Устная.
2. Письменная.
3. Внутренняя (немая).
В выполнении речевой функции левому полушарию коры больших полушарий головного мозга принадлежит гос подствующая роль. Правое полушарие доминирует в отно шении восприятия предметов, геометрических фигур,
294 Концепции современного естествознания
деталей образов. Эта межполушарная асимметрия доказана юшнико-патологоанатомическими данными. Так, в част ности, Брока выявил нарушение речи, связанное с пора жением нижней лобной извилины. Вернике показал, что существует так называемая сенсорная афазия при пораже нии задних отделов верхней височной извилины. При этом страдает восприятие речи на слух.
Межполушарную асимметрию при зрительном воспри ятии доказали также опыты Сперри с так называемым рас щепленным мозгом. У правшей в 75 % случаев доминирует левое полушарие. Люди с доминирующим левым полуша рием тяготеют к теории, имеют большой словарный запас, им присущи двигательная активность, целеустремленность, способность прогнозировать события.
"Правополушарный" человек (доминирует правое по лушарие) тяготеет к конкретным видам деятельности, он медлителен и неразговорчив, склонен к созерцательности и воспоминаниям.
Внимание — это сосредоточенность, избирательная по знавательная направленность процессов, нацеленная на оп ределенный объект, значимый в данный момент.
Физиологический механизм внимания — это, во-пер вых, ориентировочный рефлекс, который заключается в ус тановке анализаторов на объект, а во-вторых, локальные процессы активации, основанные на изученном А. А. Ух томским явлении доминанты. Вьшвлены свойства домини рующего очага возбуждения: . j ,
— суммация; ..... , .€
— высокая возбудимость; лйГ^' ' дуД
— стойкость; ,." , ,., ,
— инертность.
Различают два вида внимания: непроизвольное и про извольное. Непроизвольное внимание в основном связано с возбуждением подкорковых образований. Произвольное внимание обеспечивает сложные взаимосвязи коры боль ших полушарий с особой структурой ствола мозга — ретику лярной (сетчатой) формацией. -^1 : . ;? , j
Раздел VI. Человек
295
Различают следующие стадии внимания:
1. Расслабление, бодрствование.
2. Избирательное внимание.
3. Рассеянное внимание (трудность сосредоточения).
Функцию внимания обеспечивают различные анатоми ческие структуры головного мозга, но главную роль играют промежуточный мозг (зрительный бугор и подбугорье) и ассоциативные зоны коры больших полушарий.
Память. Память — это способность мозга запоминать, хранить и воспроизводить полученную информацию.
Различают несколько видов памяти:
1) мгновенную (иконическую) — она длится несколько секунд;
2) кратковременную (длится до двух-трех дней);
3) долговременную (от двух-трех дней до конца жизни человека).
При некоторых заболеваниях мозга человек теряет спо собность запоминать события, происходящие незадолго до и во время болезни. Это симптомы так называемой ретро градной амнезии. Полная потеря памяти называется анте-роградной амнезией. Ученых издавна интересовали физио логические механизмы различных видов памяти. Так, от носительно механизмов кратковременной памяти существу ет теория, что она реализуется в виде многократной цирку ляции потоков импульсов по замкнутым цепям нейронов. Эта теория подтверждена морфологическими данными о наличии в сетях нейронов множественных соединений, об разующих круговые пути. В ходе запоминания происходит активация этих путей и многократное возбуждение нервных клеток. Процесс перехода кратковременной памяти в дол говременную называется консолидацией.
В отличие от кратковременной долговременная память хранит следы пережитых событий неопределенно долго. Она и является носителем жизненного опыта и знаний, приоб ретенных человеком. О субстрате долговременной памяти существуют разные мнения. Одна из теорий объясняет про исхождение долговременной памяти повышением эффек-
296 Концепции современного естествознания
тивности синапсов (контактов между нейронами) и образо ванием новых. Другая теория (химическая) базируется на многочисленных опытах и наблюдениях во время обучения. Например, показательные опыты с крысами, которые об учались добираться к пище, балансируя на проволочном мо стике. У этих крыс в нервных клетках, ответственных за выполнение двигательного навыка, произошло изменение состава РНК (рибонуклеиновои кислоты)
Можно ли передать память другому организму (т. е. перенести память)? Начало исследованиям в этой области положил опыт с плоскими червями — планариями, кото рых кормили особями с предварительно выработанным реф лексом. При этом у опытных червей наблюдали ускоренную выработку рефлекса. В качестве переносчика памяти в этих опытах также рассматривается РКН.
Из мозга крыс, обученных избегать темноты, было выделено вещество скотофобин, состоящее из 15 аминокис лот. У таких крыс, оказавшихся в темноте, он вызывал ре акцию стресса. Однако концепции переноса памяти не яв ляются общепризнанными.
Вопрос о влиянии экстрактов мозга обученных живот ных на поведение необученных требует дальнейшего иссле дования.
Мышление — это сложнейший вид мозговой деятель ности человека в процессе приспособления к новым усло виям и решения новых жизненных задач.
Процессы мышления сводятся к образованию общих пред ставлений и понятий, а также суждений и умозаключений.
По мнению ученых, мысль является сложнейшим обоб щенным отражением действительности. Внешняя речь, по степенно концентрируясь, становится основой глубинного процесса, который на конечных этапах превращается в мысль.
? Вопросы для самоконтроля
1. В чем сущность концепции Ланга о системе крови?,.
2. Что лежит в основе концепции Ландштейнера о групг пах крови?, ...-•., : к
Раздел VI. Человек
297
3. Каковы основные показатели работы сердца?
4. Назовите основные дыхательные объемы.
5. Каковы функции аппарата пищеварения? .
6. Что такое метаболизм? ', rV
7. Какова основная функция почек?
8. Какими свойствами обладают гормоны? "
9. Что такое нейрон?
10. В чем заключается концепция И. П. Павлова 66 анализаторах? ,,
11. Что изучает высшая нервная деятельность? : ?ч-{
2. Биоэтика и поведение человека
Рождается ли человек безморальным (с сознанием, как чистый белый лист бумаги) и только воспитание прививает ему некие принципы, выработанные когда-то рационалис тами, или же мы появляемся на свет с каким-то набором врожденных чувств и представлений о том, что хорошо и что плохо, а воспитание их только развивает и направляет?
Биоэтику (или сложные поведенческие программы, при сущие животному миру) следует рассматривать как естествен ное обоснование человеческой морали. Ведь много призна ков, присущих человеку, генетически обусловлено. И только часть человеческих черт обусловлена воспитанием, образо ванием и другими факторами внешней среды обитания. По этому суть эволюции составляет процесс передачи генов от поколения к поколению. Все человеческие действия — это его поведение. Хронометрия человеческого поведения по казывает, в какой значительной степени биологично все наше поведение.
298 Концепции современного естествознания
С помощью биоэтики можно ответить на вопрос о про исхождении таких важнейших проявлений человеческого разума, как мораль и этика.
В какой степени верна эта гипотеза?
Отвечая на этот вопрос, следует учитывать, что этоло-ги (или специалисты по поведению животных) открыли у животных (и не только у высших) большой набор инстинк тивных запретов, необходимых и полезных в общении с со родичами.
Что мораль не чужда животным, люди могли знать мно гие тысячи лет, ведь рядом с ними была собака. Каждый, воспитывая собаку, может убедиться, как легко можно при вить ей некоторые наши этические правила, которые ей исходно совершенно чужды — понятливость и послушность. Но если бы собаке были присущи только эти качества, мы называли бы ее своим четвероногим рабом. А мы зовем ее другом. Ведь помимо придуманной нами для нее этики, мы чувствуем в хорошей собаке ее собственную мораль, во многом совпадающую с нашей. Скажем, вы спокойно ос тавляете ребенка на попечение вашей собаки, страшного хищника, способного растерзать даже взрослого и сильного человека. А почему? Потому, что вы доверяете ей. Дове ряете устойчивым принципам ее поведения. Ведь собака, как и человек с моральными устоями, не может обидеть самку или детеныша, готова рисковать жизнью за товарища, ува жает смелость и прямоту и презирает трусость и обман. Она очень тонко чувствует, когда ее хозяин чем-то расстроен, и способна на проявление чуткости и сопереживания.
Так что же такое мораль животных (или основные прин ципы биоэтики)? По мнению выдающегося австрийского это-лога Конрада Лоренца, это — создание естественным спосо бом врожденного запрета выполнять обычные программы по ведения в некоторых случаях, возникающих при общении с себе подобными. Значит, полезный необходимый инстинкт остается неизменным (у хищника это загонять добычу, уби вать ее, рвать на части и прочее), но для особых случаев, где
Раздел VI. Человек
299
его проявление было бы вредно, вводится специально создан ный механизм торможения. Любопытно, что культурно-ис торическое развитие человеческого общества происходит ана логичным образом, ведь важнейшие требования всех мораль ных заповедей и кодексов — это не предписания, а именно запреты. Как врожденные механизмы и ритуалы, препятству ющие асоциальному поведению животных, так и человечес кие табу определяют поведение, аналогичное истинно мораль ному лишь с функциональной точки зрения, во всем осталь ном оно также Далеко от морали, как животное от человека.
Все эти'Врожденные запреты возникают под жестоким давлением отбора ради выполнения задачи сохранения вида.
К важнейшим из таких запретов относятся следующие:
1. "Не убей своего" — первый и основополагающий зап рет у очень многих видов. Чтобы выполнять его, необходи мо безошибочно узнавать своих, безошибочно отличать их от чужих. Интересно, что если, скажем, галки, гуси и обезья ны узнают друг друга персонально, то члены крысиного кла на, точно так же как пчелы и другие общественные насеко мые, отличают своих сородичей от чужих по общему запаху. У человека тоже есть манера делить всех окружающих на своих и чужих./ Причем понятие "они" появляется намного рань ше, чем "мы". Только ощущение, что есть "они", рождает у первобытного человека желание самоопределиться по от ношению к "ним", обособиться от "них" в качестве "мы". {Так, у всех маленьких детей налицо очень четкое отличение всех "чужих", причем, разумеется, весьма случайное, без различения чужих опасных и неопасных и т. п. Но включа ется сразу очень сильный психический механизм на "чужо го", при попытке контакта возникает комплекс специфичес ких реакций, включая плач, рев — призыв к "своим".
2. Второй запрет непосредственно вытекает из первого — чтобы не убить своего и не быть убитым им, нельзя напа дать неожиданно и сзади, без предупреждения и без провер ки, нельзя ли разрешить возникший конфликт без схватки. Например, собакам, чтобы познакомиться, важно обнюхать
300 Концепции современного естествознания
друг друга, а безопасно это можно сделать только четко фик сированным образом.
Человеческий ритуал выполняет, в целом, те же функ ции, что и ритуализированные инстинктивные действия животных. Следует особо отметить, что ритуал — это спе циальная форма взаимодействия, изобретенная людьми для удовлетворения потребности в признании среди "своих". Потребность в признании — это первая потребность, с ко торой начинается взаимодействие людей; без ее насыщения невозможно удовлетворить другие потребности. Ведь если потребность в признании не реализуется, то начинает раз виваться агрессивное поведение по отношению к "нераспо--знающему" человеку, который становится "чужим^ Ритуал (и в частности ритуал знакомства или принятия в число сво их) и призван снять эту "агрессию" и удовлетворить эту не-! обходимость в признании хотя бы на минимальном уровне.
3. У хорошо вооруженных природой животных есть зап-' реты применять смертоносное оружие или убийственный прием в драке со своими. Волк может убить оленя и даже лося одним ударом клыков, разорвав горло или пах. Но в драке с другим волком он этого приема применить не может. Та ким образом, возникает удивительный парадокс: наиболее кровожадные звери (и прежде всего волк) обладают самым надежным механизмом торможения, запрещающим убий ство или ранение сородичей, которые только есть на земле.
Этот механизм торможения, препятствующий асоци альному поведению животных, является врожденным, по этому животное, у которого поломали данный механизм, лишь в известном смысле можно назвать "аморальным" по отношению к своим сородичам. Любопытно, что когда че ловек пытался одолеть своего самого совершенного и успеш ного биологического противника — крысу, то самые успеш ные попытки были связаны с возможностью сломать этот механизм торможения агрессии против своих сородичей. Дело в том, что крысы в определенном смысле самые "об щественные" животные, сплоченные в сообщество "кол-
Раздел VI. Человек
301
лективистской психологией", и в своем поведении с члена ми собственного сообщества являются истинным образцом всех социальных добродетелей. Крысы непобедимы, пото му что внутри большой стаи никогда не бывает серьезной борьбы, причем наиболее защищенными себя чувствуют детеныши и слабые животные. Кроме того, крысы пользу ются теми же методами, что и человек, — традиционной передачей опыта и его распространением внутри тесно спло ченного сообщества.
Известно, что крысы были самым страшным бедствием во времена парусного флота. Иногда голодные крысы цели ком сгладывали пьяных членов экипажа вместе с сапогами, оставляя только медные гвоздики и железные бляхи от рем ней. Поэтому единственно эффективным способом борьбы с крысиным сообществом была возможность "взорвать" его изнутри. Способ получил название "крысиный король". Матросы отлавливали несколько десятков крыс и сажали их в какое-нибудь тесное замкнутое пространство, где крысы были обречены на голодную смерть. Но крысы, даже умирая от голода, не нападали на своих сотоварищей. В качестве пус кового механизма пробуждения внутрисемейной агрессии использовали чужую крысу, которую подбрасывали через определенное время. Почуяв запах чужака, крысы приходят в безумную ярость и убивают его, а затем начинают кусать друг друга. Запах крови опьяняет их еще больше. Главное — сломать очень жесткий запрет на агрессию против сородичей. Наконец обезумевшие крысы начинают убивать друг друга. Остается 20 живых крыс, десять, затем 4, и, наконец, 2 уцелевшие крысы вступают в последнюю смертельную схват ку. Победитель, который сумел сожрать всех своих сороди чей, и есть "крысиный король". Это уже крысиный "выро док" — животное, у которого полностью сломлены все зап реты и механизмы торможения. Эта крыса способна только убивать и убивать своих сородичей, но у нее свой запах, и "нормальные" крысы не могут ее тронуть. Поэтому обычные крысы чувствуют этого "кровавого убийцу" на расстоянии и предпочитают с палубы выпрыгнуть в море и утонуть, чем
302 Концепции современного естествознания
встретиться с "королем-убийцей" в трюме, который сразу ста новится очень тесным. Вскоре на судне остается только одна крыса, которая уже никому не опасна.
4. Следующий запрет, опять-таки более абсолютный у сильно вооруженных животных (в основном хищников), не позволяет бить того, кто принял позу покорности. Как более слабому и проигравшему в схватке животному остановить рас паленного в драке победителя? Это — предложить ему нару шить предыдущий запрет на применение смертельного при ема. Проигравшие волк, лев или олень вдруг прыжком от скакивают от противника и встают боком к нему, подставляя для смертельного приема самые уязвимые места. Но именно этот прием противник нанести не может. Например, волк подставляет победителю чрезвычайно ранимую боковую сто рону шеи, выгнутую навстречу укусу. Галка подставляет под клюв той, кого нужно умиротворить, свой незащищенный затылок, как раз то место, которое стараются достать птицы при серьезном нападении с целью убийства. Но именно этот удар (или смертельный прием) более сильный противник нанести не может. Любопытно, что когда побежденная со бака принимает позу покорности, то победитель сразу оста новиться не может и проделывает движения смертельной встряски "вхолостую", т. е. возле самой шеи поверженного противника, но без укуса и с закрытой пастью.
Необходимо знать, что у животных разных видов "прин ципы морали" закреплены по-разному и проявляются не одинаково. Иногда в одном вольере содержат вместе индю ков и павлинов, что делать не рекомендуется. Эти птицы относятся к одному отряду куриных и даже к одному семей ству фазаньих птиц, но ведут себя различно. Так, если ин дюк и павлин вступают в драку из-за территории, и пав лин, как более легкая птица, принимает позу покорности, подставляя своему противнику темечко, то индюк, не заду мываясь, забивает павлина насмерть. Павлин же сделать уже ничего не может, так как из позы покорности в боевую стойку выйти уже невозможно.
Раздел VI. Человек
303
Почему же у человека нет врожденных ограничений на приемы драки? К. Лоренц пишет, что "можно лишь пожа леть о том, что человек как раз не имеет "натуры хищни ка". Большая часть опасностей, которые ему угрожают, про исходит оттого, что по натуре он сравнительно безобидное всеядное существо, у него нет естественного оружия, при надлежащего его телу, которым он мог бы убить крупное животное. Именно поэтому у него нет и тех механизмов бе зопасности, возникших в процессе эволюции, которые удер живают всех "профессиональных" хищников от применения оружия против сородичей.
Когда же изобретение искусственного оружия открыло новые возможности убийства, то прежнее равновесие меж ду сравнительно слабыми запретами агрессии и такими же слабыми возможностями убийства оказалось в корне нару шено. Но хотя вроде никаких ограничений на приемы дра ки у человека нет, проигравший драку мальчишка вдруг за кладывает руки за спину и, подставляя лицо, кричит: "На, бей, подлец". И хотя запрет в нас очень слаб, но действие его впечатляюще.
5. И, напоследок еще один очень важный принцип по ведения, характерный для многих животных: победа с тем, кто прав. Животное, защищающее свою территорию, свою нору, свою самку, своих детенышей, почти всегда выиг рывает в конфликте. Даже у более сильного и агрессивного соперника. И не только потому, что отчаянно обороняется и яростно нападает, но и потому, что противник заранее психически ослаблен. Его агрессивность сдерживает запрет, тот самый, который на юридическом языке называют не прикосновенностью жилища, личной жизни и имущества.
Ну и какой вывод можно сделать из этих любопытных фактов и закономерностей? Хотя аналогии между описанным выше "социальным и нравственным" поведением некоторых животных и человека известны давно и многим, но выводы ., делаются различные и даже диаметрально противоположные. Так, логика рассуждения сторонников этологической трак товки социальных явлений (К. Лоренц, Р. Ардри, Дж. Скотт
304 Концепции современного естествознания
и др.) сводится к следующему: поскольку общепризнанно, что человек произошел от животного мира и наши животные предки прошли через длительную эволюцию, прежде чем стали тем, что мы называем Honio Sapiens, постольку, счи тают они, человек должен обладать и всеми теми свойства ми, которые присущи животным, включая и биологическую основу мотивации его агрессивного поведения. Сравнитель но недавно возникшая социобиология доходит даже до ут верждения, что в основе всех форм социального поведения человека лежат врожденные структуры, присущие ему так же, как и всем другим представителям животного мира. Так, наш образ жизни, который, как мы считаем, создали мы сами, на самом деле в значительной мере определяется нашими ге нами. Социобиология утверждает, что все живые существа постоянно конкурируют между собой, стремясь обеспечить себе наилучшие шансы на успешную передачу своих генов, т. е. носителей наследственных признаков.
Человек генетически запрограммирован на совершение насильственных действий, доказывает Р. Ардри, он бессилен против инстинктов собственной природы, которые неотвра тимо приводят его к социальным конфликтам и борьбе.
Исследователи же, стоящие на марксистских позициях (например, астрийский философ Вольтер Холличер), счи тают, что человек далеко ушел от животного мира. А зна чит, распространять закономерности последнего на челове ческое поведение, его мотивы и механизмы, с научной точки зрения, абсолютно бесперспективно. Человек, как подчер кивал К. Маркс, "только в обществе может развивать свою истинную природу, и о силе его природы надо судить не по силе отдельных индивидуумов, а по силе всего общества". Значит, человек как полностью отделившееся от животного мира общественное существо, обладает характерными, спе цифическими только для него чертами и признаками.
Очевидно, что диалектический подход к изучению по ведения человека, исходя из двойственной его природы, должен включать как преемственное, и как проявление на рушения преемственности. ;-•" ч
Раздел VI. Человек
305
Например, Конрад Лоренц установил, что в высшей сте пени сложные нормы поведения — влюбленность, дружба, иерархические устремления, ревность, скорбь — у серых гу сей и у человека не только похожи, но и просто-таки совер шенно одинаковы до забавных мелочей. Отсюда следует, что раз подобия социального поведения у серых гусей и у челове ка не могут быть унаследованы от общих предков, то они не "гомологичны", а возникают исключительно за счет так на зываемого конвергентного приспособления. Древняя китай ская мудрость гласит, что не все люди есть в зверях, но все звери есть в людях. Необходимо понять, что социальное по ведение людей диктуется отнюдь не только разумом и куль турной традицией, но по-прежнему подчиняется еще и тем закономерностям, которые присущи любому филогенетичес ки возникшему поведению, а эти закономерности мы можем хорошо узнать, только изучая поведение животных..
Исследование целостного феномена власти показывает, что государственная власть своими корнями уходит в биосо циальную эволюцию предков человека. Мы здесь исходим из тезиса, что "ничто не рождается из ничего". Отечествен ные ученые М. Бутовская и Л. Файнберг на основе изуче ния предпосылок возникновения человеческого общества при шли к следующему выводу о существовании у приматов со циальной организации различной модификации. "Анализ социальных структур и социального поведения в сравнитель ном ряду приматов, — отмечают они, — позволяет выявить несколько универсальных типов социальной организации, присутствующих на всех основных уровнях филогенетическо го развития, а также наличие универсальных принципов вза имоотношений между особями в пределах сообщества (отно шения воспроизводства, отношения, направленные на под держание целостности группы — дружелюбные альянсы, от ношения иерархического порядка, направленные на упоря дочение связей между особями, отношения между особями, связанные с распределением ресурсов и среды обитания)". Здесь видны те отношения (связанные с целостностью орга низации, иерархией и распределением ресурсов, порядком),
306 Концепции современного естествознания
которые в человеческом обществе с его спецификой станут параметрами государственной власти и приобретут свои ка чества. На наш взгляд, правомерно говорить об аналогиях между биологическими и социальными свойствами, в част ности, об определенном параллелизме между биологически обусловленным неравенством и иерархией в сообществах выс ших животных и государственной властью.
Уже в первой половине XX столетия зоопсихологами было выявлено наличие устойчивой и развитой иерархии в сооб ществах высших животных. Наиболее показательными в этом отношении были опыты Скиннера, исследовавшего группо вую организацию у серых крыс, а также работы Дж. Гудолл1 и Р. Шовена2. При этом к 60-м годам представления о жест кой генетической обусловленности неравенства сменяются концепцией группы как системного целого, где основными детерминантами являются, с одной стороны, поведенчес кие реакции индивидуального эгоизма, с другой — протосо-циальные альтруистические формы поведения. Более или менее удачное объяснение тому, как сочетаются в коллектив ных формах организации животного мира такие противоре чивые начала, как альтруизм и эгоизм, было предложено в работе Р. Докинз "Эгоистический ген" (рус. пер. 1993 г.), где была предложена интерпретационная модель живой осо би как своеобразной машины, запрограммированной на вы живание своих генов. Соответственно, там, где существует возможность сохранения и передачи индивидуальных генов, преобладают эгоистические формы поведения, в тех же об стоятельствах, где попытка каждой особи сохранить индиви дуальные гены ставит под угрозу физическое существование всей группы, срабатывают альтруистические поведенческие реакции. Р. Эфроимсон упоминает описанный в специаль ной литературе случай самопожертвования взрослых самцов шимпанзе, напавших на тигра для того, чтобы дать возмож ность скрыться оставшимся членам группы3. Так или иначе
1 Гудолл Дж. Шимпанзе в природе: поведение. М., 1992.
2 Шовен Р. Поведение животных. М., 1972.
3 Эфроимсон Р. Родословная альтруизма/ Новый мир. 1972. №11.
Раздел VI. Человек
307
были выявлены следующие основания групповой иерархии и отношений подчинения и господства в сообществах выс ших животных (речь идет прежде всего о человекообразных обезьянах).
Базовым функциональным назначением как индивида, так и группы является сохранение видового генотипа вообще и генотипа данной популяции в частности. И групповые, и индивидуальные поведенческие реакции варьируются в пре делах от ярко выраженного эгоизма до альтруизма (разумеет ся, термины "эгоизм" и "альтруизм" применяются в данном случае весьма условно и не содержат всего набора смыслов, обусловленных развитием человеческой культуры).
На вышеотмеченную пару полюсообразных типовых ре акций накладываются коммуникативные ритуалы, в кото рых и обнаруживается собственно иерархия особей и прежде всего отношения господства и подчинения. Последние включают в себя как индивидуально-статусное, так и стра-товое доминирование, источники и основания которого но сят множественный характер. Наиболее показательные при меры в этом плане составляют сообщества крыс и человеко образных обезьян. В них подгруппу (или страт) бесспор ных лидеров Альфа образуют взрослые особи—самцы, от личающиеся не только физической силой и свирепостью, но и быстротой поведенческих реакций, прежде всего реак цией "принятия решения". То есть те, кто способен быст ро действовать в минуту опасности, как правило, и стано вятся вожаками. Этот страт является условно наиболее ус тойчивым источником доминирования, его можно условно обозначить как "полюс силы".
Вторую подгруппу, или страт, образуют особи Бета, уступающие первым в физической силе, быстроте приня тия решений и бесстрашии. Кстати, такие, казалось бы, чисто человеческие качества, как смелость, страх и другие, в неменьшей степени присущи и животным особям. Этот факт хорошо известен кинологам. Особи Бета отличаются разви тыми "мыслительными способностями", например, умени ем ориентировать в нестандартной ситуации. Индикатором
308 Концепции современного естествознания
такого умения служит "экстраполяционный рефлекс", или иначе "рефлекс предвидения", открытый отечественным зоопсихологом Крушинским.
Особи Бета становятся временными лидерами в кри тических обстоятельствах, предлагая новые нестандартные формы поведения тогда, когда привычные рефлекторные реакции не позволяют группе справиться с возникающими трудностями. Страт Бета образует второй устойчивый ис точник доминирования в группе — своеобразный "полюс разума". Далее идет подгруппа молодых и менее опытных или взрослых, но не имеющих отличий самцов, которые составляют страты "подвластных", но "полноправных" (т. е. имеющих потомство) членов сообщества; их обычно обозначают как Гамма, Дельта и т. д... Замыкают иерархию "неполноправные" члены группы, своего рода "изгои" — Омега, тс, для которых в обычных условиях не допускается спаривание, а следовательно, и сама возможность иметь по томство. Особей Омега обычно принуждают пробовать не знакомую пищу, идти вперед, прокладывая маршрут в не знакомых или опасных условиях, когда гибель одной из них должна послужить сигналом тревоги для всего сообщества. Таков в общих чертах первый тип организации господ ства и подчинения в сообществах высших животных; обыч но он обозначается как "ранговая иерархия". Весьма любо пытным при этом является то обстоятельство, что несмот ря на название "иерархия" для данного типа организации животных сообществ, принадлежность к тому или иному страту вовсе не является наследуемой или только врожден ной. Чтобы занять соответствующее место в страте Альфа или Бета, необходимо завоевать высокий индивидуальный статус, и дети вожака в стае шимпанзе до достижения зре лости отстаивают свое индивидуальное место в соответству ющем страте наравне со всеми, при том что, по мнению некоторых ученых, между самими стратами Альфа и Бета существует устойчивая конкуренция за безусловное лидер ство. В литературе известен трагикурьезный случай, когда в лабораторных условиях особи Бета, регулярно получая
Раздел VI. Человек
309
значительную долю алкоголя, утрачивали чувство страха, вступали в драки с Альфа и нередко становились вожаками. Правда, на короткое время, поскольку начинали испыты вать устойчивое влечение к алкоголю. Они быстро "спива лись", опускаясь в конце концов до уровня Омега. (Сход ство с людьми настолько поразительное, что порою даже неловко становится за "человека разумного".)
Следует учитывать и одно из универсальных правил био логии — для множества элементов системы характерны асим метрия взаимодействий и вытекающая из этого асимметрия взаимоотношений. В то же время исследования синхрони зации поведения животных и человека показали, что на са мых разных уровнях интеграции — от биохимических систем организма до сложных социальных взаимодействий — обна руживается взаимная синхронизация поведения. Следова тельно, в основе социального поведения системы лежит принцип асимметричности взаимоотношений и влияния ее элементов. Однако целостность системы требует устойчи вости и повторяемости отношений между составляющими ее элементами. Отсюда вытекает необходимость регулятив ных механизмов, использующих "нормы" поведения и иерар хию организации (она устраняет конкуренцию отдельных видов поведения, чтобы сохранить целостность и порядок .системы).
Г Значит, главный вывод, который делает биозтика, за ключается в том, что в нашем поведении помимо действий, порожденных разумом, есть действия, мотивированные древ ними врожденными программами, доставшиеся нам от жи вотных предков.
Но, конечно же, поведение человека не ограничивает ся этими врожденными животными программами. Ведь человек живет и действует, побуждаемый множеством по требностей.
А. Маслоу, один из ведущих психологов США в области исследования мотивации, разработал "иерархию" потреб ностей человека. ,.., . . ,,- .,.,,,,:, i.:..,.
310 Концепции современного естествознания
"й-te
/
/Сознание собственного \ достоинства \
/ Социальные потребности \
Потребности в надежности Физиологические основные потребности
Рис. 8. Иерархия потребностей
Она состоит из следующих ступеней: ступень 1 — физи ологические потребности — это низшие, управляемые орга нами тела потребности — дыхательная, пищевая, сексуаль ная, потребность в самозащите. Ступень 2 — потребность в надежности — стремление к материальной надежности, здо ровью, обеспечению по старости и т. п. Ступень 3 — соци альные потребности. Удовлетворение этой потребности не объективно и трудно описуемо. Одного человека удовлет воряют очень немногие контакты с другими людьми, в дру гом человеке эта потребность в общении выражается очень сильно. Ступень 4 — потребность в уважении, осознании собственного достоинства — здесь идет речь об уважении, престиже, социальном успехе. Вряд ли эти потребности удовлетворяются отдельным лицом, для этого требуются группы. Ступень 5 — потребность в развитии личности, в осуществлении самого себя, в самореализации, самоактуа лизации, в осмыслении своего назначения в мире.
Маслоу выявил следующие принципы мотивации чело века:
1) мотивы имеют иерархическую структуру; qr
2) чем выше уровень мотива, тем менее жизненно не обходимыми являются соответствующие потребности, т«*Ш дольше можно задержать их реализацию; ,«л.^(1Л
Раздел VI. Человек
311
3) пока не удовлетворены низшие потребности, выс шие остаются сравнительно неинтересными. С момента удов летворения низшие потребности перестают быть потребнос тями, т. е. они теряют мотивирующую силу;
4) с повышением потребностей повышается готовность к большей активности. Таким образом, возможность к удов летворению высших потребностей является большим сти мулом активности, чем удовлетворение низших.
Маслоу отмечает, что нехватка благ, блокада базовых и физиологических потребностей в еде, отдыхе, безопаснос ти приводит к тому, что эти потребности могут стать для обычного человека ведущими ("Человек может жить хлебом единым, когда не хватает хлеба"). Но если базовые, пер вичные потребности удовлетворены, то у человека могут проявляться высшие потребности, метамотивации (потреб ности к развитию, к пониманию своей жизни, к поиску смысла своей жизни). Для многих людей присущи так на зываемые "неврозы существования", когда человек не по нимает, зачем живет, и страдает от этого.
Если человек стремится понять смысл своей жизни, мак симально полно реализовать себя, свои способности, он по степенно переходит на высшую ступень личностного само развития.
"Самоактуализирующейся личности" присущи следую щие особенности:
1) полное принятие реальности и комфортное отноше ние к ней (не прятаться от жизни, а знать, понимать ее);
2) принятие других и себя ("Я делаю свое, а ты делаешь свое. Я в этом мире не для того, чтобы соответствовать тво им ожиданиям. И ты в этом мире не для того, чтобы соот ветствовать моим ожиданиям. Я есть я, ты есть ты. Я ува жаю и принимаю тебя таким, какой ты есть");
3) профессиональная увлеченность любимым делом, ориентация на задачу, на дело;
4) автономность, независимость от социальной среды, самостоятельность суждений;
312 Концепции современного естествознания
5) способность к пониманию других людей, внимание, доброжелательность к людям;
6) постоянная новизна, свежесть оценок, открытость опыту;
7) различение цели и средств, зла и добра ("Не всякое средство хорошо для достижения цели");
8) спонтанность, естественность поведения;
9) юмор;
10) саморазвитие, проявление способностей, потен циальных возможностей, самоактуализирующее творчество в работе, любви, жизни;
11) готовность к решению новых проблем, к осозна нию проблем и трудностей, своего опыта, к подлинному пониманию своих возможностей.
Если человек достиг уровня самоактуализации, то у него высшие потребности начинают доминировать над низмен ными. Это только в начале жизненного пути: если у чело века нет хлеба, то он будет жить только для того, чтобы этот хлеб раздобыть. Когда же человек осознал свое пред назначение в мире, то он может ограничиться минимумом воды и хлеба. Только человек, знающий, для чего он жи вет, может быть настойчивым и последовательным, терпе ливым и постоянным, уверенным в себе и справедливым.
Для самоактуализации необходимо добиваться поставлен ных целей, понять свое место в жизни и следовать божествен ной предначертанное™. Чтобы достичь постатейных целей, необходимо не поддаваться всему тому, что может помешать поставленной задаче; причем, если спортсмен показывает возможности тела, то самоактуализация — это высший по казатель возможностей духа. Смысл жизни человека состоит в максимально полном развитии, развертывании всех зало женных от бога талантов, зачатков и способностей. Самоак туализация и есть полное использование всех возможностей человека. Обычно человек стремится выразить себя в той области, в которой он обладает наибольшими задатками и способностями. Но далеко не каждая область человеческой деятельности способствует раскрытию творческих способное-
Раздел VI. Человек
313
тей. Тяжелый физический монотонный нетворческий труд, на который обречена значительная часть человечества, не раскрывает, а, напротив, губит имеющиеся способности. Подлинное наслаждение приносит только творческая рабо та. Наибольшую возможность для взлета мысли, для развер тывания потенциально безграничных духовных возможнос тей человека представляют наука и искусство. Видимо, тем и объясняется тот факт, что все большее количество людей стремится получить такую работу, где есть больше возможно стей для творчества, соглашаясь при этом даже на более низ кую зарплату. Стремление добиться уважения со стороны других людей — один из движущих мотивов в процессе поис ка смысла жизни, в особенности в тех областях, в которых имеется большая возможность для творчества.
Можно сказать, что каждый человек имеет внутреннюю потребность стать всем тем, кем он может и по своей сво бодной мотивации должен стать. Творческая работа чело века над самим собой — главный механизм удовлетворения данной потребности. Однако, в отличие от других существ, человек как потенциально безграничное, космическое со здание природы в принципе не может реализовать себя в полной мере. Это приводит к неудовлетворенности жиз нью, которая выступает побудительной причиной творчес кой деятельности. Вроде бы все просто и ясно, и мало кто оспаривает утверждение, согласно которому назначение лю бого человека— всесторонне развивать свои способности и дарования. Это может стать целью любой жизни. Но можно ли назвать эту цель высшей? Встает детский такой вопро сик, — а для чего развивать свои способности, для какой высшей цели? Это и есть один из основных вопросов фило софии. Еще Иммануил Кант заметил, что философия дол жна ответить всем на два вопроса: кто мы такие? и куда мы идем? Очевидно, что данный круг вечных или "роковых" вопросов стимулируется осознанием человеком конечности своего существования. Смерть низводит человека к этим воп росам, властно побуждает напрягать ум и волю в поисках ответа на них.
314 Концепции современного естествознания
Очевидно, что проблема смысла и цели человеческого • бытия, проблема жизни и смерти — это центральная про блема философии.
Естественно, когда каждый человек — это отдельное звено в бесконечной цепи всего человечества, то довольно легко определить смысл существования и этого отдельного звена — ведь без него разорвется цепь. Но те же материали сты утверждают, что смертен не только отдельный человек, но и все человечество. Вообще ничего нет вечного под солн цем. Да и солнце рано или поздно потухнет, и не спасет человечество даже космический перелет в другую галакти ку, потому что и другая галактика рано или поздно взорвет ся, а в конце концов и вся Вселенная сожмется обратно в бесконечно малую величину. Известно, что в соответствии с концепцией универсального эволюционизма, 15—20 млн. лет назад все вещество нашей Вселенной концентрирова лось в "сингулярности" — определенном физическом состо янии, не подчиняющемся обычным законам физики. Вся материя была сконцентрирована в необычайно малом объе ме с гигантской плотностью и чудовищной температурой. Новейшие исследования показывают, что эта "сингуляр ность" была создана из ничего. И вот из этого "ничего" все и возникло, чтобы по истечении определенного времени в это "ничто" превратиться снова1.
Жизнь противоположна безжизненности, а смерть противоположна рождению, ибо смерть и рождение — по люсы и границы человеческой жизни, ее пределы. Смерть даже более необходима, чем рождение, так как тот или иной человек мог и не родиться, поскольку его рождение зависе ло от многих случайностей. Но раз он родился, то уже нич то не может спасти его от смерти. "Против смерти нет ни каких средств", — писал Ф. Энгельс.
Все понимают, что человек в своем физическом теле не может жить вечно, но отношение людей к этому факту раз лично. Одни считают, что ценность жизни очень мала из-
1 Это одна из гипотез происхождения Вселенной, не имеющая научной доказательности.
Раздел VI. Человек •-
315
за ее ограниченности. И как было бы хорошо, если бы че ловек мог жить вечно... Но человек нерасторжимыми узами связан со своим поколением, с окружающей его с детства социальной средой, а все это — с конкретным историчес ким временем. И человек не может выпрыгнуть за границы своего времени и своего поколения. А если кому это и уда ется, то счастья не приносит. Одну 105-летнюю англичан ку спросили: "А у Вас есть враги?" — "Нет, — с грустью ответила она, — ни одного не осталось. Они все умерли, как, впрочем, и все друзья". Но человек в принципе ни когда не может примириться с необходимостью своего ухода из этого мира. И, очевидно, лучший выход из ситуации, которую мы изменить не в силах — это изменить свое к ней отношение. Ведь ограниченность жизни побуждает людей ценить и беречь время, жить интенсивно и насыщенно. Мысль о бесконечности жизни, о бесконечности будущих наслаждений сделала бы людей равнодушными к сегодняш ней радости, к сегодняшнему удовольствию. Философы не без основания считают, что все великое и нужное всем со здано людьми, которые хотели успеть совершить что-то зна чительное, которые стремились оставить свой след в исто рии, увековечить свое имя в памяти потомков.
Римские философы-стоики даже сформулировали глав ный жизненный принцип, по которому должен жить каж дый человек: "Думай о смерти". Из этого принципа следу ет, что каждое свое действие, каждый поступок, каждое высказывание и даже слово человек должен совершать так, как будто это его последнее слово и последнее действие в жизни. Следование такой жизненной установке наполняет содержанием и глубиной любое событие в жизни человека. Человек, думающий о смерти, способен часами любоваться цветком, морским прибоем, огнем очага. Вся восточная культура построена на созерцании земной красоты: японец может всю ночь просидеть и получить громадное удоволь ствие, наблюдая за падающим снегом или цветком сакуры. Большинство же людей следует в своей обыденной жизни
316 Концепции современного естествознания
прямо противоположной позиции — вообще стараются не думать о смерти.
Да, мысли о неизбежности смерти невыносимы, но некоторые философы не без основания считают, что веч ная жизнь была бы для человека проклятием, подлинной мукой. Необходимо отметить, что в ряде случаев наивное и потребительское отношение верующих к религиозному дог мату о загробном существовании препятствует людям тру диться над своим подлинным земным счастьем, думать об улучшении земной жизни, о совершенствовании отноше ний в обществе. Еще дневнегреческий историк Плутарх под метил эту особенность людей, верующих в бессмертие, — их недооценку земной жизни. "И придавая настоящей жиз- , ни в сравнении с вечностью мало значения или, вернее, не придавая ей никакого значения, они прозябают, не исполь зуя жизни; в своем малодушии они пренебрегают доброде телью и деятельностью и презирают самых себя как рожден ных на один день, неустойчивых и ни на что достойное не способных". Ведь бессмертие делает человеческую жизнь бес смысленной, лишает ее ценностей и интересов. Смертность делает жизнь трагичной, но зато может наполнить ее глубо ким смыслом. Каждый период в жизни человека вносит свое содержание и свои способы решения важнейших проблем, стоящих перед человеком.
Если бы даже вопреки законам природы удалось добиться бессмертия человека, то это поставило бы человечество перед сложнейшими проблемами, которые со временем стали бы неразрешимыми и завели человечество в тупик. В качестве примера можно привести интересный рассказ "Бессмертный", написанный известным аргентинским писателем Хорхе Лу исом Борхесом. Суть этого рассказа в том, что его герой посетил однажды город Бессмертных, мудрецов, нашедших волшебную реку и получивших дар никогда не умирать. Сам город оказывается заброшен и представляет собой громозд кий и бессмысленный лабиринт, где множество ходов упи рается в тупики. А возле города обитает дикое и мрачное племя, которое кажется ему совершенно тупым и неразви-
Раздел VI. Человек
317
тым, практически не умеющим говорить. Но волею судьбы он ближе знакомится с одним из дикарей и с изумлением узнает, что это... Гоглер! Бессмертный Гомер, в памяти ко торого, отягощенной веками, остались только отдельные слова и фразы из собственных произведений, почти лишен ные теперь всякого смысла. Дикари — это и были Бессмер тные. Борхес пишет: "Наученная опытом веков, республи ка Бессмертных достигла совершенства в терпимости и по чти презрения ко всему. Они знали, что на их безгранич ном веку с каждым случится все. В силу своих прошлых или будущих добродетелей каждый способен на благосты-ню, но каждый способен совершить и любое предательство из-за своей мерзопакостное™ в прошлом или в будущем... А если взглянуть на вещи таким образом, то все наши дела справедливы, но в то же время они — совершенно ника кие. Гомер сочинил "Одиссею", но в бескрайних просторах времени, где бесчисленны и безграничны комбинации об стоятельств, не может быть, чтобы еще хоть однажды не сочинили "Одиссею". Каждый человек здесь никто, и каж дый Бессмертный — сразу все люди на свете". И дальше: "Смерть (или память о смерти) наполняет людей возвышен ными чувствами и делает жизнь ценной. Ощущая себя су ществами недолговечными, люди и ведут себя соответствен но: каждое совершаемое деяние может оказаться последним; нет лица, чьи черты не сотрутся, подобно лицам, являю щимся во сне. Все у смертных имеет ценность — невозвра тимую и роковую. У Бессмертных же, напротив, всякий поступок (и всякая мысль) — лишь отголосок других, кото рые уже случались в затерявшемся далеке прошлого, или точное предвестие тех, что в будущем станут повторяться и повторяться до умопомрачения. Нет ничего, что бы не ка залось отражением, блуждающим меж никогда не устаю щих зеркал. Ничто не случается однажды, ничто не ценно своей невозвратностью. Печать, грусть, освященная обы чаями скорбь не властны над Бессмертными".
Такой же, как и Борхес, точки зрения на проблему бессмертия придерживается и наш известный генетик —
318
Концепции современного естествознания
академик Н. Дубинин. По его мнению, в основе развития и общечеловеческого прогресса лежит процесс смены поко лений. Индивид, отдавший все для развития вида (челове чества), должен уйти. Мавр сделал свое дело — Мавр дол жен умереть. По мнению Дубинина, личное бессмертие че ловека явилось бы непреодолимой преградой на пути духов ного развития человека.
Живая природа устроена так, что жизнь питается жиз нью, т. е. жизнь поддерживается смертью. Так, если взгля нуть на проблему смерти с точки зрения биолога, то она неотделима от жизни. И дело не в том, что смерть следует за жизнью, а в том, что смерть обеспечивает саму жизнь. Наиболее ярким примером этого служат клетки нашей кожи, его наружного слоя. Поверхностные клетки кожи являются мертвыми. Это полупрозрачные кристаллы, которые скреп лены друг с другом тонким слоем жира. Эти клетки напол нены кератином. Они в определенное время мертвеют, а потом и вовсе сбрасываются кожей, а на их место приходят другие. Все это — плановый процесс, процесс непрерыв ного умирания ради жизни. Эти мертвые клетки, словно гибкий панцирь, защищают находящиеся под ним нежные ткани. Такая защита необходима, поскольку истинно жи вые клетки не могут переносить непосредственного сопри косновения с воздухом. Кристаллические клетки панциря образуются из живых клеток ткани: они постепенно вытес няются на поверхность кожи, где должны выполнять свою миссию уже не в живом, а мертвом состоянии. Но ведь в этом мертвом состоянии они выполняют жизненно важные для всего живого организма функции. Как же тогда пони мать смерть? В функциональном плане она часть жизни, не так ли? Кстати, эти клетки не просто умирают по причине какого-либо неудобства или недостатка. Они сами убивают себя именно для того, чтобы, перейдя в неживое состоя ние, обеспечивать выполнение организмом своих жизнен ных функций. Еще до того как клетка выйдет на поверх ность кожи, у нее начинается подготовка к своей новой фун кции — образованию панциря. С этой целью сама клетка
Раздел VI. Человек
319
вырабатывает яд для себя же. Ядом служит фиброзный ке ратин. Так постепенно вся клетка наполняется роговым ве ществом.
Таким образом, трудно непроницаемым барьером от делить жизнь от смерти. Если эти клетки мертвые, то "наше тело буквально укрыто смертью". Ведь мы ежедневно сбра сываем с себя полмиллиона мертвых клеток. Собственно, все, что можно видеть в нас — мертво. Жизнь спрятана под этой мертвой оболочкой. Как-то неловко от такого заклю чения. Поэтому не лучше ли отказаться от такого категори ческого определения смерти и считать, что мы живы цели ком, а не частично.
На примере клеток кожи видно, что отмирание, смерть является неотъемлемой частью жизни. Но это касается не только клеток кожи. Новые клетки в живом организме об разуются непрерывно. Их образуется во взрослом организ ме ровно столько же, сколько отмирает. Так организм не прерывно обновляется. Это все идет планово, и смерть кле ток не является чем-то нежелательным, какой-то трагеди ей. Отнюдь нет. Даже наоборот — трагедией было бы, если бы они не отмирали. Значит, смерть обеспечивает нормаль ное развитие жизни.
Когда мы говорим о смерти и бессмертии по отноше нию к человеческой личности, то речь идет главным обра зом о психике, или душе. Для материалистов "душа" — это синоним психики и обозначает совокупность психических явлений, являющихся системным свойством мозга. В хри стианстве душа — это непостижимое, бесплотное "духов ное начало, которое бог вдохнул в сотворенное им из праха тело первого человека. При этом душа дана человеку, так сказать, во временное пользование. Когда физическое тело умирает, то душа отлетает в мир иной. Итак, душа — это что-то временное, имеющее начало и неизбежный конец, или это вечное начало, данное нам от бога?
Что касается проблемы бессмертия, то философ А. К. Ма-неев, основываясь на некоторых данных современной на уки, пришел к заключению, что "...идеал достижимости
320 Концепции современного естествознания
индивидуального бессмертия и даже признание наличия во Вселенной биосистем, уже обладающих бессмертием, на дежды человечества на встречу в космосе с братьями по ра зуму, уверенность во всесилии знания, побеждающего смерть и могущего на базе информационных программ био-полевых систем возвратить к жизни всех, как говорится, ушедших в небытие, но в новой, более совершенной фор ме, на небелковой основе, — все это существенные эле менты истинно научного мировоззрения... Эта проблема уже поставлена на повестку дня развивающейся наукой. Идеа лы подобного рода действительно заражают оптимизмом и могут служить важным стимулом вдохновения во всех сфе рах практической и теоретической деятельности человече ства, осознавшего реальность таких идеалов".
Если биоэтику трактовать не узкомедицински и биоло гически, а как широкую и философски-глубокую дисцип лину, то ее центральное ядро — отношение к жизни и смер ти. Жизнь понимается как самоценность, как высшая цен ность. Поэтому возникают проблемы, которые выходят за рамки отношений врача и пациента, а именно отношение к жизни, животным, к биогеоценозам, к биосфере и т. д.
Биоэтика возникла и стала интенсивно развиваться в на чале 70-х годов в США и Западной Европе. Большую роль в становлении биоэтики сыграла медицина, а также развитие генетики, осознание не только биологами, но и обществом возможных негативных последствий генной инженерии. Но вый уровень технико-практических возможностей медицины и экспериментальной науки поставил перед учеными новые этические проблемы. Биоэтика возникла как ответ на техно логические вызовы в медицине. Новые технологии транс плантации органов, зарождения и поддержания жизни всту пили в противоречие и просто в конфликт с традиционными культурными ценностями и с традиционными аксиологичес-кими ориентациями. Например, для христианства сердце — это не только важнейший биологический, но и духовный орган человека.
Раздел V!. Человек
321
L
Г
Можно сказать что биоэтика — это форма защиты прав человека, в том числе его права на жизнь, на здоровье, на ответственное и свободное самоопределение своей жизни.!
Если мы будем рассматривать биоэтику не просто как анализ норм взаимоотношений врача и пациента, а в более широком контексте и в силовом поле тех ментальных и цен ностных форм, которые определяют отношение к жизни и смерти, к детству и старости, то в этом случае биоэтика окажется аксиологически нагруженной/Она не только вклю чит в себя этические нормы отношения к животным, но и экологическую этику, этику отношений человека с биогео ценозами и со всей биосферой. Не только человек, но и вся природа окажутся субъектами этических размышлений и моральной регуляции.
Мы находимся в самом начале пути по развитию био этики, хотя в США уже издана пятитомная энциклопедия по данным проблемам.
Выдвигаются и отстаиваются следующие постулаты:
1. Единство науки и гуманистических ценностей.
2. Необходимость ставить гуманистические цели выше исследовательских.
3. Регулирование, исходя из гуманистических ценнос тей, научных исследований, включая и запреты на некото рые виды экспериментов, связанных с участием человека.
4. Разработка правил биомедицинских работ с учетом прав личности, включая юридические нормы/
Хочется остановиться на вопросах неразрывной связи биоэтики с медицинской этикой и правом. Общественный смысл биоэтики заключается в том, что она является конк ретным проявлением гуманизма в медицине. Этот критерий является основным в научных исследованиях по биологии и медицине. И какие бы цели не ставились исследователями, гуманизм и безвредность для человека всегда должны стоять на первом месте — такой подход должен быть мерилом любой человеческой деятельности, в том числе и по ускорению на учно-технического прогресса. В этой связи должна получить
11. Эак. 251
322 Концепции современного естествознания
развитие экологическая этика и должен быть создан специ альный экологический кодекс.
Что нового в биоэтике сравнительно с традиционной врачебной этикой? Современный врач сталкивается с кон фликтом духа и буквы клятвы Гиппократа, которая была незыблемой этической основой врачевания в течение двад цати четырех веков.
Возьмем наиболее известную этическую заповедь Гип пократа — прежде всего не навредить пациенту ("в какой бы дом я ни вошел, я войду туда для пользы больного, воздер живаясь от причинения всякого вреда и несправедливости"). Когда современные хирурги — трансплантологи пересажи вают почку или долю легкого живого донора (даже имея на это добровольное согласие донора) обреченному больному, приведенное этическое предписание по отношению к доно ру с очевидностью нарушается. Современный прогресс кли нической медицины потребовал уточнения самого принци па гуманизма. Соответствует ли гуманности искусственное оплодотворение или прекращение жизнеподдерживающего лечения умирающего пациента? Подлинным началом духов ных исканий в биоэтике является тревога и забота о буду щем человеческого рода. Когда американский биолог Б. Р. Поттер предложил термин "биоэтика", назвав ее "мо стом в будущее", он был несомненно прав, так как биоэти ка все более явно становится поиском реальных путей к со зданию глобальной этики человечества будущего.
В биоэтике уже стали привычными такие понятия, как "право на аборт", "право на смерть", и т. д. Но, может быть, это есть квазиправо — оно не может быть записано во Всеобщей декларации прав человека. В самом деле, сто ронники права па аборт делают акцент на следующих аргу ментах: криминальные аборты есть еще большее зло, обще ство должно уважать право женщины на свободное и ответ ственное материнство: в особенности на ранних сроках бе ременности понятие "эмбрион" не тождественно понятию "человек" и так далее. В то же время они не придают долж-
Раздел VI. Человек
323
кого значения другим аргументам: отмена запрета на аборт просто игнорирует моральный статус эмбриона, ценность жизни плода; аборт как моральный выбор самой женщины, врача-оператора, юристов, легализовавших такую соци альную практику, не свободен от противоречий.
Сторонники разрешения проблем умирающего больно го с помощью активной эвтаназии говорят, что в этом за ключается его "право на смерть". Есть потребность в допу стимости "убийства из милосердия" неизлечимо больного близкого человека. Следует признать, что такая ситуация является особенно психологически убедительной, ведь здесь требование милосердного отношения к страданию, "смерт ной муке" другого человека может обрести силу категори ческого императива. Но это еще не значит, что такой вы бор можно безоговорочно оправдать этически. Врач, осу ществивший "убийство из милосердия", совершает отча янный и рискованный шаг "по ту сторону добра и зла" и обрекает себя на вечную (до конца своей сознательной жиз ни) работу самооправдания: достаточно ли весомыми были в тот момент его аргументы, когда он в привычных опреде лениях добра и зла единственно по своей воле поменял ме стами знаки "плюс" и "минус".
Проблема биоэтики обладает одним ярко выраженным качеством: в поисках их решения люди, вместо того чтобы приходить к какому-то общему решению, скорее расходятся во мнениях. Это происходит потому, что стороны делают акцент на разных аспектах одной проблемы и приходят в ре зультате к разным выводам. Например, в вопросе об абор тах одна сторона делает акцент на правах матери, а другая — на правах внутриутробного ребенка. И каждая сторона по своему права.
Биоэтика должна основываться на гуманизме, и лишь в таком виде она может быть приемлема.
324 Концепции современного естествознания
3. Эмоции и творчество
О если бы я только мог '" Хотя отчасти,
Я написал бы восемь строк
О свойствах страсти.
Я вывел бы ее закон, '•' Ее начало,
И повторял ее имен
Инициалы.
Б. Пастернак
Ничто — ни слова, ни мысли, ни даже поступки наши, не выра жают так ясно и верно нас самих, как наши чувствования; в них слы шен характер не отдельной мысли, не отдельного решения, а всего со держания души нашей...
К. Д. Ушинский
3.1. Виды эмоциональных процессов 1 и состояний
Эмоции — особый класс субъективных психологических состояний, отражающих в форме непосредственных пере живаний приятного процесс и результаты практической де ятельности, направленной на удовлетворение его актуаль ных потребностей. Поскольку все то, что делает человек, в конечном счете служит цели удовлетворения его разнооб разных потребностей, постольку любые проявления актив ности человека сопровождаются эмоциональными пережи ваниями.
Эмоции, утверждал Ч. Дарвин, возникли в процессе эволюции как средство, при помощи которого живые суще-
Раздел VI. Человек
325
спи устанавливают значимость тех или иных условий для удов летворения актуальных для них потребностей.
На важную мобилизационную, интегративно-защитную роль эмоций указывал известный советский физиолог П. К. Анохин. Он, в частности, писал: "Производя почти моментальную интеграцию (объединение в единое целое) всех функций организма, эмоции сами по себе и в первую очередь могут быть абсолютным сигналом полезного или вредного воздействия на организм, часто даже раньше, чем определены локализации воздействий и конкретный меха низм ответной реакции организма". Благодаря вовремя воз никшей эмоции организм имеет возможность эффективно приспособиться к окружающим условиям. Он может быст ро, со спасительной скоростью, отреагировать на внешнее воздействие, не определив еще его тип, форму, другие ча стные конкретные параметры, "сведя их... к общему био логическому знаменателю: полезно или вредно для него дан ное воздействие".
Эмоциональные ощущения биологически в процессе эволюции закрепились как своеобразный способ поддержа ния жизненного процесса в его оптимальных границах и предупреждают о разрушающем характере недостатка или избытка каких-либо факторов.
Чем более сложно организовано живое существо, чем более высокую ступень на эволюционной лестнице оно зани мает, тем богаче та гамма всевозможных эмоциональных со стояний, которые оно способно переживать. Количество и качество потребностей человека в общем и целом соответ ствуют числу и разнообразию характерных для него эмоцио нальных переживаний и чувств, причем, чем выше потреб ность по своей социальной и нравственной значимости, тем возвышеннее связанное с ней чувство.
Эмоциональные состояния регулируют протекание пси хических и органических процессов. Внешняя эмоциональ ная экспрессия развилась и закрепилась в эволюции "как сред ство оповещения об эмоциональном состоянии индивида во внутривидовом и межвидовом общении... У высших
326 Концепции современного естествознания
животных, и особенно у человека, выразительные движе ния становятся тонко дифференцированным языком, с по мощью которого индивиды обмениваются информацией как о своем состоянии, так и о том, что происходит вокруг". В этом высказывании подчеркнута еще одна роль эмоций — коммуникативная. Они, по сути дела, явились для человека первым "языком", которым он начал пользоваться в обще нии с себе подобными. Этот язык, как показывают много численные наблюдения, вполне доступен и высшим живот ным.
Самая старая по происхождению, простейшая и наибо лее распространенная среди живых существ форма эмоцио нальных переживаний — это удовольствие, получаемое от удовлетворения органических потребностей, и неудоволь ствие, связанное с невозможностью это сделать при обо стрении соответствующей потребности. Практически все эле ментарные органические ощущения имеют свой эмоцио нальный тон. О тесной связи, которая существует между эмоциями и деятельностью организма, говорит тот факт, что всякое эмоциональное состояние обычно сопровожда ется многими физиологическими изменениями организма.
Основные эмоциональные состояния, которые испы тывает человек, делятся на собственно эмоции, чувства и аффекты. Эмоции и чувства предвосхищают процесс, на правленный на удовлетворение потребности, имеют идеа-ториый характер и находятся как бы в начале его. Эмоции и чувства выражают смысл ситуации для человека с точки зрения актуальной в данный момент потребности, значе ния для ее удовлетворения предстоящего действия или дея тельности. Эмоции могут вызываться как реальными, так и воображаемыми ситуациями. Они, как и чувства, вос принимаются человеком как его собственные внутренние переживания, коммуницируются, т. е. передаются другим людям, сопереживаются.
Чувства — высший продукт культурно-эмоционального развития человека. Они связаны с определенными, входя щими в сферу культуры предметами, видами деятельности
Раздел VI. Человек
327
и людьми, окружающими человека. Предметом чувствен ного отношения человека могут стать исторические и соци альные события, многое другое. В отличие от эмоций, которые обычно возникают в ответ на воздействие отдель ных свойств окружающей среды, чувства соотносятся с вос приятием и оценкой сложных предметов, событий, людей, ситуаций. Они достаточно развиты лишь у человека — у животных их нет.
Чувства выполняют в жизни и деятельности человека, в его общении с окружающими людьми мотивирующую роль. В отношении окружающего его мира человек стре мится действовать так, чтобы подкрепить и усилить сзои по ложительные чувства. Они всегда связаны с работой созна ния, могут произвольно регулироваться. Проявление силь ного и устойчивого положительного чувства к чему-либо или к кому-нибудь называется страстью. Устойчивые чувства умеренной или слабой силы, действующие в течение дли тельного времени, именуются настроениями.
Аффекты — это особо выраженные эмоциональные со стояния, сопровождаемые видимыми изменениями в по ведении человека, который их испытывает. Аффект не предшествует поведению, а как бы сдвинут на его конец.
Развитие аффекта подчиняется следующему закону: чем более сильным является исходный мотивационный стимул поведения и чем больше усилий пришлось затратить на то, чтобы его реализовать, чем меньше итог, полученный в ре зультате всего этого, тем сильнее возникающий аффект. В отличие от эмоций и чувств аффекты протекают бурно, бы стро, сопровождаются резко выраженными органическими изменениями и двигательными реакциями.
Аффекты, как правило, препятствуют нормальной орга низации поведения, его разумности. Они способны остав лять сильные и устойчивые следы в долговременной памя ти. В отличие от аффектов работа эмоций и чувств связана по преимуществу с кратковременной и оперативной памя тью. Эмоциональная напряженность, накапливаемая в ре зультате возникновения аффектогегшых ситуаций, может
328 Концепции современного естествознания
накапливаться и, если ей вовремя не дать выхода, привес ти к сильной и бурной эмоциональной разрядке, которая, снимая возникшее напряжение, часто сопровождается чув ством усталости, подавленности, депрессией.
Одним из наиболее распространенных в наши дни ви дов аффектов является стресс. Он представляет собой со стояние чрезмерно сильного и длительного психологичес кого напряжения, которое возникает у человека, когда его нервная система получает эмоциональную перегрузку. Стресс дезорганизует деятельность человека, нарушает нор мальный ход его поведения. Стрессы, особенно если они часты и длительны, оказывают отрицательное влияние не только на психологическое состояние, но и на физическое здоровье человека. Они представляют собой главные "фак торы риска" при появлении и обострении таких заболева ний, как сердечно-сосудистые и заболевания желудочно-кишечного тракта.
Страсть — еще один вид сложных, качественно своеоб разных и встречающихся только у человека эмоциональных состояний. Страсть представляет собой сплав эмоций, мо тивов и чувств, сконцентрированных вокруг определенного вида деятельности или предмета (человека). Как писал С. Л. Рубинштейн: "Страсть всегда ьыражается в сосредото ченности, собранности помыслов и сил, их направленности на единую цель... Страсть означает порыв, увлечение, ори ентацию всех устремлений и сил личности в едином направ лении, сосредоточение их ня ^гиной цели".
Каждый из описанных видов эмоций внутри себя имеет подвиды, а они, в свою очередь, могут оцениваться по раз ным параметрам — например, по следующим: интенсивнос ти, продолжительности, глубине, осознанности, генетичес кому происхождению, условиям возникновения и исчезно вения, действию на организм, динамике развития, направ ленности (на себя, на других, на мир, на прошлое, настоя щее или будущее), по способу их выражения во внешнем по ведении (экспрессии) и по нейрофизиологической основе. В целом же, какими бы разными они не казались, все они
Раздел VI. Человек
329
неотделимы от личности. "То, что радует человека, что его интересует, повергает в уныние, волнует, что представляет ся ему смешным, более всего характеризует его сущность, его характер, индивидуальность". "Всю систему чувств, — писал Вундт — можно определить как многообразие трех из мерений, в котором каждое измерение имеет два противопо ложных направления, исключающих друг друга".
Возбуждения
Разрядка
Удовольствие
Неудовольствие;,
Напряжение
Успокоение
Рис. 9. Основные измерения эмоциональных процессов , , и состояний по Вундту
С. Л. Рубинштейн считал, что в эмоциональных про-явлениях личности можно выделить три сферы: ее органи ческую жизнь, ее интересы материального порядка и ее ду ховные, нравственные потребности. Он обозначил их со ответственно как органическую (аффективно-эмоциональ ную) чувствительность, предметные чувства и обобщенные мировоззренческие чувства. К аффективно-эмоциональной чувствительности относятся, по его мнению, элементар ные удовольствия и неудовольствия, преимущественно свя занные с удовлетворением органических потребностей. Предметные чувства связаны с обладанием определенными предметами и занятиями отдельными видами деятельнос ти. Эти чувства соответственно их предметам подраздели-
330 Концепции современного естествознания
ются на материальные, интеллектуальные и эстетические. Они проявляются в восхищении одними предметами, людь ми и видами деятельности и в отвращении к другим. Миро воззренческие чувства связаны с моралью и отношениями человека к миру, людям, социальным событиям, нравствен ным категориям и ценностям.
3.2. Теории эмоций
Широкую известность в психологии получила теория, объясняющая происхождение эмоций, их связь с органи ческими процессами, предложенная почти в одно и то же время американским психологом У.Джемсом и датским уче ным К. Лангг. В историю науки она и вошла под двойным названием как теория Джемса — Ланге.
Согласно этой теории, первопричинами возникнове ния эмоциональных состояний являются изменения физи ологического характера, происходящие в организме. Воз никнув под шшянием внешних или внутренних стимулов, они затем отражаются в голове человека через систему об ратных нервных связей и порождают ощущение определен ного эмоционального тона. Сначала, согласно теории Джем са — Ланге, должны произойти соответствующие органи ческие изменения в ответ на воздействия стимулов, и толь ко затем как их субъективно отраженное следствие возника ет змоция.
Разница, которая впоследствии обнаружилась во взгля дах У. Джемса и К. Ланге, была небольшой. У. Джемс полагал, что телесные изменения непосредственно следуют за восприятием возбуждающих факторов — стимулов, а эмо ция есть не что иное, как наше ощущение уже произошед ших органических перемен. К. Ланге же считал, что сен сорные стимулы возникают непосредственно в рецепторах кровеносных сосудов, что эти сосуды в первую очередь реа гируют на внешние воздействия, а эмоции проявляются затем как отражение произошедших в них изменений.
Раздел VI. Человек
331
Суть концепции Джемса — Ланге с последовательнос тью постулируемых ею событий, приводящих к возникно вению эмоций, схематически изображена на рис. 10.
Напомним последовательность фаз, указанных выше: ;;
1) восприятие ситуации; •>:
2) органические прояштения;
3) осознание этих проявлений.
Известно, что человек не может выполнять движение, характерное для одного вида эмоций, и одновременно пе реживать другую эмоцию. Он либо меняет движение, либо оказывается неспособным испытать новую, внушенную ему эмоцию. Но эти факты позволяют лишь констатировать, что существует связь между двумя — органическим и психи ческим — аспектами эмоции. Однако Джемс утверждает большее: осознание органических изменений и есть эмоция.
Поскольку эта теория не может быть ни доказана, ни опровергнута, возражениям против нее недостает обосно ванности.
Одно из таких возражений сформулировал сам Джемс: эмоция усиливается, когда задерживается ее физическое проявление (попытка удержаться от смеха). Наоборот, из вестно, что рыдания приносят некоторое облегчение. Джемс легко опровергает эти мнимые возражения против своей теории, замечая, что "во время экспрессии эмоция всегда чувствуется. После экспрессии мы более не испытываем эмоции''. С другой стороны, первоначальная эмоция мо жет превратиться в другую эмоцию в результате изменения ее органических проявлений.
Концепция происхождения эмоций Джемса — Ланге на ряду с одобрением встретила ряд возражений. Наиболее се рьезные замечания в ее адрес были высказаны У, Кенноном, который одним из первых обратил внимание на то обстоя тельство, что телесные реакции, возникающие при различ ных эмоциях, очень похожи друг на друга и как таковые недостаточны для того, чтобы удовлетворительно объяснить качественное многообразие существующих у челогека эмо ций. Кроме того, внутренние органические структуры, в
332
Концепции современного естествознания
частности кровеносные сосуды, с изменениями которых К. Ланге связывал возникновение эмоциональных пережива ний, малочувствительны и очень медленно приходят в со стояние возбуждения. Что же касается эмоций, то они по являются как субъективные состояния почти мгновенно при возникновении эмоциогенной ситуации, по крайней мере, гораздо быстрее, чем на нее своими изменениями реагирует организм.
цнс
Кора больших полушарий
Восприятие эмоционально действующего объекта (1)
Нервно-мышечная, сосудно-двигательная реакция организма (2)
Восприятие центральной нервной системой (корой больших полушарий) реак-| ции сосудов и мышц (3)(4)
Возникновение субъектив но переживаемого эмоцио нального состояния (5)
- Рис. 10. Схематическое изображение механизма
возникновения эмоции согласно теории Джемса— Ланге
Самым сильным из возражений У. Кеннона против тео рии Джемса — Ланге явилось следующее: искусственно вы зываемые у человека специальными средствами органичес кие изменения, те самые, существованию которых У. Джемс и К. Ланге приписывали возникновение эмоциональных ре акций, далеко не всегда на деле сопровождаются эмоцио нальными переживаниями. Но даже в том случае, когда в /словиях искусственной органической стимуляции подобные моциям переживания все же возникают, субъективно они
Раздел VI. Человек
333
воспринимаются совершенно иначе, чем те, которые появ ляются в естественных условиях.
Искусственно вызываемые висцеральные (т. е. относя щиеся к внутренним органам) изменения, характерные для некоторых эмоций, не влекут за собой непосредственно эмо цию как таковую. Так, инъекция адреналина лишь повышает специфическую восприимчивость, увеличивающую вероят ность возникновения эмоции, а не вызывает ее непосредствен но. Между ощущением органических реакций и переживани ем эмоций не существует параллелизма.
В результате У. Кеннон предложил альтернативную те орию происхождения эмоций, схематически представлен ную на рис. 11.
цнс
Кора больших полушарий
Восприятие эмоциоген-
ного воздействующего
стимула (1)
Переработка импульсов, поступающих от рецепто ров, центральными струк турами с одновременной передачей возбуждения в кору головного мозга и к другим телесным органам (2), (3), (4), (5), (6)
|
Возникновение субъективно переживаемого эмоционального состояния (7) |
Появлениз нервно-мышечной реакции организма (8), (9). |
puc. 11. Концепция возникновения эмоций Кеннопа— Барда
334 Концепции современного естествознания
У. Кеннон считал, что эмоциональные переживания и соответствующие им органические изменения порождаются одновременно и возникают из единого источника. Таким источником — эмоциогенным центром — по мнению У. Кен-нона, является таламус, играющий важную роль в регулиро вании основных органических процессов и передающий им пульсы с периферических и внутренних рецепторов в кору головного мозга и обратно. Возникновение эмоционального переживания есть результат одновременного возбуждения симпатической нервной системы и коры головного мозга.
Высказанные У. Кенноном положения были развиты далее П. Бардом, Он показал, что в действительности как телесные изменения, так и связанные с ними эмоциональ ные переживания возникают почти одновременно. Соб ственно с эмоциями из всех структур головного мозга более всего связан не сзм таламус, а гипоталамус и центральная часть лимбической системы, В экспериментах, выполнен ных на животных, удалось показать, что электрическими воздействиями на эти структуры в определенной степени можно управлять эмоциональными состояниями, такими, например, как страх и гнев. В результате этих доработок концепция У. Кеннона получила новое, современное на звание теории эмоций Кеннона — Барда.
Поскольку между нейрональными и гуморальными фак торами существует сложное взаимодействие, постольку труд но ответить однозначно на вопрос о том, что чему в дей ствительности предшествует: эмоции органическим измене ниям или же органические изменения эмоциям. В эмоци ональных переживаниях, длящихся в течение достаточного периода времени, скорее всего, сочетается и то и другое,
Следует, однако, повторить, что Джемс никогда не го ворил, что любое органическое нарушение является источ ником эмоций, Нельзя забывать, что для Джемса диада "органические реакции — переживаемая эмоция" всегда была неотделима от ее причины: восприятия объекта. А посколь ку под объектом, как он отмечал уже в 1894 г., следует по нимать "ситуацию в целом", со всеми ее возможными воз-
Раздел VI. Человек
335
действиями на субъекта, то речь идет о восприятии ситуа ции. Его заслуга состоит в том, что он подчеркивал, что органические реакции являются неносредствеызъш результа том восприятия ситуации.
Идею о том, что эмоцию следует рассматривать не как психическое состояние, а прежде всего как ответ организма на ситуацию, можно найти уже у Дарвина. Впрочем, такая позиция является естественной для того, кто исходит из ис следования лишь поведенческих реакций животного. Со гласно Дарвину большая часть эмоциональных реакций объясняется либо тем, что они полезны (выражение гнева пугает врага), либо просто тем, что они являются рудимен тами движений, которые были целесообразны на предыду щей стадии эволюции. Так, если руки становятся влажны ми при страхе, то это значит, что некогда у общих обезья ноподобных предков эта реакция при опасности облегчала схватывание за ветви деревьев.
Эмоция возникает лишь тогда, когда осуществление инс-тинктных действий, привычных или произвольных форм по ведения наталкивается на препятствие. Драться, спасаться — сами по себе эти акты не влекут за собой эмоции, если они осуществляются в обычных условиях, но как только воз никает .-затруднение, человек, стремясь адаптироваться к ус ловиям жизни, испытывает эмоцию. "Психологически эмо ция — это адаптация или напряжение привычек и идеала, а органические телесные изменения, строго говоря, являют ся проявлением борьбы за адаптацию".
Эта конфликтная теория эмоций значительно ближе к самым современным предстаачениям. Она была воспроиз ведена, в частности, Клапаредом (1928). "Эмоции возни кают лишь тогда, когда по той или иной причине затрудня ется адаптация. Если человек может убежать, он не испы тывает эмоции страха"'.
Идея была сформулирована: эмоции — это реакцда орга низма на ситуацию. Эмоция возникает непосредственно из восприятия ситуации. , .....•-.
336 Концепции современного естествознания
Эмоция не сводится к внутреннему переживанию или к физиологическим нарушениям, и тем самым вопрос о пер вичности одной из ее сторон не является больше проблемой. Эмоция — это реакция всей личности (включая организм) на те ситуации, к которым она не может адаптироваться, и она имеет преимущественно функциональное значение.
Следует также иметь в виду, что у человека в динамике эмоциональных процессов и состояний не меньшую роль, чем органические и физические воздействия, играют ког нитивные факторы. В связи с этим в последние годы были предложены новые концепции эмоций у человека, вы-во-дящие эти факторы на первый план.
Одной из первых явилась теория когнитивного диссонан са Л. Фестингера. Согласно этой теории, положительное эмоциональное переживание возникает у человека тогда, когда его ожидания подтверждаются, представления вопло щаются в жизнь, а планы выполняются, т. е. тогда, когда реальные результаты деятельности соответствуют намеченным или ожидаемым, согласуются, находятся в консонансе. От рицательные эмоции возникают и усиливаются в тех услови ях, когда между ожидаемыми и реальными результатами де ятельности имеется несоответствие — диссонанс.
Субъективно состояние когнитивного диссонанса пере живается человеком как дискомфорт, и он стремится во что бы то ни стало как можно скорее избавиться от него. Выход из состояния когнитивного диссонанса может быть двояким: или изменить ожидания и планы таким образом, чтобы они соответствовали реально полученному результату, или попы таться получить новый результат, который согласовывался бы с прежними ожиданиями.
В современной социальной психологии теория когни тивного диссонанса Л. Фестингера используется для того, чтобы объяснить поступки человека, его действия в различ ных социальных ситуациях. Эмоции же рассматриваются в качестве основного мотива соответствующих действий и по ступков. Лежащим в их основе когнитивным факторам при-
Раздел VI. Человек
337
дается в детерминации поведения человека гораздо большая роль, чем органическим изменениям.
Концепция эмоций, предложенная С. Шехтером, полу чила название когнитивно-физиологической (рис. 12).
Физические факторы
(воздействующие
стимулы)
Психологические (когнитивные) факторы:
память, оценка
настоящей ситуации, с
точки зрения актуальных
интересов и
Переживание эмоции (на основе интеграции физических, физиологи ческих и психологических факторов)
Физиологические
факторы (изменения
нервно-мышечной
системы)
Рис. 12. Факторы возникновения эмоций согласно когнитивно-физиологической концепции С. Шехтера
Согласно этой теории, на возникшее эмоциональное состояние помимо воспринимаемых стимулов и порождае мых ими телесных изменений оказывают воздействие про шлый опыт человека и оценка им наличной ситуации с точ ки зрения актуальных для него интересов и потребностей. Косвенным подтверждением справедливости когнитив ной теории эмоций является влияние на переживания че ловека словесных инструкций, а также той дополнительной
. -338 Концепции современного естествознания
эмоциогенной информации, которая предназначена для из менения оценки человеком возникшей ситуации.
В одном из экспериментов, направленном на доказа-, тельство высказанных положений когнитивной теории эмо ций, людям давали в качестве "лекарства" физиологически , нейтральный раствор в сопровождении различных инструк ций. В одном случае им говорилось о том, что данное "ле карство" должно будет вызвать у них состояние эйфории, в другом — состояние гнева.
После принятия соответствующего "лекарства" испы туемых через некоторое время, когда оно по инструкции дол жно было начать "действовать", спрашивали, что они ощу щают. Оказалось, что те эмоциональные переживания, о которых они рассказывали, соответствовали ожидаемым по данной им инструкции.
Было показано также, что характер и интенсивность эмоциональных переживаний человеком ситуации зависят от того, как ее переживают другие, рядом находящиеся люди. Это значит, что эмоциональные состояния могут передаваться от человека к человеку, причем у человека в отличие от животных качество коммуницируемых эмоцио нальных переживаний зависит от его личного отношения к тому, кому он сопереживает.
Советский физиолог //. В. Симонов попытался в крат кой символической форме представить всю совокупность факторов, влияющих на возникновение и характер змс-ции. Он предложил для этого следующую формулу:
Э = Г(П, (И„ - Ис), ...),
где Э — эмоция, се сила и качество; П — величина и специ фика актуальной потребности; (Ин — Ис) — оценка вероят ности (возможности) удовлетворения данной потребности на основе врожденного и прижизненного приобретения опы та; Ин — информация о средствах, прогностически необхо димых для удовлетворения существующей потребности; Ис — информация о средствах, которыми располагает чело век в данный момент Бремени.
Раздел VI, Человек
339
Согласно формуле, предложенной П, В. Симоновым (его концепция также может быть отнесена к разряду когни-тивистских), сила и качество возникшей у человека эмоции в конечном счете определяются силой потребности и оцен кой способности ее удовлетворения в сложившейся ситуации,
По его мнению, эмоция представляет физиологичес кий механизм, компенсирующий дефицит информации, не обходимый для достижения цели (удовлетворения потреб ностей).
Эмоции не просто связаны с деятельностью, сопровож дают ее, отражают ее ход и результаты, они еще и регули руют деятельность, обнаруживая вполне определенное на нее влияние в зависимости от характера и интенсивности эмо ционального переживания. Д. О. Хебб, экспериментальным путем получил кривую, выражающую зависимость между уровнем эмоционального возбуждения человека и эффек тивностью его деятельности.
Представленная кривая показывает, что между эмоцио нальным возбуждением и эффективностью деятельности че ловека существует криволинейная, "колоколообразная" за висимость. Для достижения наивысшего результата в дея тельности нежелательны как слишком слабые, так и очень сильные эмоциональные возбуждения. Для каждого челове ка (а в целом и для всех людей) имеется оптимум эмоцио нальной возбудимости, обеспечивающий максимум эффек тивности в работе. Оптимальный уровень эмоционального возбуждения, в свою очередь, зависит от многих факторов: от особенностей выполняемой деятельности, от условий, в которых она протекает, от индивидуальности включенного в нее человека и от многого другого. Слишком слабая эмоци ональная возбужденность не обеспечивает должной мотива ции деятельности, а слишком сильная разрушает ее, дезор ганизует и делает неуправляемой.
Является ли эмоция нарушением поведения или, на против, это организующая реакция?
Дарвин, Кеннон, Линер считали в целом, что эмоция является полезной и что она представляет собой адаптивный:
340 Концепции современного естествознания
процесс благодаря осуществляемой ею энергетической мо билизации в ответ на требования среды. Напротив, боль шинство других психологов рассматривали эмоцию как дез организацию, нарушение деятельности. Они подчеркива ли, что эмоция — это главным образом дезорганизующая сила. Именно это резкое нарушение адекватного действия, любого поиска адаптации, эта дезорганизация, распрост ранение возбуждения на весь организм, которые кажутся нам феноменом, совершенно отличным от других регуля ций, и характеризуют эмоцию.
Так, эмоция вызывает нарушения памяти, навыков и вообще замену трудных действий более легкими. 4
Эмоция соответствует такому снижению уровня adan-f, тации, которое наступает, когда мотивация является слиш-, ком сильной по сравнению с реальными возможностями субъек та. Эмоция — это страх, гнев, горе, иногда радость, осо бенно чрезмерная радость.
Возьмем пример с учащимся, сдающим устный экза мен и имеющим избыточную мотивацию по сравнению с его возможностями. При слабом уровне дезорганизации эмоция может выражаться в виде не свойственных ему и излишних негативных реакций: влажные руки, общее на пряжение, затрудненное пищеварение, возбужденность. Эти органические расстройства, если они не слишком силь ны, могут сочетаться с высокой успешностью на экзамене. При более значительном уровне дезорганизации экзамену ющийся теряется, приходит в замешательство, нарушения охватывают саму психическую деятельность: возникает неясность мыслей, провалы памяти, вербальные затрудне ния. Вегетативные проявления могут стать еще более силь- : ными: слезы, покраснение или побледнеыие, а иногда даже обморок.
Между мотивацией и эмоцией имеются сходство и раз личие. Чтобы произошла адаптация к возникающим перед нами задачам, необходима достаточная мотивация. Одна ко, если мотивация слишком сильна, мы лишаемся части наших возможностей, и адаптация становится менее адек-
Раздел VI. Человек
341
ватной действительности. Тогда в деятельности появляют ся признаки эмоций, и иногда адаптивное поведение нару шается, полностью замещаясь эмоциональными реакциями.
Существует оптимум мотивации, за пределами которо го возникает эмоциональное поведение. Понятие оптимума мотивации связано с адекватностью или неадекватностью ре акций ситуации. Эта связь соответствует отношению между интенсивностью мотивации и реальными возможностями субъекта в конкретной ситуации. Как говоршг Хоудж, "эмо циональные реакции обратно пропорциональны способнос ти высших мозговых центров противостоять данной ситуа ции". Эмоциональные вспышки возникают тогда, когда обычный контроль "Я" становится недостаточным а) из-за чрезмерного усиления возбуждения или б) из-за предше ствующей блокады состояния разрядки.
С усилением мотивации повышается качество исполне ния, но до определенного предела: если она слишком велика, исполнение ухудшается. Это можно наблюдать и в повсед невной жизни. Учащиеся теряются на экзамене, военным хорошо известно, что войска лучше маневрируют на учени ях, чем в бою.
В каждом случае имеется оптимум мотивации, при ко тором научение является наиболее быстрым. Однако резуль таты свидетельствуют также о том, что этот оптимум зави сит и от трудности задачи, поэтому закон Йеркса — Додсо-на можно сформулировать следующим образом: "С увеличе нием трудности задачи интенсивность наказания, определя ющая оптимальную скорость изучения, должна приближать ся к пороговой величине". Это означает, что в случае труд ной задачи оптимум достигается при слабой мотивации, тогда как при легкой задаче он соответствует сильной моти вации. Очевидно, что при легкой задаче избыточная моти вация не вызывает нарушений поведения, но такая возмож ность возникает при трудных задачах.
Эмоциогенная ситуация возникает при избыточной мо тивации по отношению к реальным приспособшпелъным воз можностям индивида.
342 Концепции современного естествознания
Однако прежде всего следует подчеркнуть, что не суще ствует эмоциогенной ситуации как таковой. Она зависит от
• отношения между мотивацией и возможностями субъекта. Сама мотивация зависит от отношений индивида с его ок ружением. Конечно, существует общий эффект ситуаций, однако каждый реагирует в зависимости от своих потребно стей, своего опыта, своей эмоциональности.
Эмоция возникает часто потому, что субъект не может или не умеет дать адекватный ответ на стимуляцию.
В целях квалификации разнообразных ситуаций мы сгруп-. нируем их по трем рубрикам: новизна, необычность, внезап-
- ность, сознавая, что многие ситуации обладают несколькими из этих признаков.
Ситуации являются новыми, когда мы совсем не под готовлены к встрече с ними. Возникающее возбуждение может разрядиться лишь в виде эмоциональных реакций. Хороший пловец, услышав призыв о помощи, не испыты вает или почти не испытывает эмоции, он плывет, но зри тель, не умеющий плавать и остающийся пассивным на бе регу, волнуется. Это правило объясняет, с одной сторо ны, почему чем младше ребенок, тем больше эмоций он испытывает. С самого рождения и до юношеского возраста он непрестанно сталкивается с ситуациями, на которые у него еще нет приобретенной системы ответов. Если при вычные представления нарушаются, ребенок оказывается неподготовленным к необычным ситуациям. Последние могут даже сильнее взволновать его, чем совершенно новые стимуляции, вызывающие лишь любопытство. Эти случаи хорошо согласуются с теорией Хебба, который объясняет происхождение эмоций нарушением последовательности фаз реакции.
Очевидно, с возрастом и накоплением опыта ребенок реже сталкивается с новыми и необычными ситуациями.
Удивление — важная причина эмоций. ,н
Гасто показал, что реакция удивления представляет со бой первичную эмоциональную реакцию, которая соо ctevct просто возбуждению ретикулярной формации. >
Раздел VI. Человек
343
Психологи постепенно приходили к мысли, что суще ствуют различные уровни активации поведения и что эмо ция— это просто реакция, соответствующая очень сильной активации.
Последние открытия в области нейрофизиологии под твердили и развили эти точки зрения. Действительно, раз дражая в восходящем порядке ретикулярную формацию у животного, можно проследить сменяющие друг друга раз личные состояния — от глубокого сна и промежуточных со стояний внимания до состояний ярости или страха. С этой физиологической, в сущности, точки зрения нет больше необходимости рассматривать эмоцию как особый феномен. Эмоциональные реакции являются только одним из край них значений континуума, в котором можно различить все уровни активации.
Часто избыточная мотивация возникает из-за несоот ветствия между состоянием мотивации субъекта и обстоя тельствами, которые не позволяют ему действовать.
1. Избыточная мотивация перед действием: волнение. В тех случаях, когда человек сильно заинтересован в ка ком-то трудном деле, мотивация мешает ему отвлечься и думать о чем-то другом. Он испытывает волнение или тре вогу, которые выражаются в возбуждении и неприятных вегетативных реакциях. Создается впечатление, будто не использованная энергия выливается в эмоциональные раз ряды. Чаще всего волнение проходит, как только субъект начинает действовать.
2. Избыточная мотивация после действия. Жане при водит случай с одним альпинистом, который подскользнулся и покатился в пропасть. Когда ему удалось удержаться и вый ти к скале, где ему больше не угрожала никакая опасность, его охватила сильная дрожь. "Сердце, — рассказывал аль пинист, — часто билось, тело покрылось холодным потом, и только тогда я испытал страх, какой-то ужас". В газете недавно сообщалось о случае с киноактрисой, автомобиль которой занесло на повороте, и он перевернулся на бок;
344 Концепции современного естествознания
актрисе удалось вылезти через окно автомобиля невредимой, после чего она упала в обморок!
3.Избыточная мотивация в социальном поведении. Дей ствие, легко осуществляемое, когда человек один, стано вится трудным, как только его нужно выполнить в присут ствии другого. Социальное поведение должно учитывать более сложную ситуацию, и, следовательно, оно является более трудным. Перейти от индивидуального поведения к социальному значит отдать его на суд другого и даже пре вратить его в соперничество.
Волнение, которое при этом возникает, весьма харак терно. Мы не любим писать, когда кто-то заглядывает че рез плечо. Ребенок, успешно работающий за партой, часто волнуется, сбивается, когда его вызывают к доске; гово рят, что он теряется.
4. Избыточная мотивация при фрустрации1. Фрустрация (чувство крушения) возникает всякий раз, когда физичес кое, социальное и даже воображаемое препятствие мешает или прерывает действие, направленное на достижение цели. Фрустрация создает, таким образом, наряду с исходной мо тивацией новую, защитную мотивацию, направленную на преодоление возникшего препятствия. Прежняя и новая мотивация реализуются в эмоциональных реакциях.
Агрессивность. Самой распространенной реакцией на фрустрацию является возникновение генерализованной аг рессивности, направленной чаще всего на препятствия. Адекватная реакция на препятствие состоит в том, чтобы пре одолеть или обойти его, если это возможно; агрессивность, быстро переходящая в гнев, проявляется в бурных и неадек ватных реакциях: оскорбление, физические нападки на че ловека (щипать, бить, толкать) или объект (сломать его).
Отступление и уход. В некоторых случаях субъект реа гирует на фрустрацию уходом (например, выходит из ком-
1 Сам термин в переводе с латинского означает обман, тщетное ожидание. Фрустрация переживается как напряжение, тревога, от чаяние, гнев, которые охватывают человека, когда на пути к дости жению цели он встречается с неожиданными помехами, которые мешают удовлетворению потребности.
Раздел VI. Человек
345
наты), сопровождаемым агрессивностью, которая не про является открыто.
Фрустрация влечет за собой эмоциональные нарушения лишь тогда, когда возникает препятствие для сильной моти вации. Если у ребенка, начавшего пить, отнять соску, он реагирует гневом, однако в конце сосания — никаких эмо циональных проявлений.
Между фрустрацией и конфликтом трудно провести раз личие, однако обычно считают, что конфликт возникает тогда, когда у индивида имеется одновременно два несов местимых друг с другом побуждения действовать. Конфлик ты являются главной причиной эмоций.
Не всякий конфликт вызывает эмоциональные реакции. Конфликты являются источником эмоции главным образом тогда, когда субъект не может легко найти решение.
Конфликты "избегание — избегание" являются еще бо лее драматичными. В такой ситуации часто оказывается ре бенок, когда воспитатель грозит ему наказанием за то, что тот отказывается выполнить неприятное для него требова ние (съесть суп, сделать задание и т. д.). Эти конфликты вызывают те же типы реакций, как и фрустрация: реаль ный или воображаемый уход, агрессивность, регрессию, торможение, различные эмоциональные нарушения пове дения.
В рассмотренных выше случаях причиной возникнове ния эмоций была наличная ситуация. Однако бывает, что эмоции можно объяснить как результат процесса образования условных связей. Нейтральный стимул приобретает эмоцио нальное значение благодаря своей связи с эмоциональной ситуацией.
В начале экспериментов ребенок совсем не боялся белой крысы. Затем каждый раз, когда от дотрагивался до живот ного, раздавался резкий звук, вызывавший у ребенка страх и слезы. В следующие дни уже при виде крысы ребенок на чинал кричать и убегал. Это страх был условной реакцией; более того, по законам условных реакций этот страх распро странился на других животных с мягкой шерстью и на все
346 Концепции современного естествознания
мягкие на ощупь предметы, хотя эти стимулы до начала экс перимента были нейтральными.
Заразительность эмоций. Бывает, что ситуация, как та ковая, не вызвала бы у нас никаких эмоций, если бы только один или несколько из окружающих нас людей не испытыва ли эмоцию. Страх заразителен, как и радость. Следует раз личать два типа заражения эмоциями. Один из них соответ ствует тем случаям, когда одна и та же ситуация вызывает у одного, а затем у нескольких индивидов одинаковую реак ции) страха, гнева или радости. Наличие группы вызывает усиление аффективных состояний и эмоциональных реакций. Другой тип более специфичен. Он соответствует тем случаям, когда эмоция овладевает нами, хотя сама ситуа ция нас не затрагивает. Бурная ссора двух людей может при влечь наше внимание или оставить нас равнодушными, но может и привести к тому, что мы сами будем охвачены гне вом. В этом случае мы отождестачяем себя с одним из ссо рящихся. Так же заразителен может быть смех. Мы можем засмеяться, потому что смеются вокруг нас, но лишь при условии, если мы отождествляем себя с тем, кто смеется. В противном случае мы остаемся равнодушными или даже раздраженными.
Существуют как кратковременные, так и хронические источники эмоций. При повторении стимуляции, вызываю щей обычно эмоциональные реакции, в ситуации, к которой невозможна адаптация, развиваются состояния тревожнос ти и даже невротические состояния. Именно повторение в определенном ритме состоят'и тревожности лежит в осно ве невроза. В жизни часто бывают более или менее посто янные причины избыточной мотивации. Источник их час то социального происхождения: женщина боится оказаться покинутой; рабочий опасается увольнения; солдат боится быть убитым; эти внутренние страхи, которые не находят внешнего проявления, поддерживают более или менее вы раженное состояние тревожности.
Такое состояние может возникнуть также из-за нераз решенного внутреннего конфликта, например, подавления
Раздел VI. Человек
347
сексуального влечения. Самое возобновление побуждения вызывает повторное возникновение конфликта.
Это напряжение влечет за собой более или менее диф фузные состояния тревожности, а если оно очень сильное, то и невротические состояния.
Г. И. Косицкий различает четыре фазы эмоционального напряжения. Первая фаза характеризуется мобилизацией фи зиологических функций, так сказать, в разумных пределах. Если действия человека уже начинают противоречить здра вому смыслу, то это значит, что наступила вторая фаза эмо ционального напряжения. Третья фаза характеризуется уг нетением физиологических функций: человек впадает в состо яние эмоционального шока. Наконец, четвертая фаза — это уже невроз, который может привести к обострению раз личного рода заболеваний.
Нередко вместе с эмоцией возникает желание посмот реть, какой эффект она производит на окружающих. Эта социализация эмоциональных проявлений возникает по двум направлениям, которые необходимо различать:
а) использование органических проявлений эмоций для воздействия на другого: слезы, которые должны разжало бить; проявления страха, взывающие о помощи;
б) перестройка поведения, ведущая к преобразованию эмоциональных реакций в реакции, относительно адекват ные ситуации.
Плач ребенка, топание ногами, катание по полу в со стоянии гнева — ест примеры первого рода; удары по пре пятствию, будь то физическая преграда или человек, — пример адаптации низкого уровня, выражающейся в агрес сивности по отношению к трудности.
Человек, будучи не в состоянии управлять некоторыми своими реакциями, в известной мере направляет их на то, чтобы извлечь из самого факта дезорганизации поведения какую-то социальную пользу. Ребенок очень быстро обна руживает, что его эмоциональные реакции, связанные с физическим нездоровьем, обладают большой силой воздей ствия на окружающих вследствие заразительности эмоций.
348 Концепции современного естествознания
И эта почти рефлекторная реакция становится средством воз действия на окружающих. Так, ребенок 5 лет говорит: "Я буду плакать до тех пор, пока ты мне это не дашь".
Эмоции вызывают в организме множество характерных реакций. Эти реакции можно сгруппировать в три катего рии:
а) вегетативные реакции; . ''
б) мышечные реакции; ;;;
в) импрессивные реакции.
Вегетативные проявления эмоций весьма разнообразны: изменение сопротивления кожи (КГР), частоты сердечных сокращений, кровяного давления, сужения и расширения сосудов, изменение скорости амплитуды и ритма дыхания, температуры кожи, потоотделения, диаметра зрачка, сек реции слюны. Наблюдаются расстройства пищеварительной системы, сокращение и расслабление сфинктера, изменя ется электрическая активность мозга, химический и гормо нальный состав крови, мочи, слюны, основной обмен. Лишь немногие изменения вегетативных функций могут рас сматриваться как характерные проявления эмоций.
Источником некоторых эмоций, в том числе радости, может быть легкое щекотание. Возникающее состояние про-приоцептивного возбуждения выражается в безудержном смехе, который может перейти в рыдания, если это воз буждение является чрезмерным и спазматические реакции разрядки становятся болезненными.
Такой тип эмоции лежит в основе большинства игр де тей (а иногда и взрослых). Принцип их состоит в том, что бы создать умеренно напряженную ситуацию, порождаю щую, как правило, чувство легкого страха. Когда он сни мается, это вызывает приятную эмоциональную разрядку. В таких играх дети пугают себя, чтобы посмеяться затем над своим страхом. Смех возникает из-за несоответствия действительного хода событий тому, что обычно ожидают. Это высказывание можно интерпретировать, согласно на шей схеме, следующим образом: реакция на что-то необыч-
Раздел VI. Человек
349
пае, не вызывающее страха и не влекущее за собой активных действий, выражается в смехе. Разве не то же самое утвер-ясдал Фрейд, рассматривая смех как механизм защиты? Воз буждение субъекта находит свое выражение в смехе раньше, чем оно станет мучительным.
Итак, эмоции вызывают в организме множество харак терных реакций. Например, под влиянием страха или быс трой ходьбы ускоряется деятельность сердца, а при боязни или счете в уме нарушается нормальный ритм дыхания. Основываясь только на показателях активации, невозмож но обнаружить собственно эмоцию, поскольку она опреде ляется лишь отношением к ситуации.
Возбуждение симпатической системы ускоряет деятель ность сердца, вызывает расширение зрачка, сосудов кожи и сужение сосудов внутренних органов, секрецию потовых желез и надпочечников, торможение слюноотделения, оргазм и т. п. Возбуждение парасимпатической системы за медляет деятельность сердца, вызывает сужение сосудов кожи и расширение сосудов внутренних органов, слюноот деление, секрецию инсулина, эрекцию половых органов и т. п.
Наше равновесие, "мудрость нашего тела" зависит от равновесия эти двух систем. Очевидно, при эмоциях это равновесие нарушается. Вегетативные нарушения при эмо циях возбуждением симпатической системы, следствием ко торого является увеличение содержания адреналина в кро ви, выделяемого корой надпочечников, что, в свою оче редь, усиливает возбуждение симпатической системы. Дей ствие симпатической системы еще более усиливается, если парасимпатическая система не оказывает тормозящего вли яния на секрецию адреналина.
Мышечное напряжение и двигательное возбуждешш. Ког да мы говорим, что человек, только что переживший состоя ние эмоционального шока, "окаменел", мы хотим тем самым подчеркнуть, что его мышцы находятся в состоянии гиперто-нуса. Эмоция начинается с гипертонуса, внешним проявле нием которого является преобразование неиспользованной
350 Концепции современного естествознания
по назначению энергии в спазматические движения: смех, слезы, беспорядочные действия.
При чрезмерной активности наблюдается тем большее увеличение мышечного напряжения, чем сильнее стремле ние субъекта подавать вызываемые стимуляцией движения: это напряжение еще более усиливается под влиянием соци альных и моральных запретов. Напряжен юноша, не реша ющийся обнять нравящуюся ему девушку; напряжен ребе нок, не желающий подчиниться какому-то требованию; на пряжен человек, испытывающий страх и не осмеливающийся убежать. Дети, воспитывавшиеся в большой строгости, сильнее скованны в движениях по сравнению с детьми, ко торым предоставлялась известная свобода,
Лица, страдающие от различных конфликтов и даже с невротическими отклонениями, характеризуются, как пра вило, большей скованностью движений, чем другие. Пси хоаналитики заметили, что наибольшее напряжение и ско ванность наблюдаются у их пациентов в момент припомина ния ими конфликтных ситуаций.
Многие психотерапевтические приемы связаны со сня тием этой напряженности. Аутогенная тренировка Шульца заключается в том, чтобы научиться расслабляться, в ре зультате чего уменьшаются раздражительность, тревожность , и связанные с ними нарушения.
Чаще всего эмоция осознается самим субъектом как про явление каких-то нарушений в его организме; другие же судят о ней по внешним проявлениям этих нарушений, среди ко торых особую роль играет мимика.
Изучая проявления эмоций, Дарвин нашел доказатель ства "утилитарной" роли эмоций. Поза разъяренной соба ки устрашающе действует на ее противника. Широко рас крытые глаза при испуге позволяют лучше различить опасность, и это выражение лица стало передаваться по на следству. Существует механистическая концепция эмоций, согласно которой выражение наших эмоций зависит от стро ения лицевых мышц и особенностей их иннервации. Все про явления наших эмоций зависят от лицевого нерва и двух его
Раздел VI. Человек
351
ответвлений: височно-лицевого и шейно-лицевого. Воз буждение этого нерва и определяет многообразие выраже ний человеческого лица, состоящего из большого числа мускулов, сокращающихся уже при самых минимальных энергетических затратах.
Эмоциональные проявления складываются из спонтанных реакций и произвольных мимических реакций, образующих своеобразный язык эмоций. Лицевой нерв получает импульсы по двум различным путям. Один путь идет непосредственно от коры головного мозга, через него осуществляется созна тельная регуляция мимических реакций, другой проходит через таламус и Скпалыпле ядра, которые представляют со бой центры спонтанных эмоциональных реакций.
Структура иннервации лица наводит на мысль, что в основе всякого выразительного движения лежит спонтан ная реакция, видоизменяемая под влиянием усвоенных в результате социального опыта произвольных мимических реакций.
Томпсон, применяя кинематографическую съемку, под твердил идентичность спонтанных выразительных движений у слепых и зрячих: улыбка, смех, слезы — отметив, одна ко, несколько большую интенсивность реакций у слепых. Однако с возрастом мимика зрячих становилась более выра зительной и ггперализованной, в то время как у слепорож денных сна не только не совершенствовалась, но даже рег рессировала. Эти результаты свидетельствуют о двойной регуляции мимики, а также о том, что выразительные дви жения развиваются путем социального подражания.
Общество поощряет выражение одних эмоций и порица ет другие. Западные цивилизации мирятся со слезами жен щин, мальчикам же внушается, что мужчине не подобает плакать. Однако такой обычай существует не везде. Напри мер, раньше юноши из племени маори плакали так же час то, как и женщины. Некоторые проявления радости и гне ва зависят от социальной среды, к воспитание направлено на то, чтобы подавить неодобряемые проявления эмоций.
352 Концепции современного естествознания
Общество создает настоящий язык мимики, обогоща-ющий спонтанные выразительные движения и делающий их более многообразными. Язык мимики может быть уни версальным или, напротив, весьма специфичным, и тогда его интерпретация возможна лишь при знании данной эт нической или социальной группы. Например, на Западе плевок свидетельствует о презрении, а в арабских странах он означает благословение. Даже в разных семьях способы выражения эмоций могут быть различными и часто непо нятными непосвященному. Чтобы понять поведение наро да, нужно знать не только его разговорный язык, но также и язык его тела.
По выразительным движениям и особенно по выраже нию лица человека мы судим о характере испытываемых им эмоций.
Дунлап разрезал пополам (по горизонтали) две фото графии лица одного и того же испытуемого, полученные в лабораторных ситуациях, вызывающих смех, удивление, страдание и т. п., и склеивал верхнюю и нижнюю полови ны, соответствующие разным ситуациям. Составленные таким образом фотографии предъявлялись судьям для иден тификации; оказалось, что выражение эмоции определяет главным образом рот. Если рот выражает удивление, отвра щение, страдание или радость, то кажется, что и все лицо принимает соответствующее выражение. В любом прояв лении эмоции имеется элемент неопределенности, исклю чающий возможность ее однозначной интерпретации. Вы ражение лица всегда несколько двусмысленно, и поэтому естественно, что любые дополнительные признаки облег чают идентификацию эмоций. Одним из таких признаков может быть знание ситуации.
Дополнительными признаками, облегчающими иден тификацию эмоций, могут служить также поза и особенно движения рук и звуковые выражения эмоций. Роль рук в эмо циональных реакциях особенно велика. По движениям рук эмоция распознается так же хорошо, как и по выражению лица. Аналогичные результаты получены и при идгнтифика-
Раздел VI. Человек
353
ции эмоций по голосу. Идентификация эмоций является ре зультатом анализа всех воспринимаемых признаков, и это подтверждается фактором улучшения идентификации эмо ций вследствие научения.
Эмоция сопровождается столь сильным осознаваемым аффективным переживанием, что на первый взгляд имен но оно может показаться сущностью эмоции. Сейчас уже отошли в прошлое споры о том, являются ли эти осознава емые реакции причиной или следствием органических реак ций. В результате анализа удалось обнаружить преоблада ние следующих компонентов:
а) описание обстоятельств иозникнопения эмоций;
б) восприятие органических реакций: сердцебиение, ощущение усталости и легкости, сухость в горле, потли вость и т. п. ;
в) осознавание нарушений психической деятельности: не способность сосредоточиться, ухудшение памяти, невозмож ность найти убедительные аргументы в споре и т. п.;
г) чувства: страдание, радость, стыд, презрение и т. п.
Легко заметить, что по сравнению с характеристикой эмоциогенных ситуаций и возникающих при этом органи ческих и психических нарушений чувствам и аффективным переживаниям вообще в этих рассказах отводится весьма незначительное место. По-видимому, эмоция характеризу ется для субъекта установлением связи между ситуацией и вызываемыми ею нарушениями.
Сильная эмоциогенная ситуация является, если можно так выразиться, агрессией против организма. Мобилизация энергетических ресурсов организма в этом случае столь вели ка, что исключает возможность их использования в адаптив ных реакциям, возбуждение приводит к "биологическому трав матизму", характеризующемуся, в частности, нарушениями функционирования органов, иннервируемых симпатической и парасимпатической системой. У субъекта, постоянно на ходящегося в ситуации напряжения или конфликта, часто возникают эмоциональные реакции. Не всегда проявляясь вовне, они могут тем не менее приводить к вегетативным
12. Зак. 251
354 Концепции современного естествознания
нарушениям функционирования желудка, кишечника, сер дца или регуляции кровяного давления и т. п.
Но эмоции не всегда вызывают нарушения деятельнос ти, напротив, они способны мобилизовать человека, компен сировать недостаточность информации, недостаточность возможностей человека по решению проблемы.
Можно привести немало примеров компенсаторного значения эмоций. Так, ярость помогает человеку бороться даже в тех условиях, где у него на успех "один шанс из тысячи".
Человек в состоянии чрезвычайного эмоционального возбуждения способен на гигантские мышечные усилия, на необычные для него формы деятельности.
Творческий процесс вообще невозможен без эмоций, без увлеченности решаемой проблемой.
3.3. Творчество
Творчество как процесс создания чего-то нового, часто предполагает, что человек может испытывать недостаточ ность информации, знаний, умений для достижения цели и решения той или иной проблемы, а именно поэтому ему необходимо сделать рывок в неизведанное, создать новые знания, умения, новые объекты и произведения. Эмоции, вдохновение, воображение помогают сделать этот "рывок в творчество ". Огромную роль эмоций в творческом процес се признавал и В. И. Вернадский, он писал: "Говорят: од ним разумом можно все постигнуть. Не верьте!.. Одна нить — разум, другая — чувство, и всегда они друг с другом со прикасаются в творчестве".
Американский психолог Л. Кюби утверждал, что неспо собность сознания быть творческим связана с тем, что оно логично и ограничено строго упорядоченными символами и понятиями, которые исключают возможность создания новых порядков и сочетаний, т. е. подавляют фантазию и воображение. Там же, где воображение свободно от оков
Раздел VI. Человек ^ ••-•'•
355
логики за счет эмоций, имеет место творчество. Научное и техническое творчество проявляется в поиске и нахождении принципиально нового решения научной или технической проблемы, причем структура мыслительного процесса ре шения проблемы сложна, но неизменно успеху, "озаре нию", нахождению нового решения способствует эмоцио нальная увлеченность проблемой, вера в успех, эмоциональ ная положительная стимуляция.
Выделяют 4 стадии реи/ения проблемы:
— подготовка; , , ';'* f — созревание решения; ' ^ ,.'':* ":"' '•' —вдохновение; •. .'/:....'.
— проверка найденного решения.
Структура мыслительного процесса решения проблемы:
1. Мотивация (желание решить проблему). 5 2. Анализ проблемы (выделение "что дано", "что тре буется найти", какие недостающие или избыточные дан ные и т. д.).
3. Поиск решения:
3.1. Поиск решения на основе одного известного алго ритма (репродуктивное мышление).
3.2. Поиск решения на основе выбора оптимального ва рианта из множества известных алгоритмов.
3.3. Решение на основе комбинации отдельных звеньев из различных алгоритмов.
3.4. Поиск принципиально нового решения (творчес кое мышление).
3.4.1. На основе углубленных логических рассуждений (анализ, сравнение, синтез, классификация, умозаключе ние и т. п.).
3.4.2. На основе использования аналогий.
3.4.3. На основе использования эвристических приемов.
3.4.4. На основе использования эмпирического метода проб и ошибок.
В случае неудачи:
3.5. Отчаяние, переключение на другую деятельность ("период инкубационного отдыха" — "созревание идей"),
12*
356 Концепции современного естествознания
озарение, вдохновение, инсайт, мгновенное осознание ре«
шения некоторой проблемы (интуитивное мышление). ,т
Факторы, способствующие "озарению": г"
а) высокая увлеченность проблемой;
б) вера в успех, в возможность решения проблемы;
в) высокая информированность в проблеме, накоплен ный опыт;
г) высокая ассоциативная деятельность мозга (во сне, при высокой температуре, лихорадке, при эмоционально положительной стимуляции).
4. Логическое обоснование найденной идеи решения, логическое доказательство правильности решения.
5. Реализация решения.
6. Проверка найденного решения.
7. Коррекция (в случае необходимости возврат к этапу 2).
Мыслительная деятельность реализуется как на уровне сознания, так и на уровне бессознательного, характеризу ется сложными переходами и взаимодействиями этих уров ней. В результате успешного (целенаправленного) действия получается результат, соответствующий предварительно по ставленной цели, и результат, который не был предусмот рен в сознательной цели, он является по отношению к ней побочным (побочный продукт действия). Проблема осо знанного и неосознанного конкретизировалась в проблему взаимоотношения прямого (осознаваемого) и побочного (неосознаваемого) продуктов действия. Побочный продукт действия также отражается субъектом, это отражение мо жет участвовать в последующей регуляции действий, но оно не представлено в вербализованной форме, в форме созна ния. Побочный продукт "складывается под влиянием тех конкретных свойств вещей и явлений, которые включены в действие, но не существенны с точки зрения цели".
Исследуя решение творческих задач, наблюдаем следу ющую закономерность (Пономарев): вначале используются первичные, автоматизированные способы решения (что со ответствует низшим уровням), причем первичные способы
Раздел VI. Человек
357
действия реализуются до тех пор, пока становится ясно, что данным способом задачу не решить. На следующем этапе происходит осмысление неудач (средний уровень), осозна ется причина этих неудач, а именно то, что средства не со ответствуют задаче, формируется критическое отношение к собственным средствам и способам действия, в результате к условиям задачи применяется более широкий круг средств (3-й этап, средний уровень), происходит выработка про грамм "поисковой доминанты", потом на низшем (неосо знанном) уровне происходит интуитивное решение, "реше ние в принципе", и затем на последних этапах (высший уро вень) происходит логическое обоснование, вербализация и формализация решения. Механизм творческого процесса (таков же механизм развития): сознательное => бессознатель ное => и вновь осознание.
высший уровень
Осмысление причин неудач
низший уровень психики
Рис. 13. Процесс решения творческих задач
Для усиления творческих мыслительных возможностей используют и "экзотические" приемы: введение человека в особое суггестивное состояние психики (активация бессо знательного), внушение в состоянии гипноза воплощения в другую личность, в известного ученого, например, Лео нардо да Винчи, что резко повышает творчество у обычно го человека.
358 Концепции современного естествознания
Для активации мышления можно применять специаль ные формы организации мыслительного процесса, напри мер, "мозговой штурм", или брейнсторминг — метод пред ложен А. Осборном (США), предназначен для продуцирова ния идей и решений при работе в группе. Основные прави ла проведения "мозгового штурма":
1. Группа состоит из 7—10 человек, желательно различ ной профессиональной направленности (для уменьшения сте-реотипизации подходов), в группе имеется лишь несколько человек, сведущих в рассматриваемой проблеме.
2. "Запрет критики" — чужую идею нельзя прерывать, критиковать, можно лишь похвалить, развить чужую идею или предложить свою идею.
3. Участники должны быть в состоянии релаксации, т. е. состоянии психической и мышечной расслабленности, комфорта. Кресла должны быть расположены по кругу.
4. Все высказываемые идеи фиксируются (на магнито фоне, в стенографических записях) без указания авторства.
5. Собранные в результате брейнсторминга идеи пере даются группе экспертов — специалистов, занимающихся данной проблемой, для отбора наиболее ценных идей. Как правило, таких идей оказывается примерно 10 процентов. Участников в состав "жюри-экспертов" не включают.
Эффективность "мозговых штурмов" высока. Так, в од ной из американских фирм на 300 заседаниях "мозгового штурма" предложили 15 тысяч идей, из которых 1,5 тыс. идей были незамедлительно реализованы. "Мозговой штурм", который ведет группа, постепенно накапливающая опыт ре шения различных задач, положен в основу так называемой синектики, предложенной американским ученым У. Гордо ном. При "синектическом штурме" предусмотрено обязатель ное выполнение четырех специальных приемов, основанных на аналогии: прямой (подумайте, как решаются задачи, по хожие на данную); личной, или эмпатии (попробуйте вой ти в образ данного в задаче объекта и рассуждать с этой точ ки зрения); символической (дайте в двух словах образное
Раздел VI. Человек
359
определение сути задачи); фантастической (представьте, как бы эту задачу решили сказочные волшебники).
Еще один способ активации поиска — метод фокальных объектов. Он состоит в том, что признаки нескольких слу чайно выбранных объектов переносят на рассматриваемый (фокальный, находящийся в фокусе внимания) объект, в результате чего получаются необычные сочетания, позво ляющие преодолевать психологическую инерцию и косность. Так, если случайным объектом взят "тигр", а фокальным "карандаш", то получаются сочетания типа "полосатый ка рандаш", "клыкастый карандаш" и т. д. Рассматривая эти сочетания и разнипаи их, иногда удастся прийти к ориги нальным идеям.
Метод морфологического анализа заключается в том, что вначале выделяют главные характеристики объекта-оси, а затем по каждой из них записывают всевозможные вари анты-элементы.
Так, рассматривая проблему запуска автомобильного дви гателя в зимних условиях, можно взять в качестве осей источ ники энергии для подогрева, способы передачи энергии от источника к двигателю, способы управления этой передачей и т. д. Элементами же для оси "источники энергии" могут быть аккумулятор, химический генератор тепла, бензогорел-ка, работающий двигатель другой машины, горячая вода, пар и т. д. Имея запись по всем осям и комбинируя сочетания разных элементов, можно получить большое число всевозмож ных вариантов. В поле зрения при этом могут попасть и не ожиданные сочетания, которые едва ли пришли бы в голову.
Способствует интенсификации поиска и метод конт рольных вопросов, который предусматривает применение для этой цели списка наводящих вопросов, например: "А если сделать наоборот? А если изменить форму объекта? А если взять другой материал? А если уменьшить или увеличить объект?" и т. д.
Все рассмотренные методы активизации творческих мыслительных возможностей предусматривают целенаправ ленную стимуляцию ассоциативных образов (воображения).
360 Концепции современного естествознания
Научное творчество и особенно творчество в искусстве опирается на воображение, которое, в свою очередь, не разрывно связано с эмоциями и чувствами человека.
Воображение — психический процесс, заключающийся в создании новых образов (представлений) путем перера ботки материала восприятий и представлений, полученных в предшествующем опыте.
Воображение как своеобраз! гая форма отражения действи тельности осуществляет мыслительный отход за пределы не посредственно воспринимаемого, способствует предвосхище нию будущего, "оживляет" то, что было ранее.
Воображение может быть пассивным (сновидения, гре зы) и активным, которое, в свою очередь, разделяют на воссоздающее (создание образа предмета по его описанию) и творческое (создание новых образов, требующих отбора материалов в соответствии с замыслом).
Мечта — вид творческого воображения, связанного с осознанием желаемого будущего.
Этапы творческого воображения:
— возникновение творческой идеи;
— "вынашивание" замысла;
— реализация замысла.
Синтез, реализуемый в процессах воображения, осу ществляется в различных формах:
— агглютинация — "склеивание" различных, в повсе дневной жизни несоединимых, качеств, частей;
— гиперболизация — увеличение или уменьшение пред мета, а также изменение отдельных частей;
— схематизация — отдельные представления сливают ся, различия сглаживаются, а черты сходства выступают четко;
— типизация — выделение существенного, повторяю щегося в однородных образах;
— заострение — подчеркивание каких-либо отдельных признаков. , = ,. .. о
Раздел VI. Человек
361
Условия
вознккно- Процесс вения
Приемы
Результат
Формы реализации
|
Проблем ные ситуа ции |
- |
Мышление |
|
Неопреде- |
||
|
ленные |
||
|
проблем- |
- |
Воображе- |
|
ные ситуа- |
ние |
|
|
ции |
Рис. 14. Схема решения мыслительных и творческих задач
У людей "среднего ума" интеллект и творческие спо собности обычно тесно связаны друг с другом. У человека с нормальным интеллектом обычно имеются и нормальные творческие способности. Лишь начиная с определенного уровня пути интеллекта и творчества расходятся. Этот уро вень лежит в области IQ (коэффициента интеллекта), равно го 120. Коэффициент интеллекта можно измерить тестами.
362 Концепции современного естествознания
В настоящее время для оценки интеллекта чаще всего ис пользуют тест Стенфорд — Бине и шкалы Векслера. При IQ выше 120 корреляция между творческой и интеллектуаль ной деятельностью исчезает, поскольку творческое мышле ние имеет свои отличительные черты и не тождественно интеллекту. Творческое мышление:
1) пластично, т. е. творческие люди предлагают мно жество решений в тех случаях, когда обычный человек мо жет найти лишь одно или два;
2) подвижно, т. е. для творческого мышления не со ставляет труда перейти от одного аспекта проблемы к друго му, не ограничиваясь одной-единственной точкой зрения;
3) оригинально, оно порождает неожиданные, небаналь ные, непривычные решения.
Креативность как показатель творческих возможностей человека понимается многогранно: "креативность — это про дуцирование чего-то нового (идеи, объекта, новой формы старых элементов и т. п.)", это "трансляция, перевод зна ний и идей в новую форму", "пересечение двух идей одно временно", "креативность — это самовыражение личнос ти, способность думать в неисследованных областях без вли яния обычаев, свойственных для прошлой практики".
Известный психолог Гилфорд отмечает, что наиболее важными сторонами креативности являются факторы от крытия (способность развивать информацию сверх того, что дает стимуляция) и факторы дивергентного мышления (спо собность выходить в различные направления над простран ством решаемой проблемы, отойти от системы привычных методов решения). У всех ли есть креативность? Одни уче ные считают, что креативность проявляется только у осо бых людей в редкие моменты времени, другие слогают, что креативные процессы поддаются тренировке и расширению, но большинство, что креативный процесс тренировать нельзя, так как он возникает только в результате сочетания проблем, индивидуальностей, навыков и специального ок ружения.
Раздел VI. Человек
363
Творцом, так же как и интеллектуалом, не рождаются. Все зависит от того, какие возможности предоставит окру жение для реализации того потенциала, который в различ ной степени присущ каждому из нас. Как отмечает Фергю-сон, "творческие способности не создаются, а высвобожда ются". Поэтому игровые и проблемные методы обучения способствуют "высвобождению" творческих возможностей учащихся, повышению интеллектуального уровня и профес сиональных умений.
Мысль о необходимости разработки эффективных ме тодов решения творческих задач высказывалась давно, по крайне мере, со времени дневнегречсского математика Пап-па, в сочинениях которого впервые встречается слово "эв ристика". Однако лишь в середине XX века стало очевид но, что создание таких методов не только желательно, но и необходимо. Появление методов активизации перебора ва риантов — знаменательная веха в истории человечества. Впервые была доказана на практике возможность — пусть в ограниченных пределах — управлять творческим процессом. Осборн, Цеикки, Гордон показали, что способность решать творческие задачи можно и нужно развивать посредством обучения. Был подорван миф об "озарении" не поддаю щимся управлению и воспроизведению.
Но все известные на Западе методы активизации мыш ления сохранили старую технологию решения творческих задач, связанную с перебором вариантов решения той или иной проблемы. Сегодня же недопустимо тратить время, средства и силы на "пустые" варианты. Это сравнимо с шахматистом, который, не зная простейших правил и при емов, годами думает над ходом е2 — е4. А ведь метод проб и ошибок связан не только с огромными потерями времени и сил при решении задач. Пожалуй, наибольший ущерб он наносит, не давая возможности своевременно увидеть но вые задачи.
Поэтому важно подчеркнуть приоритет нашего соотече ственника Г. С. Альтшуллера, разработавшего наиболее эффективные и обоснованные методы качественно новой
364 Концепции современного естествознания
технологии решения изобретательских задач. Именно он яв ляется автором современной "теории решения изобретатель ских задач" — ТРИЗ.
В основе ТРИЗ — представление о закономерном раз витии технических систем. Материалом для выявления кон кретных закономерностей является патентный фонд, содер жащий описания миллионов изобретений. Ни в одном дру гом виде человеческой деятельности нет такого огромного и систематизированного свода записей "задача— ответ".
Анализ патентных материалов позволил Альтшуллеру вы явить ряд важнейших законов развития технических систем.
Особое внимание в этом методе сосредоточено на цент ральных этапах творческого процесса — анализе задачи и формировании новой идеи, поначалу кажущейся неверо ятной.
Г. С. Альтшуллер пишет, что "суть ТРИЗ в том, что она принципиально меняет технологию производства новых технических идей. Вместо перебора вариантов ТРИЗ пред лагает мыслительные действия, опирающиеся на знание законов развития технических систем. Мир творчества ста новится неограниченно управляемым и потому может быть неограниченно расширен"1.
Г. С. Альтшуллер также предложил новый алгоритм решения изобретательских задач — АРИЗ.
Основой АРИЗ является программа последовательных операций по анализу неопределенной (а зачастую и вообще неверно поставленной) изобретательской задачи и преобра зование ее в четкую схему (модель) конфликта, не разре шимого обычными (ранее известными) способами. Ана лиз модели задачи приводит к выявлению физического противоречия. Параллельно идет исследование имеющихся вещественно-полевых ресурсов. Используя эти (или допол нительно введенные) ресурсы, разрешают физическое про тиворечие и устраняют конфликт, из-за которого возникла
1 Альтшуллер Г. С. Найти идею Новосибирск: Наука, 1986. С. 186.
Раздел VI. Человек
365
задача. Далее программа предусматривает развитие найден ной идеи, извлечение из этой идеи максимальной пользы,
В программе — в самой ее структуре и правилах выпол нения отдельных операций — отражены объективные зако номерности развития технических систем.
Поскольку программу реализует человек, АРИЗ предус матривает операции по управлению психологическими фак торами. Эти операции позволяют гасить психологическую инерцию и стимулировать работу воображения. Значитель ное психологическое воздействие оказывает само существо вание и применение АРИЗ: программа придает уверенность, позволяет смелее выходить за пределы узкой специальности и, главное, все прсмя ориентирует работу мысли в наиболее перспективном направлении. АРИЗ имеет и конкретные пси хологические операторы, форсирующие воображение.
4. Здоровье и работоспособность
Современное естествознание рассматривает человека как целостный природный и социокультуриый феномен.
В этих целях необходимо выделить некоторую часть свода социоприродных изменений человека и проанализировать их как интегральное образование, нераздельную совокупность. В качестве такой совокупности может быть выделена триада измерений, включающая космопланетарное измерение (био-сферно-ноосферное, погруженное в космическую среду мира), эволюцмонно-экологическое и, наконец, измерение, выража ющее состояние человеческого здоровья преимущественно на популяционном уровне. Данная триада в целом отражает фун даментальные неразрывные взаимосвязи человека и окружаю щего его космопланетарного мира. Совокупность социопри-родных измерений человека определяется, в частности, сле дующими закономерностями организованности монолита
366 Концепции современного естествознания
живого вещества. Во-первых, это взаимодействие живого вещества с потоком солнечной радиации и перевод энергии последнего в связанную энергию отдельностей (форм) жи вого вещества, выступающих как трансформаторы косми ческой энергии; во-вторых, действие двух биогеохимичес ких законов (законов Вернадского — Бауэра), обусловлива ющих максимизацию живыми организмами биогеохимичес кой энергии в биосфере; в-третьих, проявление принципа Реди (принципа запрета в отношении абиогенеза)1, соглас но которому все виды земных организмов происходят от других. Функции здоровья популяций, рассчитанные в со ответствующих коэффициентах (человеко-часах), парамет ры их взаимодействия и лимитирования применительно к данным экологическим свойствам среды могут служить по казателями потенциала экологического здоровья человека, социально-трудового потенциала общества.
Здоровье человека во многом связано с эволюционно-эко-логическима основами его психофизической деятельности.
Исследования показали, что в современной популяции людей формируются и новые варианты гено- и фенотипов человека. Морфотипы, которые в прежнее время развива лись в соответствии с различными относительно постоян ными природно-экологическими и социальными условия ми, теряют свои преимущества. Ритмы жизни, урбаниза ция, миграция, современные биосферно-ноосферные эко логические изменения в целом предъявляют к людям новые требования. Формируются генофенотипические свойства, которые наиболее адекватно отвечают современным психо физиологическим, социальным потребностям жизни.
Более ста лет назад выдающийся французский биолог и медик К. Бернар выдвинул идею единства здоровья и болез ни и, по существу, обосновал учение о гомеостазе. К мыс ли о гомеостазе он пришел на основе опыта медицины и
1 Абиогенез (возникновение живого из неживого) — теория про исхождения жизни путем постепенного усложнения веществ неорга нической природы и возникновения биополимеров, которым при сущи основные свойства живого, прежде всего способность к обмену веществ как непременному условию их существования.
Раздел VI. Человек
367
собственных экспериментальных наблюдений. В лекциях о жизни животных и растений в 1878 г„ Бернар обобщил этот свод данных. Утверждая единство здоровья и болезни, ве ликий естеств^испытатель ™сал: "Физиология болезней, конечно, закл!°чает в се^е процессу j которые могут быть присущи им социально, но их зак(*ны абсолютно тожде ственны с закРнами> управляющим^ функциями жизни в здоровом состоянии •
Таким обра30»4. учение о гомеостазе основано на убеж дении в единстзе здоровья и болезпи. Поддержание внут ренней среды как условие свободы >Ызни - таков сегодня принятый болРтинством в качестве Истины принцип общей патологии. Этзилгя пРО11ИЗЫ1петсосГ)сменные обобщающие руководства по общей патологии человека: "Компенсаторно-приспособите.1<ьные реакции, обеспечивающие ГОмеостаз, не являются какими'то особыми реакциями организма, а пред ставляют собой разнообразные ком^инации его функций, развертываю1Г>иеся на тои же> что и Ь норме, материальной основе, но п1ютекающие> как пРа^ило, с большей, чем обычно, инте^сивностью и нередко Сопровождающиеся по явлением свое»бРазных тканевых изменений".
И. В. Давыдовский, по-видимому, был глубоко прав, полагая, что зЯ°Р°Бье и болезнь — э^0 №я качественно раз личных фенсм<?на« которые могут сосущССтвовать в илдаиду-уме. В частно^™- ученый высказал правильнее утвержде ние: сам организм (его центральная Нервная система) может быть оргакиза*°Р°м патологических процессов. Это утверж дение он обосИовьшал результатами большого количества эк спериментов. Но один момент высказанной К. В. Давыдов ским мысли следует уточнить: организация (самоорганиза ция) патологк'1еского процесса есть Организация адаптивной программы в экстремальных, акарк!«;иых уСЛОВиях среды, а "патология" есть организованный в^риантжизни (выжива ния) на основ6 видовой программы приспособления вида. Идеи такого р°Да присутствуют в работах //. П. Бехтеревой, Г. Н. Кржижановского и ДРУГИХ учецых.
368 Концепции современного естествознания
В чем же основное противоречие и единство феноме нов здоровья и болезни? Во-первых, человеческий орга низм, как и все отдельности живого вещества, теленоми-чен (целенаправлен). Каждый индивид социально-биоло гически теленомичен по двум программам бессмертия: в продолжении рода и в социально-культурной активности. В обычной жизни в экстремальных условиях возможны "от казы", минимизация психофизиологических функций, что будет субъективно и объективно проявляться в дискомфор те, в таких состояниях, которые сам индивид может при числить к категории патологии и болезни.
Во-вторых, если индивид имеет внутреннюю психоэмо циональную установку на здоровье (в его обычном, житей ском общепринятом понимании) как высшую ценность и цель жизни, то, как правило, этот индивид избегает труд ностей, высокого риска, напряженного поиска борьбы. Восприятие состояний здоровья и болезни у таких людей будет иным, нежели у тех, кто расценивает свою жизнь как путь достижения высших социальных целей, а само здоро вье в таком движении жизни — как средство. Людям с этой последней установкой свойственны пассионарность1, под вижничество, творческий порыв, неистовость поиска, стремление к достижению высших целей. Такое направлен ное психоэмоциональное напряжение, реакцию принято обозначать как реакцию Прометея, отделяя ее от столь нео правданно распространенной на любые болезненные состоя ния реакции стресса у человека. Реакция Прометея характе ризуется изменением порогов сенсорных систем вследствие изменения психоэмоциональной установки так, что раздра жители, ранее болезненные, патогенные, оказываются ней тральными, их действие затормаживается. Примеры таких реакций многочисленны. Описаны явления, когда реакция Прометея охватывала всю жизнь человека — такова была жизнь М. В. Ломоносова, И. Канта, Б. Римана, В. И. Вернадского.
1 Пассионарность как характеристика поведения (по Л. Н. Гуми леву) — эффект избытка биохимической энергии живого вещества, порождающий жертвенность ради иллюзорной цели.
Раздел VI. Человек
369
Есть и интересные примеры внушенной (наяву или под гип нозом) физической или психоэмоциональной пониженной чувствительности и, наоборот, внушенных (самовнушенных) патологических состояний. Это лишь отдельно взятые явле ния. В целом же изменение уровней чувствительности, ре активности организма постоянно имеет место у каждого че ловека на протяжении его жизни.
В экстремальных условиях (в случае перегрузки, трав мы, инфекции, интоксикации и др.) видовая аварийная про грамма реализуется в том, что существенно (иногда до воз можного минимума) сокращается внешняя работа и все резервы направляются на развитие новых внутренних функционально-морфологических механизмов сохранения жизнеспособности, выживания, выздорошгения. Организм перестраивает свою жизнедеятельность в максимально закрытом режиме. Вся эта перестройка на основе видовой аварийно-адаптивной про граммы для данного индивида, по существу, есть необходи мое его вовлечение в процесс эволюционно-видового выжи вания (адаптации вида).
Естественно, что относительно обычной здоровой жиз недеятельности такая перестройка оценивается как нечто внешнее, как болезнь. Ясно, что это — новое качество жиз недеятельности индивида на основе видовой адаптивной программы, которое И. В. Давыдовский справедливо на звал адаптацией через болезнь. Здесь термин "болезнь" от носится к индивиду, к его жизнедеятельности в обычных условиях среды, а понятие адаптации отражает более масш табную закономерность видового гомеостаза.
Вероятно, антропоэкологические взгляды древних на то, что здоровье и болезнь суть разные качества жизни, в своей основе справедливы. Как утверждал С. П. Боткин в знаменитой речи в Военно-медицинской академии (1886 г.), "человек мало-помалу приспособился к различным колеба ниям внешних условий, передавая своему потомству посто янно нарастающую способность приспособления, которая в значительной степени увеличивалась с помощью знания и искусства, приобретаемых путем наблюдения и ответа:
, 370 Концепции современного естествознания
"Реакция организма на вреднодействующие на него влияния внешней среды и составляет сущность больной жизни".
В работах отечественных клиницистов, патологов были : намечены пути решения проблем общей патологии, сфор-,.., мулированы основы видения проблем гомеостаза, феноме-;! нов здоровой и нарушенной жизни, предприняты попытки , обосновать понимание здоровья и болезни как диалектичес кого единства и противоположности.
При анализе специфики здоровья в указанном отноше нии следует четко разграничивать здоровье отдельного че-. ловека и здоровье популяции. Здоровье икдиаида есть ди намический процесс сохранения и развития его соцнально--.'. природных, биологических, физиологических и психичес-, -юте функций, социально-трудовой, социокультурной и твор ческой активности при максимальной продолжительности жизненного цикла. Здоровье популяции в отличие от этого представляет собой процесс долговременного социально-природного, социально-исторического и социокультурного развития жизнеспособности и трудоспособности человечес кого коллектива в ряду поколений. Это развитие предпола гает совершенствование психофизиологических, социокуль-турных и творческих возможностей людей.
Здоровье популяции и индивида является необходимой предпосылкой интеллектуального здоровья человека, пол ноценной реализации его творческих возможностей. И на оборот, когда социально-исторические условия препятству ют полноценному развитию интеллектуального здоровья, в высокой степени вероятны такие отрицательные следствия, как снижение общего уровня здоровья популяции, выражен ное в показателях заболеваемости и смертности, росте хро нической патологии и т. д.
Необходимо говорить о триаде важнейших функций по-пуляцяонного здоровья. В измеримых коэффициентах че ловеко-часов эти три функции определяются следующим об разом. Функция 1 — конкретный живой труд, или совокуп ность психофизических затрат в ходе производственной дея тельности, которые совершаются работающими индивида-
Раздел VI. Человек И''
371
\
ми внутри данной популяции. Функция 2 — социально-био логическое воспроизводство последующих поколений, с кото рыми связано существование института семьи. Функция 3 — воспитание и обучение последующих поколений, усвоение ими совокупности умений, навыков и знаний, необходи мых для успешной социально-производственной, творчес кой деятельности, для полноценного воспроизводства сле дующих поколений людей.
Комплексные научно-практические меры должны быть направлены на сбалансированное, взаимосвязанное разви тие этих функций, обеспечивающее увеличение социально-трудового потенциала населения, сохранение и развитие здоровья людей. Фактически речь идет о разработке систем жизнеобеспечения, учитывающих специфику различных в природмо-экологическом отношении территорий.
Больше всего на свете люди хотят иметь хорошее здоро вье. Здоровье — это проблема номер один. Отлично, но пробовали ли вы определить, что же все-таки означает здо ровье?
В 1947 г. Всемирная Организация Здравоохранения, основанная по инициативе ООН, предложила краткую фор мулировку термина "здоровье". Здоровье — это состояние полного физического, умственного и социального благосос тояния. Оказывается, каждый человек рождается на свет с определенным запасом жизненной энергии, которой и определяется его 'жизненная роль. Этот запас у людей разный.
Жизненная энергия, которую мы получили при рожде нии, подобна банковскому денежному вкладу, который мы можем расходовать по своему желанию, но который мы ни когда не сможем пополнить. Только постоянный контроль над ее расходами поможет нам разумно использовать это со кровище.
Когда организм переживает состояние стресса, все его жизненно важные системы подвергаются перенапряжению, будь то сердце, почки, желудок или другие органы. Они
372 Концепции современного естествознания
выходят из строя в зависимости от того, какой из них наи более уязвим у каждого конкретного человека.
Образ жизни значительного процента пациентов в воз расте до 60 лет, страдающих сердечными приступами, на зван учеными типом "А". Подобные личности склонны к соперничеству и постоянной спешке. Другими словами, их образ жизни такой, что они находятся в постоянном состо янии стресса.
"Многие полагают, что после того, как они подверглись действию чрезвычайных раздражителей, отдых может им вер нуть прежнее состояние и силы. Это неверно. Эксперимен ты на животных ясно показали, что каждое такое воздей ствие оставляет неизгладимый след, ибо израсходованные адаптационные резервы не могут быть восстановлены"1. Попытка избежать всех форм стресса — не выход из положе ния. Исследования показали, что сокращение активности также ведет к сокращению жизни.
Расточать жизнь, "сжигая" ее с ранних лет, столь же без рассудно, как и "ржаветь" от бездеятельности. Во многих случаях успех в жизни зависит от умеренности и равновесия.
Каждый из нас имеет два возраста, принимаемых во внимание. Первый — это наш хронологический возраст — здесь мы ничего изменить не можем. Мы рождаемся в оп ределенный день, и с этой поры календарь начинает терять листок за листком.
Но есть также и физиологический возраст, с которым мы можем кое-что сделать.
Какой бы ни был ваш хронологический возраст, вы можете сделать нечто значительное со своим физиологичес ким возрастом только при условии, что действительно хо тите этого.
Если у вас есть определенная программа, нужно неукос нительно придерживаться ее. Спортсмены знают, что две недели вынужденного бездействия снижают их силы и
1 Селье Г. Стресс и жизнь. Цит. по: Холей Д. Тайна здоро вья. М., 1992. С. 21.
Раздел VI. Человек
373
возможность хорошо выступить на соревнованиях на 25%. А для того чтобы восстановить прежнюю форму, потребует ся уже не две недели, а шесть. Поэтому борьба за свое здо ровье не должна вестись от случая к случаю. Она должна стать новым образом жизни.
Еще во времена Гиппократа, отца медицины, было известно, что человеческие эмоции связаны с заболевани ями. Но только в 1818 г. Гейнрус применил новый тер мин, которым стали часто пользоваться при описании по добных феноменов — психосоматические заболевания. Гре ческое "психе" означает душа, "сома" — тело. Итак, мы имеет дело с "душевно-телесными" заболеваниями. При всех заболеваниях имеется взаимосвязь между эмоциями и состоянием организма. Почти все больные, независимо от того, знали они об этом или нет, имели предшествующие заболеванию эмоциональные переживания.
Когда человек не справляется с критическими стрессо выми состояниями, то его мозг или организм обязательно выходят из строя. И если развивается какое-то заболева ние, оно ударяет по самым уязвимым местам нашего орга низма. Где проявит себя болезнь, зависит от того, какие органы оказались "повышенно чувствительны" в результате перенесенных детских заболеваний, наследственной пред расположенности или состояния нервной системы.
Эмоциональные стрессы влияют на организм двумя ос новными путями. Эмоции, связанные с проявлением враж дебности, вызывают повышенную реакцию организма, а такие чувства, как страх или уныние — пониженную.
Доказано, что бактерии не начинают своей разруши тельной работы в организме человека, пока какой-то внеш ний, будь то физический или химический, раздражитель не даст им такую возможность. Другими словами, люди, ко торые часто болеют, обычно бывают не в состоянии проти востоять стрессу без каких-либо последствий. Если вы хо тите избежать болезни, старайтесь держать себя в отличной физической форме. Это "сорвет все планы" микробов.
374 Концепции современного естествознания
Неплохо также стараться избегать состояния, ведущего к эмоциональному перенапряжению.
Доктор Аллан Мейджи замечает: "Если на человеческий организм внезапно воздействовать кратковременным или длительным шумом, он отвечает той же реакцией, что и при эмоциях гнева или страха"'. Очень важно избегать шума, насколько это возможно.
Думайте всегда о хорошем. Соломон, один из мудрей ших людей, когда-то живших па земле, говорил: "Веселое сердце благотворно, как врачевство, а унылый дух сушит кости".
Подобно тому, как мрачные мысли могут вывести вас из строя, так светлые и добрые помогут сохранить наилучшее здоровье. Два следующих ниже списка могут помочь вам в этом, напомнив о том, чего необходимо избегать и к чему следует стремиться: . .,_
i >: ***. *
Могут принеси* к заболеваи
Подавленность Сознание вины
Сомнение Эгоизм
Печаль .,., , , . .i;:,•,-» j Ц';
Тревога 'ii;f;
Недовольство
Горе
Угрызение совести
Гнев
Страх
Зависть ; •,
Разочарование
Ревность ' •*"•
'.ft
•Ни
fi:v.vr.'-f! v'.fix 1>;4..-..-;г<чД
:' : '-к;>.•••.;}.:'. '• ..i,^''U'-v;:&:';
Способствуют хорошему здоровью I, Чувство удовлетворения и
Сознание правоты ••'
Бодрость
Смелость
Надежда ....,-,• к.,..-г,-. ,,-..,.
Вера f •"••;;•;; /""
Сочувствие
Любовь
Сознание полезности •'" "•'**
?S;i~.
Благодарность ,'
Доверие .,,;-, ;
-..'•* t'!
Спокойствие -,:_): г.[.-
Удовлетворенность V ,'•? ; Служение другим
. •• . < ~. > .
1 Цит. nb: Хо*ёй Д. Tafena здоровья. М., 1992. С. 2Й?. u
Раздел VI. Человек
375
Твердо решитесь подняться над всеми трудностями жиз ни — и она будет долгой, здоровой и счастливой.
Сотрудничайте с природой в ее стремлении восстановить нарушенный баланс и гармонию в системах организма. На конец, изучайте все, что можно, о природных средствах ле чения. Свежий воздух, солнечный свет, умеренность, отдых, физические упражнения, вода и правильное питание — необ ходимые факторы здоровья и долголетия.
Деятельность — закон всего нашего существования, бездеятельность — причина болезней.
Среди физически пассивных людей инфаркт миокарда встречается в два раза чаще, чем среди людей физически активных.
Польза человеческому организму от физических упраж нений неоценима. Упражнения:
1) улучшают кровообращение;
2) предупреждают от преждевременных сердечных за болеваний; ' *"•'.;: ••'.
3) увеличивают доставку кислорода организму; •
4) способствуют пищеварению;
5) успокаивают нервы и уравновешивают эмоции; - 6) повышают сопротивляемость организма к заболева ниям;
7) снимают усталость;
8) укрепляют мышцы, кости и связки;
9) придают фигуре стройность;
10) обостряют умственные способности;
11) усиливают самообладание, развивают ловкость;
12) помогают противостоять неожиданным стрессам, будь то физические или эмоциональные;
13) улучшают функции желез;
14) развивают силу, уверенность и волю;
15) содействуют правильной оценке окружающей дей ствительности и других людей;
16) способствуют крепкому сну. Мало кто реально представляет себе, какую роль играет вода в нашей жизни. На 50—65 % человеческий организм
376 Концепции современного естествознания
состоит из воды. Мышцы содержат 75 % воды, и даже в костях ее больше 20 %. Каждая клетка нуждается в жидко сти. Все химические и электрические процессы в организ ме совершаются в жидкой среде. В среднем человек дол жен выпивать как минимум 6 стаканов воды ежедневно. Распланируйте питье воды таким образом: два стакана сразу после подъема утром, два — в середине дня, между завтра ком и обедом, и два стакана во второй половине дня.
Для нормального функционирования наш организм нуж дается в определенном количестве поваренной соли. Чрез мерное употребление соли может привести к серьезным про блемам, в частности, к повышению кровяного давления.
Всем известно пагубное влияние сахара на состояние зу бов. Научные исследования показали, что повышенное по требление сахара значительно увеличивает уровень холесте рина в крови, а это может привести к заболеваниям сердца.
Так как мозгу для обмена веществ необходима глюкоза, всякое нарушение содержания сахара в кровяном русле при водит к нарушению работы клеток мозга.
Подсчитано, что одна белая клетка крови — лейкоцит — может уничтожить около 14 вражеских бактерий.
Доведите потребление сахара до 24 чайных ложек в сут ки—и лейкоцит в рукопашном бою сможет одолеть лишь одну бактерию. Те, кто потребляет много сахара, открыты для многочисленных инфекционных заболеваний.
Доказано не только то, что вегетарианская диета стоит наравне с мясной, но и то, что во многих отношениях она значительно лучше. С употреблением в пищу мяса связаны определенные опасности. Животные жиры содержат холес терин, которого нет в жирах растительного происхождения. А мы уже говорили, что холестерин тесно связан с возник новением сердечно-сосудистых заболеваний. В тканях жи вотных содержатся отработанные продукты, которые долж ны выводиться почками. Каждый, кто ест мясо, прибав ляет, таким образом, эти шлаки к своим собственным, нагружая дополнительной работой почки. Из более чем 200 заразных болезней животных половина опасна и для чело-
Раздел VI. Человек
377
века, и более 80 из них легко передаются между позвоноч ными животными и человеком. Недавно было обнаруже но, что в небольшом куске поджаренного мяса весом около килограмма содержится столько же бензопирена, сколько в 600 выкуренных сигаретах. Бензопирен — канцерогенное вещество. У подопытных мышей он вызывает опухоли же лудка и белокровие.
С избыточным потреблением мяса мы вводим в орга низм много пуриновых оснований, экстрактивных веществ, вызывающих кишечное гниение и отравляющих организм. Установлено, что обильная мясная пища подавляет деятель ность полезной микрофлоры, обитающей в нашем кишеч нике. На переваривание мяса уходит очень много энергии, требуется слишком обильный прилив крови к желудочно-кишечному тракту.
Мясная пища, как известно, изобилует токсическими продуктами обмена веществ, подлежащими выбросу из орга низма. Об этом знали еще в странах Древнего Востока. Там даже существовала своеобразная казнь: приговоренных к смерти кормили только вареным мясом, и они умирали от самоотравления на 28—30 день, т. е. гораздо раньше, чем при полном голодании.
Потребление в пищу чрезмерного количества животных жиров ведет к увеличению содержания в крови наиболее круп ных жировых шариков — хиломикрон, регуляция их содер жания в крови нарушается, одновременно повышается свер тываемость крови. Все это вместе взятое способствует нару шению кровотока. Это особенно опасно для сердца больных атеросклерозом. Все больше и больше здравомыслящие и обеспокоенные люди склоняются к вегетарианскому образу жизни, и они вознаграждаются лучшим здоровьем.
Бывает, что человек чувствует себя хорошо, все орга ны и системы работают, казалось бы, нормально, но дос таточно легкого сквозняка — и он уже во власти недуга: на несколько дней слег в постель с высокой температурой. Вы ходит, что даже при нормальных качественных показателях организм может быть чрезвычайно уязвимым, а значит, не
378 Концепции современного естествознания
абсолютно здоровым. И совершенно справедливо предлага ет академик Н. А. Амосов ввести новый медицинский термин "количество здоровья" для обозначения меры резервов орга низма. Есть скрытые резервы сердца, почек, печени. Вы являются они с помощью различных нагрузочных проб. Здо ровье — это количество резервов в организме, это максималь ная производительность органов при сохранении качествен ных пределов их функций.
Сегодня вместо 100 лет мы живем в среднем 70, т. е. наша жизнь укорачивается на 30 лет. Первой причиной это го, отнимающей у нас примерно 20 лет, можно считать по вседневную нагрузку на мозг — болезни, переживания, не правильный образ жизни; все это как бы бьет по мозгу и вызывает его преждевременное изнашивание. Второй при чиной, отнимающей у нас примерно 10 лет, является ука занное И. И. Мечниковым самоотравление гнилостными ве ществами из толстого кишечника. Регулярно употребляя кис ломолочные продукты, мы имеем все основания надеяться выиграть 10 лет здоровой жизни.
Одного ученого спросили: "Как удлинить жизнь?" Он ответил: "Прежде всего — не укорачивать ее".
Секрет долголетия кроется в пяти условиях жизни: за каленное тело, здоровые нервы и хороший характер, пра вильное питание, климат, ежедневный труд.
Правильный образ жизни И. И. Мечников называл ортобиозом ("орто" — прямой, правильный; "био" — свя занный с жизнью).
Кратко рассмотрим восемь важнейших условий ортобио-за — какими они представляются с точки зрения современ ной науки. Прежде всего следует снова назвать труд, явля ющийся важнейшим условием физиологического благопо лучия. Органы-тунеядцы быстро чахнут.
Важнейшим условием ортобиоза является нормальный сон. Дирижером симфонии жизни, старящимся в первую очередь, является мозг. Средством же восстановления его сил, даваемым самой природой, служит в первую очередь
Раздел VI. Человек
379
состояние сна. Понятно поэтому, что правильное использо вание этого блага абсолютно необходимо.
Следующее условие — служба доброго настроения, по ложительные эмоции. Их обеспечивают доброжелательное отношение к другим людям, юмор, оптимизм. Надо фик сировать внимание на хорошем и уметь радоваться ему.
Положительные эмоции уменьшают болевые ощущения. Согласно теории, которую разработали американские уче ные Р. Мелзак и П. Уолл, положительные эмоции как бы закрывают "болевой шлагбаум" в сером веществе спинного мозга, а отрицательные, наоборот, открывают его. Поло жительные эмоции — универсальный исцелитель от многих недугов, иногда даже от такого тяжелого заболевания, как рак. Например, американские ученые утверждают, что в Нью-Йорке зарегистрировано 20 больных раком, которые излечились от него, не прибегая к помощи ни специальных фармакологических веществ, ни радиоактивного излучения: всего-навсего с помощью положительных эмоций (новая любовь, коренные изменения в жизни, общий оптимисти ческий настрой).
Среди условий правильного образа жизни весьма суще ственным является рациональное питание. Рациональным оно должно быть по качеству, по количеству и по режиму. Знаменитый кардиолог Уайт правильно говорил: чтобы не болеть атеросклерозом и дольше прожить, надо не злоупот реблять двумя вещами: желудком и будильником, т. е. есть не досыта, а спать по потребности.
Избегать алкоголя и никотина — важное условие орто биоза. Алкоголь — яд для всех клеток тела. Слабеют нерв ные процессы, особенно тормозной. Дрябнет сердечная мышца. Неблагоприятное действие оказывает алкоголизм родителей на потомство, повышая число детей с психохи мическими и физическими дефектами. От алкоголя тяжело страдает печень — она перестает должны образом выполнять свою барьерную, защитную роль. Кишечные яды все сво боднее проникают в кровь, и закономерный конец алкого лика — тяжелое отравление этими ядами, известное под
380 Концепции современного естествознания
наименованием белой горячки. Табачный яд — целый бу кет вредностей. Никотин — нервно-сосудистый яд. Он бьет современного человека в самое больное место — усиливает атеросклероз. От инфаркта миокарда курящие умирают в 11 раз, от рака легких в 13 раз чаще, чем некурящие. Живут они на 10 лет меньше.
Соблюдение режима, т. е. выполнение определенной деятельности организма в определенное время, приводит к образованию в мозгу условных рефлексов на время. В ре зультате привычное время еды настраивает организм на при нятие и переваривание пищи, привычное время для рабо ты — на соответствующую форму деятельности. Мозгу не приходится каждый раз "раскачиваться", настраиваясь на новую деятельность — само время готовит его к данной ра боте. В силу этого, во-первых, мозг экономит ресурсы; во-вторых, работа протекает лучше. Понятно, что чело век, соблюдающий режим, имеет больше шансов на здоро вье и долголетие.
Закаливание организма — важное условие ортобиоза. Под закаливанием понимают процесс приспособления орга низма к неблагоприятным внешним воздействиям, глав ным образом к холодовому фактору, причем приспособле ние это достигается путем использования естественных сил природы — солнечных лучей, воздуха, воды.
Наконец, физические упражнения, достаточный объем двигательной активности; это — важнейший элемент физи ческой культуры и правильного образа жизни.
Что такое работоспособность? Обычно отвечают — это способность к выполнению работы. О деятельности орга низма по восполнению произведенных затрат, как прави ло, забывают. Поэтому правильнее будет сказать, что, с физиологической точки зрения, работоспособность опреде ляет возможности организма при выполнении работы к под держанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ — физи ческой и умственной — различают физическую и умствен ную работоспособность.
Раздел VI. Человек
381
Говоря о работоспособности, выделяют общую (потен циальную, максимально возможную работоспособность при мобилизации всех резервов организма) и фактическую ра ботоспособность, уровень которой всегда ниже. Фактичес кая работоспособность зависит от текущего уровня здоро вья, самочувствия человека, а также от типологических свойств нервной системы, индивидуальных особенностей функционирования психических процессов (памяти, мыш ления, внимания, восприятия), от оценки человеком зна чимости и целесообразности мобилизации определенных ресурсов организма для выполнения определенной деятель ности на заданном уровне надежности и в течение заданно го времени при условии нормального восстановления рас ходуемых ресурсов организма.
В процессе выполнения работы человек проходит че рез различные фазы работоспособности. Фаза мобилиза ции характеризуется предстартовым состоянием. При фазе врабатываемости могут быть сбои, ошибки в работе, орга низм реагирует на данную величину нагрузки с большей си лой, чем это необходимо; постепенно происходит приспо собление организма к наиболее экономному, оптимально му режиму выполнения данной конкретной работы.
Фаза оптимальной работоспособности (или фаза ком пенсации) характеризуется оптимальным, экономным ре жимом работы организма и хорошими, стабильными резуль татами работы, максимальной производительностью и эффективностью труда. Во время этой фазы несчастные слу чаи крайне редки и происходят, в основном, по причине объективных экстремальных факторов или неполадок обо рудования. Затем, во время фазы неустойчивости компен сации (или субкомпенсацив), происходит своеобразная пе рестройка организма: необходимый уровень работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций. Эффективность труда поддерживается уже за счет дополни тельных физиологических процессов, менее выгодных энер гетически и функционально. Например, в сердечно-сосу дистой системе обеспечение необходимого кровоснабжения
|
5s f» ?! 1 n> §> a g 1 t3 a i> a о s о <"1 1 1 |
ll^l^l 1 ^ § § § а й|^й^ •gSmgOia ^к„йо- Лййл^ Ni^lliil§lifi»Jaif Ssg.-ls^gllisss' I ? з 1 II-!! fiis|ipii||ii |i§i Рро3^дЕ|^^Ш§ж,в. SsSS ^Hg1gg>sg*E-ea!es5f ^я^й ^lelssglis^^Sd legs • lllisfliMisi fii§ o°GSp'sabn)coo Я§о2 *18|£|1||8|3| 1||3 |1Цд|1|1|||| I|g| |
382 Концепции стременного естестве |
|||
|
°12 3456 Часы работы |
Работоспособность в условных единицах |
||||
|
/Устойчивая ^£ч •;..; ^гус работоспособнее ' $р ра Врабагывание Утомление Врабатывакие |
л ..- 1 5 дГ s •$У ^'" "^ Л § ?< |
||||
|
Q |
ч |
п |
1 ,;- . |
^SRsgS'iil^Ig1 g § S g |
о I |
|
- .0 О -С -• -"• n -s. |
osdi-дн в ь s a 5! ri 5-сЛж |
ш |
|||
|
g |
V, Г] О) |
0»crlpo oHgpgg ^ЖрЯ |
I |
||
|
S |
%% |
"•- ... '- ' |
х-^-иъ^* go1. s 2 x 2 n>oo» |
s |
|
|
.5 § ft: |
OJ |
о 5 S1 о о |
-_», "'•" |
° ЯЬ^_ •5°йн'<о -Э-оЙ0 ^Ctigg^g ^^«.e-gg »iS§ |
а |
|
(b |
<D , |
i P >eJ 1 ^ |
Ti: - ^ |
SS^g,^ 1 « S 8 § 8, S 1 Й 1 §*|яЗ| i^SS|§ rfgaB он??.2- Т » » s « g «p o37-a |
Работоспособность о условных единицах
I
g
•53
а
гь
о
з~
Работоспособность в условных единицах
384 Концепции современного естествознания
Любопытно, что в течение недели отмечаются те же три этапа (рис. 17). В понедельник человек проходит стадию врабатывания, во вторник, среду и четверг имеет устойчи вую работоспособность, а в пятницу и субботу у него разви вается утомление.
Существует ли изменение работоспособности в течение продолжительных периодов времени: месяца, года или не скольких лет? Хорошо известно, что работоспособность жен щин зависит от месячного цикла. Она снижается в дни физиологического стресса: на 13—14 день цикла (фаза ову ляции), перед месячными и во время них. У мужчин по добные изменения гормонального фона выражены слабее. Некоторые исследователи связывают околомесячные коле бания тонуса с гравитационным влиянием Луны. Есть под тверждения, что действительно, в период полнолуния че ловек имеет более высокий обмен веществ и нервно-психи ческую напряженность и менее устойчив к стрессам, чем во время новолуния. Причем у женщин овуляция и падение тонуса приходятся чаще всего на полнолуние.
Сезонные колебания работоспособности заметили давно. В переходное время года, особенно весной, у многих людей появляются вялость, утомляемость, снижается интерес к ра боте. Это состояние называют весенним утомлением.
Упомянем и о модной теории определения трех биорит мов — физического, эмоционального и интеллектуального — со дня рождения. Такие циклы действительно существу ют, причем они имеют связь с показателями обмена веществ. Но их трудно прогнозировать с момента рождения из-за мно гочисленных привходящих факторов, вызывающих физи ческие, эмоциональные, психические стрессы. Например, при напряженных тренировках спортсменов или во время студенческой сессии амплитуда соответствующих биоритмов была все время на подъеме, а частота увеличивалась. Это свидетельствует о том, что психологические факторы силь нее природных датчиков ритма.
В последние годы обнаружены ритмы функционирова ния нервной мышечной и сердечно-сосудистой систем про-
Раздел VI. Человек
385
должительностью 5—16 дней. Их выраженность зависит от тяжести труда. У людей тяжелого физического труда они рав ны 5—8 дням, у работников умственного труда — 8—16 дням.
А как влияет на работоспособность возраст? Установле но, что в 18—20 лет у человека наблюдается самая высокая интенсивность интеллектуальных и логических процессов. К 30 годам она снижается на 4 %, к 40 — на 13, к 50 — на 20, а в возрасте 60 лет — на 25 %. По данным ученых Киев ского института геронтологии, физическая работоспособ ность максимальна в возрасте от 20 до 30 лет, к 50—60 го дам она снижается на 30 96, а в следующие 10 лет составля ет лишь около 60 % юношеской.
Длительное время ученые считали утомление отрица тельным явлением, неким промежуточным состоянием меж ду здоровьем и болезнью. Немецкий физиолог М. Рубнер в начале XX в. высказал предположение, что человеку отпу щено на жизнь определенное число калорий. Поскольку утомление является "расточителем" энергии, оно ведет к сокращению жизни. Некоторым приверженцам этих взгля дов даже удалось выделить из крови "токсины усталости", сокращающие жизнь. Однако время не подтвердило этой концепции.
Уже в наши дни академик АН Украины Г. В. Фольборт провел убедительные исследования, показавшие, что утом ление является естественным побудителем процессов вос становления работоспособности. Здесь действует закон био логической обратной связи. Если бы организм не утомлял ся, то не происходили бы и восстановительные процессы. Чем больше утомление (конечно, до определенного преде ла), тем сильнее стимуляция восстановления и тем выше уровень последующей работоспособности. Важно и то, что в период восстановления происходит "текущий ремонт" орга нов и тканей, усиливаются процессы регенерации, зажив ления ран. Все это говорит о том, что утомление не разру шает организм, а поддерживает его. Подтверждением этого вывода являются исследования и советского физиолога про фессора И. А. Аршавского, в ходе которых было установлено,
13. Зак. 251
386 Концепции современного естествознания
что физические нагрузки не сокращают, а, наоборот, уве личивают, продолжительность жизни.
Одно из наиболее емких определений состояния утом ления дали советские ученые В. П. Загрядский и А. С. Егоров: "Утомление — возникающее вследствие работы временное ухудшение функционального состояния организма челове ка, выражающееся в снижении работоспособности, в не специфических изменениях физиологических функций и в раде субъективных ощущений, объединяемых чувством ус талости".
Почему же такая полезнейшая вещь имеет отрицатель ную окраску: снижается интерес к работе, ухудшается на строение, нередко возникают болезненные ощущения в теле?
Сторонники эмоциональной теории объясняют: это про исходит, если работа быстро наскучила. Другие основой ус талости считают конфликт между нежеланием работать и принуждением к труду. Наиболее доказанной сейчас счита ется деятельная теория.
Начиная с фазы субкомпенсации возникает специфи ческое состояние утомления. Различают физиологическое и психическое утомление. Первое из них выражает прежде всего воздействие на нервную систему продуктов разложения, ос вобождающихся в результате двигательно-мускульной дея тельности, а второе — состояние перегруженности самой центральной нервной системы. Обычно явления психичес кого и физиологического утомления взаимно переплетают ся, причем психическое утомление, т. е. ощущение уста лости, как правило, предшествует утомлению физиологи ческому. Психическое утомление проявляется в следующих особенностях:
1) в области ощущений утомление проявляется в пони жении восприимчивости человека, в результате чего отдель ные раздражители он вообще не воспринимает, а другие воспринимает лишь с опозданием;
2) снижается способность концентрировать внимание, сознательно его регулировать, в результате человек отвле кается от трудового процесса, совершает ошибки; ;-••.. -
Раздел VI. Человек
387
3) в состоянии утомления человек меньше способен к запоминанию, труднее также вспоминает уже известные вещи, причем воспоминания становятся обрывочными, и человек не может применить свои профессиональные зна ния в работе в результате временного нарушения памяти;
4) мышление усталого человека становится замедлен ным, неточным, оно в какой-то мере теряет свой крити ческий характер, гибкость, широту, человек с трудом со ображает, не может принять правильное решение;
5) в области эмоциональной под влиянием утомления возникает безразличие, скука, состояние напряженности, могут возникнуть явления депрессии или повышенной раз драженности, наступает эмоциональная неустойчивость;
6) утомление создает помехи для деятельности нервных функций, обеспечивающих сенсомоторную координацию, в результате этого время реакции усталого человека увели чивается, а следовательно, он медленнее реагирует на вне шние воздействия, одновременно теряет ловкость, коор-динированность движений, что приводит к ошибкам, не счастным случаям.
Как показывают исследования, явления утомления в ут ренней смене интенсивнее всего наблюдаются на четвертом— пятом часу работы.
При продолжении работы фаза декомпенсации может до вольно быстро перейти в фазу срыва (резкое падение произ водительности, вплоть до невозможности продолжения ра боты, резко выраженная неадекватность реакций организма, нарушение деятельности внутренних органов, обмороки).
После прекращения работы наступает фаза восстанов ления физиологических и психологических ресурсов орга низма. Однако не всегда восстановительные процессы про ходят нормально и быстро. После сильно выраженного утом ления вследствие воздействия экстремальных факторов орга низм не успевает отдохнуть, восстановить силы за обычные 6—8 часов ночного сна. Порой требуются дни, недели для восстановления ресурсов организма. В случае неполного восстановительного периода сохраняются остаточные явле-
13*
388 Концепции современного естествознания
иия утомления, которые могут накапливаться, приводить к хроническому переутомлению различной степени выражен ности. В состоянии переутомления длительность фазы оп тимальной работоспособности резко сокращается или может отсутствовать полностью, и вся работа проходит в фазе де компенсации.
В состоянии хронического переутомления снижается умственная работоспособность: трудно сосредоточиться, временами наступает забывчивость, замедленность и порой неадекватность мышления. Все это повышает опасность не счастных случаев.
Психогигиенические мероприятия, направленные на снятие состояния переутомления, зависят от степени пере утомления (табл. 2).
Для начинающегося переутомления (I степень) эти ме роприятия включают упорядочение отдыха, сна, занятия физкультурой, культурные развлечения. В случае легкого переутомления (II степень) полезен очередной отпуск и от дых. При выраженном переутомлении (III степень) необ ходимо ускорение очередного отпуска и организованного отдыха. Для тяжелого переутомления (IV степень) требует ся уже лечение.
Вероятность возникновения несчастного случая повы шается также, когда человек находится в состоянии мопото-иии вследствие отсутствия значимых информационных сиг налов (сенсорный голод) либо вследствие однообразного повторения похожих раздражителей. При монотонии воз никает ощущение однообразности, скуки, оцепенелости, заторможенности, "засыпания с открытыми глазами", от ключения от окружающей обстановки. В результате чело век не в состоянии своевременно заметить и адекватно от реагировать на внезапно возникший раздражитель, что в конечном счете и приводит к ошибке в действиях, к несча стным случаям. Исследования показали, что к ситуациям монотонии более устойчивы люди со слабой нервной систе мой, они дольше сохраняют бдительность по сравнению с лицами, обладающими сильной нервной системой.
Раздел VI. Человек ,
389
Степени переутомления (по К. Платонову)
Таблица 2
|
I — начина- |
||||
|
Симптомы |
ющееся |
II — легкое |
III — выра- |
IV — тяже- |
|
переутом- |
женное |
лое |
||
|
ление |
||||
|
Снижение |
||||
|
работоспо- |
малое |
заметное |
выраженное |
резкое |
|
собности |
||||
|
Появление сильной |
при усиленной |
при обычной |
при облег ченной |
без всякой |
|
усталости |
нагрузке |
накрутке |
нагрузке |
нагрузки |
|
Компенсация |
||||
|
снижения |
||||
|
работоспо- |
не требуется |
полностью компенси- |
не полностью |
незначи- |
|
собности |
тельно |
|||
|
руется |
||||
|
волевым |
||||
|
усилием |
||||
|
временами |
Бременами |
|||
|
Эмоциональ ные сдвиги |
снижение интереса |
неустойчи вость |
раздражи тельность |
угнетение, раздражитель- |
|
к работе |
настроения |
|||
|
трудно |
||||
|
Расстройства |
засыпать и |
сонливость |
бессонница |
|
|
днем |
||||
|
просыпаться |
§, Человек и биосфера f
м 5.1. Концепция В. И. Вернадского « о биосфере и феномен человека
Главной научной концепцией естествознания, позво ляющей ученым правильно понимать законы, управляющие развитием окружающей нас природы, стала естественноис-торическая концепция. Только познав, как развивалось то или иное природное явление или объект, каков их генезис.
390 Концепции современного естествознания
можно понять и научно объяснить современность и надежно построить научный прогноз будущего. Достаточно назвать две наиболее фундаментальные концепции в естествознании:
— дарвинизм, центральное звено которого — учение о происхождении видов путем естественного отбора — основа но на сравнительно-историческом анализе, преимуществен но палеонтологическом;
— учение Докучаева и Вернадского о почвах, ландшаф тах и биосфере, основанное на естественноисторическом ана лизе происхождения и развития этих сложных природных планетарных объектов.
В процессе создания концепции биосферы В. И. Вер надский приходит к выводу огромного мировоззренческого значения, по существу, определяющему стратегию будуще го развития естествознания. Он говорит о том, что в со временное научное мировоззрение должно войти представ ление о геохимических функциях живого вещества и чело вечества как основных геологических сил, определяющих как само существование биосферы, так и формы и вектор ее развития. Концепция биосферы стала точкой отсчета ново го этапа развития общего естествознания. Современное об щее естествознание — это биосферное естествознание, в основе которого лежит представление о биосферных, то есть геохимических функциях живого вещества и человечества. Без этого представления в настоящее время невозможен "гар моничный ход научного и философского мышления". Вот главный урок Вернадского нашему поколению.
В "Мыслях и набросках" он пишет: "Сознание челове чества становится той "силой", тем фактором, который мы должны принимать во внимание, когда изучаем всякий при родный процесс". Это общетеоретическое положение сфор мулировано в 1920 году. А сейчас оно перешло из области теории в практику. Например, прежде чем новый техноло гический процесс получит "путевку в жизнь", он должен пройти экологическую экспертизу.
Одновременно с Вернадским концепцию биосферы раз вивали французские ученые. Так, само понятие "ноосфет •
Раздел VI. Человек
391
ра" впервые прозвучало на лекциях 1927/28 учебного года из уст философа и математика, последователя Бергсона, Эдуарда Леруса. При этом соавтором ноосферной концеп ции был объявлен его друг и единомышленник Пьер Тейяр де Шарден, палеонтолог и философ. Причем, что особен но для нас важно, оба француза строят свою мысль, опира ясь на понятие биосферы и живого вещества в том духе, как они были развиты Вернадским в его знаменитых лекциях в Сорбонне в 1922—23 годах.
Так, в книге Тейяра де Шардена "Феномен человека" дается своеобразный ответ па иечный вопрос о смысле и цели человеческого сущсстпонамии, который сводится к сле дующему: человек как "ось и вершина эволюции" ярко рас крывает то, что изначально, хотя бы в возможности, при суще всей материи, т. е. человек есть сложный, развер нувшийся "микрокосмос", содержащий в себе все потен ции космоса. Это значит, что жизнь и человек, появив шиеся на Земле в результате спонтанного зарождения из предбиологических органических соединений (здесь Тейяр находится на принципах материализма), неразрывно связа ны с космическими процессами, усложнениями материи. Земная жизнь представляет собой качественно новое прояв-ление этой всеобщей тенденции. И хотя неживая материя кажется нам "мертвой", она лишь "ложизненна", в ней име ется потенция стать живой. Следовательно, жизнь по сво ей природе космична, так как нить ее таится в самой ткани универсума (Тейяр не случайно употребляет термин "уни версум"; для него под слоем элементарных частиц, состав ляющих первичную материю, находится тонкий слой пси хики). Человек — скачок в эволюции земной жизни, венец беспрестанного эволюционного движения и вместе с тем некое начало направленной эволюции, стремящейся к точ ке Омега — планетарному сознанию, духовному "яйцу мира". Вселенская эволюция вдет не в пространственном, а в психическом направлении, она осуществляется не в кос мической экспансии человека, а в пределах нашей плане ты. Для нас существенно то, что здесь Тейяр де Шарден
392 Концепции современного естествознания
обращает внимание на такой парадоксальный факт, что че ловек до сих пор не нашел подобающего ему места в струк туре мира, которую представляет современная наука. Более того, наука о Вселенной — космология — обходится без рас смотрения человека; имеющиеся науки о человеке находят ся на обочине естествознания. "С чисто позитивистской точ ки зрения, человек — самый таинственный и сбивающий с толку исследователей объект науки. И следует признать, что в своих изображениях универсума наука, действительно, еще не нашла ему места. Физике удалось временно очертить мир атома. Биология сумела навести некоторый порядок в кон струкциях жизни. Опираясь на физику и биологию, антро пология в свою очередь кое-как объясняет структуру челове ческого тела и некоторые механизмы его физиологии. Но полученный при объединении всех этих черт портрет явно не соответствует действительности"1. Поскольку в человеке концентрируется все, что мы познаем, постольку неминуе мо придем к науке о человеке: постижение человека являет ся ключом к раскрытию тайн природы.
Американский биолог и космолог К. Саган, анализи руя проблему космологических основ возникновения жиз ни, постулирует существование общей космической зако номерности — во Вселенной в течение определенного времени (порядка нескольких миллионов лет) появление жизни осуществляется как непреложное явление космоло гической эволюции. Частный случай этой закономерности — возникновение жизни на нашей планете, вращающейся вокруг одной из типичных, рядовых звезд Млечного Пути. Следовательно, феномен земной жизни (а нам известна, к сожалению, только она) представляет собой проявление общей космологической эволюции, а земные биологи за няты лишь отдельной темой в многообразии, по выраже нию К. Сагана, "музыки жизни". Условия же появления жизни на Земле определили ее развитие в качество целого, т. е. в виде биосферы, единого монолита живого вещества, организованность которого определяется преобладанием
1 Шарден П. Т. де. Феномен человека. М., 1987. С. 135.
Раздел VI. Человек
393
космической энергии и связанными с этим космопланетар-иыми биогеохимическими функциями. Это значит, что эво люция биосферы зависит от совокупности чисто земных и космических явлений.
При рассмотрении проблемы человека существенным является то, что под влиянием человеческой мысли и чело веческого труда биосфера переходит в новое состояние — ноо сферу. В этом плане необходимо учитывать положение В. И. Вернадского о встроенности человека, его социально-исторического бытия в космопланетарную организованность жизни в целом. Именно в этом проявляется уникальность феномена человека: сдинстпо функционирования в его жизне деятельности законов природы и общества.
По П. И. Вернадскому, вещество биосферы разнород но по своему физико-химическому составу, а именно:
1) живое вещество как совокупность живых организмов;
2) биогенное вещество — непрерывный биогенный по ток атомов из живого вещества в косвенное вещество био сферы и обратно;
3) косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.);
4) биокосное вещество, например, почвы, илы, по верхностные воды, сама биосфера, т. е. сложные законо мерные косно-живые структуры;
5) радиоактивное вещество;
6) рассеянные атомы;
7) вещество космического происхождения.
Для строения биосферы характерна и геометрическая не однородность. Эта сфера жизни охватывает поверхностные регионы нашей планеты: нижние слои стратосферы, тропо сферы, верхнюю часть литосферы из осадочных пород и гид росферу. Такого рода разнородность строения биосферы, не прерывная на протяжении всей истории Земли, резко отли чает ее от остальных оболочек планеты.
До открытия биосферы произошло открытие почвы. Учение В. И. Вернадского о биосфере всеми корнями, всей своей сутью связано с учением В. В. Докучаева о почве.
394 Концепции современного естествознания
Почву следует воспринимать как самостоятельное естество-историческое тело природы, как единственно приповерх-ностных природных процессов, связывающих в одно целое горные породы, рыхлые отложения, циркулирующие в них воды, произрастающие на них растения и гумусированные их остатки (плодородный перегной).
По мнению Вернадского, количество живого вещества в земной коре есть величина неизменная. Тогда жизнь есть такая же вечная часть космоса, как энергия и материя.
Биосфера, по В. И. Вернадскому, — это "организо ванная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью". "Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни".
Биосфера — не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. В. И. Вернадский предельно лаконично указывает на основ ное отличие — это организованная оболочка. И чтобы понять суть биосферы, нужно понять, как и кем она организована, в чем состоит организованность биосферы. Быть живым — зна чит быть организованным, отмечал В. И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной обо лочки Земли. На протяжении миллиарда лет существования биосферы организованность создается и сохраняется деятель ностью живого вещества — совокупности всех живых организ мов. Форма же деятельности живого, его биогеохимическая работа в биосфере (новое понятие, введенное В. И. Вернадс ким) заключается в осуществлении необратимых и незамкну тых круговоротов вещества и потоков энергии между основ ными структурными компонентами биосферной целостности: горными породами, природными водами, газами, почвами, растительностью, животными, микроорганизмами. Этот не прекращающийся процесс круговоротного движения состав ляет один из краеугольных камней учения о биосфере и носит название биогеохимической цикличности.
Вся живая оболочка нашей планеты, весь животный, растительный, бактериальный мир, и еще больше — вся среда жизни: суша, реки, озера, океаны — все эти удиви-
Раздел VI. Человек
395
тельные, уникальные создания природы — биосфера. Ни чего подобного нет в ближайшем обозримом Космосе. В последнее время вывод о существовании биосферы в "единственном экземпляре" в результате нашего зондиро вания ближайших окрестностей Земли стал неоспорим. Мысль об уникальности Земли, кроме глубоких и высоких эмоциональных переживаний человека о своем месте в мире, рождает и величайшую тревогу, становится нашей трудной повседневной заботой: нет ничего дороже ее сохранения.
И надо учесть, что создавалось это удивительное пла нетное образование страшно медленно. Вместе с выводом о "негодности" жизни Вернадский сделал выиод и о "всегдаш-ностн" жизни, то есть о ее вечности и непрерывности во времени. На это наталкивали его размышления обо всем минеральном богатстве планеты. Оно производно от жиз ни, поскольку огромное большинство горных пород и по лезных для нас ископаемых, таких как углеводородное сы рье, каменные угли, даже железо — органического проис хождения. Отсюда и возник один из его фундаментальных тезисов о геологической вечности жизни, ее непрерывной активности.
Уже при его жизни тезис Вернадского о геологической вечности жизни стал подтверждаться практикой развития геологии и палеонтологии. Но особенно бурно стала разви ваться геология и палеонтология доксмбрия в последние де сятилетия. Буквально на наших глазах величайшее научное предвидение стало осуществляться. Практически мы стали фиксировать следы жизни с тех пор, когда появились пер вые водно-осадочные породы, а это произошло около че тырех миллиардов лет назад. Три сопряженных процесса и явления имеют одинаковый возраст: образование древней ших осадочных пород Земли; фиксация изотопов углерода биогенной природы в этих породах; нахождение в них же форм бактсриевидньгх организмов. Все эти явления датируются оди наково: 3,6—3,8 миллиарда лет. При этом следует учесть еще и то, что самая примитивная, на наш взгляд, бактерия — в сущности, сложнейшая живая система, сложнейший
396 Концепции современного естествознания
организм. Для его формирования требуется непредсказуе мый отрезок времени.
В результате раскрытия современными методами тези са Вернадского о геологической вечности жизни мы подо шли к величайшей загадке науки наших дней. Кратко ее можно сформулировать так: можем ли мы с уверенностью утверждать, что же древнее — Земля как планета или жизнь?
Последние добытые наукой факты говорят о том, что в древнейших горных породах возрастом около 4 миллиардов лет, то есть почти одновозрастных с самой планетой Зем ля, встречаются уже сообщества микроорганизмов различ ных видов и форм. Они и представляли древнюю биосферу Земли. Следовательно, возраст биосферы приближается к геологическому возрасту Земли как планеты Солнечной си стемы.
Для Вернадского геологическое время связано с жиз нью на Земле, с биосферой. Время существования планеты — это всего лишь время существования на ней жизни. Жизнь геологически вечна. Возраст планеты неопределим, по скольку в любых структурах начало распада их — это конец формирования под влиянием жизнедеятельности. Выводы парадоксальные. Они противоречили всей тогдашней и се годняшней научной традициям и находятся в стороне от гос подствующей, как сейчас говорят, научной парадигмы. Достаточно взять любой университетский учебник общего землеведения, чтобы увидеть, что они основаны на космо логических положениях о последовательном образовании Земли как космического тела, затем появлении на ней жиз ни с последующим образованием биосферы.
Не имеется и не получено поныне ни одного доказа тельства происхождения вещества живого из неживого. Между этими двумя состояниями материи нет никаких про межуточных ступеней, ведущих от инертного к одушевлен ному состоянию. Их отсутствие в свое время доказывал Ла-марк, который даже составлял таблицу противоположнос тей живого и неживого.
Раздел VI. Человек
397
Множатся, напротив, доказательства обратной произ-водности — структур земной коры от вещества отжившего. Не только горные породы и ископаемые, но и атмосфера планеты (а есть мнение, что и гидросфера) — целиком про дукт биосферы, результат жизнедеятельности животных, ра стений, бактерий. Через так называемые биогеохимичес кие циклы круговорот химических элементов в земной коре, подстегиваемый живыми организмами, запускается в дей ствие вся машина геологических событий в земной коре.
Рассмотренная под таким углом зрения живая природа
— как причина природы пежиной, как могучий геологичес кий агент, создавший систему биосферы, — заставляет нас обратиться в поисках такого ее характера уже к неземным причинам самой жизни в буквательном смысле — к косми ческому се статусу. Раз она возникла не в результате эволю ции земной коры, а, наоборот, эта эволюция есть лишь воздействие самой жизни, значит, источник ее надо искать за пределами Земли. "Мы знаем — и знаем научно, — что космос без материи и без энергии не может существовать. Но достаточно ли материи и энергии — без проявления жизни — для построения Космоса, той Вселенной, которая доступна человеческому разуму, то есть научнопострояема?"
— задавал Вернадский риторический вопрос в своей пуб личной лекции "Начало и вечность жизни", прочитанной им в клубе писателей и ученых в Петрограде в 1919 году.
В самой проблеме возникновения жизни В. И. Вернад ский различил три возможных варианта: "Мы должны в этом возникновении живого из мертвого отличить два явления: с одной стороны, возникновение живого организма из та ких мертвых тел природы — камней, скал, воды, газов, земли, которые никогда живыми не были. Это будет абио генез — зарождение вне животного или археогенез — изна чальное зарождение. С другой стороны, мы должны разли чать зарождение из умершего или умирающего живого орга низма, возникновение новых организмов при гниении и раз ложении старых — гетерогенез — разнородное зарождение. Наконец, должны различать третье явление — биогенез —
398 Концепции современного естествознания
зарождение из живого подобно тому, как мы это видим кругом, когда человек и другие организмы родятся от дру гих живых, к тому же себе подобных" (выделено Вернадс ким — И. С.).
До сих пор в школьном учебнике биологии излагается гипотеза академика А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле путем иебиологичсского возникновения органи ческих веществ из неорганических молекул. Эта гипотеза нашла частичное подтверждение в 1953 году, когда амери канский ученый Л. С. Миллер экспериментально доказал воз можность небиологического синтеза органических соедине--ний из неорганического; пропуская электрический разряд через смесь СО2 и Н2О, он получил набор из нескольких аминокислот. Однако живая молекула состоит из очень сложной спирали аминокислот, расположенных в строго определенной последовательности. Можно, конечно, себе представить, как электрические разряды непрерывно обру шивались на "первичный океан", и в результате одного из них случайно возникла нужная комбинация аминокислот. Но по подсчетам известного американского ученого Дж. Хилдена необходимо для этого перепробовать Ю600000 комбинаций, одна из которых окажется именно той, от ко торой произошла жизнь. Это невероятно большое число: после единицы надо написать 600000 нулей. На каждую из таких комбинаций требуется определенное время. Если все будет происходить очень быстро (по миллиону комбинаций в каждую секунду времени), то на перебор всех возможных комбинаций уйдет не менее 100 миллиардов лет. Мы уже говорили о том, что Вселенная после Большого взрыва су ществует всего 15—20 млрд. лет. Так что времени на пере бор этих комбинаций "методом тыка" просто не было. Зна чит, следует предположить, что жизнь и ДНК возникли не случайно, а путем целенаправленного действия, некоей неведомой и могучей силы или субстанции.
Один американский математик, высчитывая вероятность случайного возникновения жизни, привел такой пример. Представьте себе, что взорвали большую типографию, —
Раздел VI. Человек
399
все шрифты взлетели на километровую высоту. Так вот, вероятность случайного возникновения живого равна веро ятности того, что при падении эти буквочки сложатся в текст 46 томов Британской энциклопедии.
Биогенез В. И. Вернадский, вслед за древними авто рами, считал величайшей тайной природы, ее загадкой и в то же время основным свойством живого ("Живое из живо го" Вернадский называл "принципом Реди". Имя итальян ского ученого XVII века Франческо Реди принадлежит к числу постоянно встречающихся в биолого-географических трудах Вернадского). К представлениям об абиогенезе (археогене-зе) и гетерогенезе Вернадский относился определенно от рицательно, справедливо подчеркивая, что накопившийся и естествознании огромный фактический материал с несом ненностью доказывает происхождение всех современных живых организмов путем биогенеза.
Дальнейший ход его рассуждений таков: "Признавая биогенез, согласно научному наблюдению, за единствен ную форму зарождения живого, неизбежно приходится до пустить, что начала жизни в том космосе, какой мы наблю даем, не было, поскольку не было начала этого космоса. Жизнь вечна постольку, поскольку вечен космос, и переда валась всегда биогенезом. То, что верно для десятков и со тен миллионов лет, протекших от архейской эры до наших дней, верно и для всего бесчисленного хода времени кос мических периодов истории Земли, верно и для всей Все ленной".
Итак, в безначальном Космосе столь же безначальными (вечными) являются четыре его компонента: материя, энер гия, эфир и жизнь. Но вечный Космос наполнен бренным — естественными телами.
Каким же способом жизнь объявилась на Земле?
Вернадский резюмирует свои рассуждения следующим образом:
"Для нас гипотеза Случая является столь же стоящей в стороне от области научных исканий, как и гипотеза специ ального божественного акта творения... .
400 Концепции современного естествознания
... Остаются три возможности: 1) жизнь создалась на Земле при космических стадиях ее истории в условиях, не повторявшихся в позднейшие геологические эпохи; 2) жизнь была на Земле и в космические эпохи ее былого, она извеч на; 3) жизнь, извечная во Вселенной, явилась новой на Земле, ее зародыши приносились в нее извне постоянно, но укрепились на Земле лишь тогда, когда на Земле оказа лись благоприятные для этого возможности".
В. И. Вернадский принял для себя третий вариант — космический перенос латентных форм жизни, ибо "жизнь есть явление космическое, а не специально земное"; он пи сал о космическом живом веществе. В. И. Вернадский счи тал, что живое вещество в принципе не могло возникнуть из той материи, которая была им охарактеризована как ма терия "косная". Согласно развиваемой Вернадским концеп ции, жизнь во Вселенной вечна, так же как и сама Вселен ная. Важным моментом в этой теории оказывается привне сение на Землю живого вещества из глубин космоса. Но этот источник был привнесен не в молекулярном плане (не как совокупность живых молекул), а в форме постоянно дей ствующих во Вселенной биологических полей. Функциони рование этих полей таково, что живые молекулы формиру ются везде, где имеются для этого необходимые условия. В последнее время появились доказательства реального су ществования этого всепроникающего биологического поля.
Авторитетный научный журнал "Нейчур" опубликовал сообщение, которое буквально потрясло научный мир. Уче ные брали антитела и в виде раствора прибавляли их к жи вым клеткам крови. Конечно, эти клетки дегранулировали (деструктуировались) и погибали. Затем начинали раство рять эти антитела водой и вновь добавляли к клеткам кро ви. Клетки вновь распадались. Но по логике должен быть найден предел, после чего антитела перестают действовать, т. е. их концентрация становится очень слабой. Но не тут-то было! Исследователи довели растворение до невероятной концентрации — 10120 (для сравнения: во всей Вселенной количество элементарных частиц не более 1070), но даже в
Раздел VI. Человек
401
такой концентрации сыворотки действовали. В растворе за ведомо не существовало ни одной молекулы активного ве щества, но дегрануляция продолжалась. Как же переноси лась информация, если даже не было следов материального носителя этой информации? Значит, в результате опыта было установлено, что биологическая информация может передаваться не только при помощи молекул, а принципи ально иным путем. Этот неучтенный агент является пере носчиком биологического поля.
Широко известны слова В. И. Вернадского: "Твари Земли являются созданием сложного космического процес са и закономерной частью стройного геокосмического меха низма, в котором, кам мы знаем, нет случайности". В. И. Вернадский писал о существовании "определенного направления в эволюционном процессе, неизменно на всем его протяжении, в течение всего геологического времени. Взятая в целом палеонтологическая летопись имеет харак тер не хаотического изменения, идущего то в ту, то в дру гую сторону, а явления, определенно развивающегося все время в одну и ту же сторону, в направлении усиления со знания, мысли и создания форм, все больше усиливающих влияние жизни на окружающую среду".
С самого начала своего возникновения земная биосфера представляла собой область земной коры, в которой энер гия космических излучений трансформировалась в такие виды земной энергии, как электрическая, химическая, механи ческая, тепловая и т. д. В. И. Вернадский пишет так: "Бла годаря этому история биосферы резко отлична от истории других частей планеты, и ее значение в планетном механиз ме совершенно исключительное. Она в такой же, если не в большей, степени есть создание Солнца, как и выявление процессов Земли"1.
Автоматическое регулирование биосферы, обусловлен ное единством порядка и хаоса, объясняет и происхождение жизни, ибо существование хаоса и регулярного, цикличес кого движения играет роль в образовании биологических
1 Вернадский В. И. Биосфера. М., 1967. С. 227.
402 Концепции современного естествознания
структур. Ведь хаотическое поведение является типичным свойством многих систем (природных и технических), оно зафиксировано в периодически повторяющихся стимуляциях клеток сердца, в химических реакциях, при возникновении турбулентности в жидкостях и газах, в электрических цепях и других нелинейных динамических системах; оно проявля ется в диссипативных структурах, как их назвал И. Приго жий. Диссипативные структуры обладают следующими при знаками, без которых невозможна самоорганизация систе мы: они открытые, необратимые и нелинейные. В про цессе возникновения земной жмзни основную роль сыграли самоорганизующиеся системы — результат их специфичес кого отбора на пути длительной эволюции и есть жизнь. Природа "изобрела" не только принцип программного ре гулирования по разомкнутому циклу, но и принцип авто матического управления в замкнутом цикле с обратной свя зью в живых системах. Таким образом, кибернетический подход также выявляет космопланетарный характер земной биосферы.
Космические излучения, генерируемые ядром Галакти ки, нейтронными звездами, ближайшими звездными сис темами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу, проникают всю ее и все в ней. В этом потоке разнообраз ных излучений основное место принадлежит солнечному из лучению, которое обусловливает существенные черты функ ционирования механизма биосферы, космопланетарного по своему существу. В. И. Вернадский пишет об этом следу ющее: "Солнцем в корне переработан и изменен лик Зем ли, пронизана и охвачена биосфера. В значительной мере биосфера является проявлением его излучений; она состав ляет планетный механизм, превращающий их в новые раз нообразные формы земной свободной энергии, которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты". И если ультрафиолетовые и инфракрасные лучи Солнца косвенно влияют на химические процессы биосферы, то химическа} энергия в ее действенной форме получается из энергии сол нечных лучей при помощи живого вещества — совокупно^
Раздел VI. Человек
403
ти живых организмов, выступающих в качестве преооразо-вателей энергии. Это значит, что земная жизнь отнюдь не является чем-то случайным, она входит в космопланетярный рлеханизм биосферы.
Данные, которыми располагает современная наука, сви детельствуют, что живое вещество только в том случае про грессивно развивается, если оно своей жизнедеятельностью увеличивает упорядоченность среды своего обитания.
Для разумной формы живого вещества эти законы име ют особое, решающее значение. Земная разумная форма жизни — человечество — выполняет их, обеспечивая два вектора своего бессмертия: биологическое продолжение рода (общее свойство земного живого вещества) и духовно-куль турное, в конечном счете космическое бессмертие (творчес кий вклад в создание ноосферы). Именно творческая ак тивность как чисто человеческое свойство разумной жизни для каждого человеческого существа является основой и га рантией его индивидуального, личностного развития и про должительной активной жизни. В целом это выражается в прогрессе человеческих популяций, всего человечества, в развитии его психофизиологического, биологического, гло бального здоровья.
Понять сущность жизни, живого планетарного веще ства, его разумной формы — человечества, человека, рас сматривая лишь изолированное пространство Земли, види мо, не удастся. Земная жизнь неотрывна от космических процессов, включена во всеединство мирового целого (уни версума). Пути прогресса человечества, так же как сопро вождающие его жизнь противоречия, напряженность, ка тастрофы, могут быть постигнуты и подвергнуты регулиро ванию только на основе широкого понимания антропокос-мического характера социально-природной эволюции чело века, его перспектив. Выдвигая гипотезу о космических масштабах распространения живого вещества во Вселенной, мы исходим из того, что принципы бесконечности, неис черпаемости материи справедливы в отношении включен ности жизни и даже разумной ее формы как возможных
404 Концепции современного естествознания
равноправных компонетов эволюции Вселенной во всеедин ство универсума.
Научные взгляды В. И. Вернадского отразили слож нейшие взаимосвязи неживой и живой природы, косного и живого вещества.
Целостный охват явлений природы, материального Космоса (научно понимаемое всеединство) он сочетал с ес-тественноисторическим подходом со стремлением просле живать процессы мироздания в их развитии. Ученый на стойчиво анализировал такие фундаментальные аспекты диалектики природы, как взаимосвязь макро- и микрокос моса, пульсация материальных и энергетических потоков в косном и живом веществе (геохимические, биогеохимичес кие и космохимические процессы), биогеологическое един ство и эволюция планеты Земля, появление и становление человека как разумной формы жизни и нового геологичес кого агента в эволюции Земли. Прослеживая развитие био сферы и заполняющего ее монолита живого вещества, уси ливающееся, обретающее геологическую мощь воздействие человека на биосферу, В. И. Вернадский завершает свои исследования новым обобщением. Он формулирует учение о ноосфере ("ноос", или "нус", означает разум) как осо бом периоде в развитии планеты и окружающего космичес кого пространства. Ноосфера включает в себя социальные и природные явления, взятые в их целостности, в их един стве и противоречиях. Становление ноосферы определяет ся социально-природной деятельностью человека, его тру дом и знаниями, т. е. тем, что относится к космоплане-тарному измерению человека.
Сейчас достаточно очевидна кардинальная противоре чивость становления ноосферы и человека как ее создателя. На космопланетарный процесс ноосферогенеза ложится пе чать возможного социально-природного апокалипсиса.
Второй тезис Вернадского связан с геологической ро лью человека и человечества. Его глубочайшее убеждение состояло в том, что планета вступает в новую стадию своего развития, на котором определяющую роль будет играть че-
Раздел VI. Человек
405
ловек разумный как сила невиданного масштаба. Обнару жилось, что связь человека с природой настолько всеобъ емлюща и глубока, что любое действие, как и бездействие тоже, отражается на состоянии этой среды. Гигантская гео логическая деятельность человечества наглядна, она стала видна невооруженным взглядом. Мы не знаем сейчас тако го быстротекущего природного геологического процесса, с которым можно было бы сравнить мощь человечества, осо бенно теперь, когда оно вооружено огромным арсеналом всяческих воздействий на природу, в том числе и фантас тических по мощности разрушительных сил.
В формулах Вернадского о человеке как геологической силе особенно важен акцент на геологическое понимание роли разума. Вернадский рассматривал биосферу как одну из геосфер, как геологическую оболочку, а не так, как это упрощенно понимают некоторые даже видные ученые — лишь как живую пленку планеты, т. е. "свободное" от геологи ческого прошлого и физической среды собрание живых орга низмов. Важно понимать и представлять нерасторжимую сопряженность живого вещества, как выражался Вернад ский, со всеми вещественными структурами Земли.
Человек в своих антропологических, социальных, ис торических гранях есть существо еще далеко не совершен ное, в определенном смысле "кризисное". Тем не менее существует идеал и цель высшего, духовного Человека, тот идеал, который и движет им в его росте, в превозможении собственной природы. Также и его создание — ноосфера — есть еще достаточно дисгармоничная, находящаяся в состо янии становления реальность, но вместе с тем и высший идеал этого становления. Ведь человек — единственное из живых существ, которое не только живет, и живет тем, что есть, но постоянно соотносит свою жизнь с тем, что долж но быть, и стремится к этому. (Человек вообще был создан природой — и эволюцией — как какое-то замечательное и постоянно "недовольное" существо. Тем самым она словно гарантировала ему — и себе — стимул к дальнейшему разви тию.)
406 Концепции современного естествознания
Дальнейшее развитие человечества состоит, "наряду с разрешением социальных проблем, в изменении формы питания и источников энергии, доступных человеку". Вер надский имеет в виду овладение новыми источниками энер гии, в том числе энергией Солнца, а также "непосредствен ным синтезом пищи, без посредничества организованных существ". Он представляет этот колоссальный эволюцион ный поворот человечества в самом общем виде через дос тигнутое умение поддерживать и воссоздавать свой организм, как это делает растение, из самых элементарных природных неорганических веществ.
Сейчас Человек, как и все прочие природные твари, в отличие от растений и некоторых бактерий, — существо ге теротрофное и может, как пишет Вернадский, "строить и поддерживать существование и неприкосновенность своего тела только усвоением других организмов или продуктов их жизни".
Автотрофиыми (т. е. самопитающимися) были назва ны растения.
Автотрофные растения — фундамент великого косми ческого процесса образования и развития области жизни, они находятся как бы посередине между двумя потоками: потоком энергетических процессов неживой материи, не избежно приводящих к затуханию (второй закон термоди намики) и потоком эволюции живого вещества, идущего с увеличением энергии, организации, сложности (негэнтро-пия, антиэнтропия, как бы третий закон термодинамики живого).
Русский биолог С. И. Виноградский в 1888 году доказал "существование живых автотрофных существ, лишенных хлорофилла. Это существа невидимые, бактерии, изоби лующие в почвах, в верхних слоях земной коры, проникаю щие в глубокие толщи всемирного океана".
Циолковский писал о будущем человеке, "животном кос моса", прямо ассимилирующем в своем "питании" солнеч ные лучи и элементарные вещества среды и могущем быть бессмертным. Прочное нравственное совершенствование
Раздел VI. Человек
407
человека оказывается возможным только вместе с физичес ким его усовершенствованием, освобождением от тех при родных качеств, которые заставляют человека пожирать, вытеснять, убивать и самому умирать.
Вернадский высочайшим образом оценивал будущую реализацию идеала автотрофности для всего человечества: "Последствия такого явления в механизме биосферы были бы огромны. Это означало бы, что единое целое — жизнь — вновь разделилась бы, появилось бы третье, независимое ее ответвление... Человеческий разум этим путем не только создал бы новое большое социальное достижение, но ввел бы в механизм биосферы новое большое геологическое дос тижение...
В конце концов будущее человека всегда большей час тью создается им самим. Создание нового автотрофного су щества дает ему отселе отсутствующие возможности исполь зования его вековых духовных стремлений... "
5.2. Космические циклы
Вернадский высказывал предположение, что револю ционные изменения в морфологии живых существ соотно симы с так называемыми критическими периодами геоло гической истории планеты, движущие пружины которых вы ходят за пределы только земных явлений. Речь, возможно, идет о каком-то пока не понятом и не исследованном кос мическом воздействии. Интенсивность не только геологи ческих процессов, но и эволюционно-органических "связа на с активностью биосферы, с космичностью ее вещества. Причины лежат вне планеты". Становление предков совре менного человека находится в прямой связи с ритмически ми изменениями климата нашей планеты, которые явля ются результатом интегрального отражения взаимодействия всех геосфер нашей планеты друг с другом и с космосом. Космические воздействия слагаются из гравитационных и корпускулярных. Первые связаны с изменением орбит
408 Концепции современного естествознания
Земли и Солнца под воздействием других планет и галак тик, им присущ средне- и долгопериодический характер (все известные климатические циклы, начиная с цикла продол жительностью 35—45 тыс. лет и кончая циклом 200 тыс. лет, так или иначе связаны с орбитальными циклами). Вто рые пока еще не исследованы, вероятно, они являются причиной короткопериодических климатических ритмов с длительностью в единицы, десятки, сотни и первые тыся чи лет.
Обусловленные гравитацией колебания скорости вра щения Земли, ее углового момента вызывают изменения атмосферно-океанической циркуляции, тогда как колеба ния потока корпускулярных частиц ответственны за изме нения стратосферных течений. Немаловажную роль в обоих случаях играет магнитное поле Земли. Однако до сих пор механизм этой глубокой связи магнитного поля с клима том, а через него и со всей биосферой, не выяснен. Уста новлено, что орбитальные климатические ритмы (400 тыс.; 1,2; 2,5; 3,7 млн. лет) являются рабочими хронометрами биосферы, среди них — 400-тысячелетний ритм служит ос новной причиной крупнопериодических изменений клима та и эволюции органического мира. Этот ритм выявлен гео логами из последовательности ледниковых событий и толь ко потом обнаружен астрономами. Внутри данный ритм членится на 6—8 фаз, причем становление и развитие жи вого вещества биосферы, в том числе и предков человека, полностью подчиняются этому климатическому ритму с его фазами.
С циклическими (периодическими) процессами мы встречается на различных уровнях развития материи, начи ная космическими и кончая социальными процессами. Дан ные науки свидетельствуют о том, что ритм и периодич ность управляют Вселенной, живыми организмами, соци--альными явлениями. Ритм как бы "запрограммирован" сущ ностью движения, без которого бесконечный мир просто не может существовать, он выступает в качестве основного закона природы и общества. Ритмы крайне разнообразны,
Раздел VI. Человек
409
и их нельзя сводить друг к другу, ибо на каждом уровне иерархической Вселенной мы встречаемся с качественно раз личными ритмическими процессами и структурами.
Наличие циклических процессов в явлениях жизни по зволяет выдвинуть предположение о существовании цикли ческих закономерностей в топологии знантиоморфного био логического пространства — времени. Пространство это имеет энантиоморфную (право-левую) природу и принци пиально отличается от пространства неживого вещества. По лучается так, что если неживое вещество состоит из равно го количества правых и левых молекул, то в живых органических системах используется только одна из этих форм. В дальнейшем было установлено, что живые орга низмы содержат левые аминокислоты и правые сахара. Та ким образом, все белки живых организмов состоят из левых аминокислот.
Отсюда Пастер сделал вывод, что продуцирование оп тически активных соединений в одной-единственной фор ме (правой или левой) является исключительной привиле гией жизни.
Давались разные объяснения этому загадочному фено мену. Пастер полагал, что асимметрия (хиральность) жиз ни обусловлена космической асимметрией или неким кос мическим фактором. Этой идеи придерживался В. И. Вер надский, указывая на право-левый характер галактических спиралей и на право-левую природу космического вакуума. Дисимметрию живого вещества Вернадский понимает как "особое, строго определенное состояние пространства".
Данная идея не получила достаточного осмысления в современной науке. Вернадский предложил нетрадицион ный и оригинальный подход к объяснению происхождения и сущности жизни. Пространство-время он рассматривает не в аспекте его проявления в природе, а как фактор, опре деляющий специфические черты биологической организа ции материи. Так, асимметрия живого вещества является следствием особой топологии пространственно-временного субстрата, в котором "не могут одинаково образоваться...
410 Концепции современного естествознания
правые и левые молекулы химических соединений". Хкраль-ность — атрибутивное свойство биологического простран-, ства-времени, которое, пока еще не известным паи обра зом, воздействует на вещество.
Вернадский обосновал положение, что все характерис тики жизни и времени совпадают: и жизнь, и время не обратимы; они никогда не текут вспять; они всегда направ лены одинаковым образом — из прошлого в будущее, т. е. асимметричны. Время биологически содержательно, оно строится причинно обусловленными событиями: сменой 1 поколений. Рассмотренное таким образом время ничуть не , похоже на физическое или космическое бесструктурное t аморфное время, не имеющее никакого содержания, а толь-, ко мерные единицы, причем способ их получения не имеет ,, принципиального значения.
Биологическое время, как называет его Вернадский,
имеет совершенно четкие мерные единицы, которые нельзя
.. заменить никакими другими. Если все время существова-
< ния жизни представить как единый монолит, то его "секун-
' дами" будут сами организмы. Какие именно из них выбрать
за эталонные единицы для всего живого — вопрос науки.
., Сам Вернадский считал мерными единицами делящиеся
s бактерии. Их изучение должно дать нам представление о
внутреннем строении пространства и времени.
На основании исторического материала крупный рус ский ученый В. М. Бехтерев сделал вывод, "что везде и всюду проявление коллективной деятельности, как и про явление индивидуальной жизни, подчиняется закону рит ма, имеющего, таким образом, всеобщее значение". Че ловек как бносоцналыюе существо фокусирует в себе много образие рйтмоз, порожденных биологической и социэкуль-v турной эволюцией.
Вся человеческая деятельность — от организма до исто рии — пронизана самыми разнообразными ритмами. Так, специальный анализ выявил строгие закономерности в рит мических процессах центральной нервной системы живот ных и человека. Эти закономерности отражают чувствитель-
Раздел VI. Человек
411
ность нервных процессов к скорости и ускорениям внешних ритмических воздействий. На основе этого выдвигается предположение о возможности возникновения более высо ких, а именно психологических форм отражения на основе филогенетически древних собственных ритмических образо ваний мозга.
У каждого живого существа и у каждой социальной си стемы есть свой внутренний ритм. Но все они настраивают ся на те колебания, которые оказывают на них влияние, и вынуждены приспосабливаться к ним тем больше, чем ко лебания сильнее. Могут быть и конкурирующие ритмы, но побеждают более мощные. И среди них вне конкуренции стоит Солнце как колебательный источник энергии, влия ющий на все живое на Земле. Если оно оказывает влияние и на общественные явления, то их изучение становится крайне важным для настройки на солнечные и другие кос мические колебания, особенно если те носят периодичес кий характер. Космическое влияние следует рассматривать в синтезе с внутренней цикличностью биологической и со циальной жизни.
В то же время Солнце как внешний и мощный источ ник энергии настраивает все земные процессы, в том числе и в обществе. Циклы Солнца — это часы, регистрирующие смену его активности. И если бы удалось установить, что смена солнечной активности связана со сменой социальных форм общественной жизни, то можно было бы говорить о настройке социальных циклов на солнечные или хотя бы о влиянии солнечной цикличности на социальные перемены. И если бы связь удалось установить, то человечество полу чило бы в свои руки мощный ускоритель полезных эффек тов и гаситель негативных. Например, было бы известно когда лучше начинать крупные реформы в обществе — в год негативного или пассивного Солнца. Проведение перемен и их прогнозирование осветилось бы разумом более высоко го порядка. Конечно, необходимо исследовать и использо вать весь комплекс космических ритмов ддя настраивания
412 Концепции современного естествознания
социальных процессов. Поэтому конечная цель изучения всех ритмических процессов — это сознательное управление ими в пределах человеческих возможностей.
Основателем гелиобиологии является известный русский ученый А. Л. Чижевский. Его основная научная линия — исследование влияния солнечной активности на все живое.
Главная идея А. Л. Чижевского — это связь историчес ких событий с солнечной активностью. Вот одна из его цен тральных мыслей, высказанная в книге "Физические фак торы исторического процесса": "Более или менее длитель ные исторические события, продолжающиеся в течение не скольких лет и получающие решительное проявление в эпо ху максимума солнцедеятельности, а также сопутствующая этим событиям эволюция идеологий, массовых настроений и пр., протекают по всеобщему историческому циклу, пре терпевая следующие ясно обнаруживаемые этапы:
I период минимальной возбудимости; •'• • *
II период нарастания возбудимости; ?<
III период максимальной возбудимости;
IV период падения возбудимости.
Эти четыре этапа (назовем их периодами) стремятся быть вполне одновременными с соответствующими им эпохами солнцедеятельности: минимумом пятен, нарастанием мак симума, максимумом и убыванием максимума с переходом в минимум".
Такова, если говорить предельно кратко, идея функ циональной связи общественной возбудимости (войн, ре волюций, массовых движений) с солнечной активностью. Связь эта, если она есть, может быть только статистичес кой, т. е. не соблюдаться во всех случаях. И это понятно, потому что на любое социальное явление влияет множество факторов. Из них мы обычно отдаем прргоритет экономи ческим и политическим противоречиям — социальным дви гателям исторического прогресса. Тем не менее, если эта связь хотя бы в небольшом числе случаев имеет место, она должна исследоваться и учитываться.
Раздел VI. Человек
413
Необходимость этого важна еще и потому, что она, воз можно, ведет к доказательству великой гипотезы об уни версальности явления цикличности всех земных и косми ческих процессов. "И кто знает, — пишет А. Л. Чижевский, — быть может, мы, "дети Солнца", представляем собой лишь слабый отзвук тех вибраций стихийных сил космоса, которые проходят окрест Земли, слегка коснулись ее, на строив в унисон дотоле дремавшие в ней возможности..." Там же он пишет: "Среди великого разнообразия массовых явлений в разные времена перед нами все ясней и ясней обнаруживается стихийный ритм в их жизни, одновремен ность в биении их пульса, одновременные смены мощных подъемов и глубоких падений. И представим себе, что мы изучили этот ритм, овладели им так, что можем управлять, можем прогнозировать подъемы и спады. Представим и поймем, как возрос бы эффект наших действий и скольких потерь можно было бы избежать, что дает такая методика для выявления новых закономерностей в мировой истории".
Изучив историю 80 стран и народов за 2500 лет, А. Л. Чижевский показал, что с приближением к годам максимума солнцедеятельности количество исторических со бытий с участием масс увеличивается и достигает своей наи большей величины в эти годы. Наоборот, в минимумы ак тивности солнца наблюдается минимум массовых движений.
Всегда считалось, что из прошлого можно извлекать уро ки для будущего, ибо в основе эволюции общества лежит вполне определенная ритмичность (ее анализ дан в извест ной 12-томной работе А. Тойнби "Исследования по исто рии"). Эта ритмичность оказывала помощь в предвидении тенденций развития общественной системы или ее подсис тем. Например, исследование исторических колебаний в развитии экономики привело к открытию в ней законов циклов, которые используются в процессе планирования будущего. Однако мы живем в эпоху, не имеющую истори ческого прецедента, в эпоху невиданных раньше измене ний и открытий. Поэтому весьма опасно экстраполировать
414 Концепции современного естествознания
тенденции прошлого на будущее, ибо механизмы саморегу ляции общественной системы оказались неэффективными.
5.3. Цикличность эволюции. Человек п tcaic космическое существо -м
Прежняя механистическая наука рисовала мрачную кар тину Вселенной, где атаствует все могущая тенденция к воз растанию случайности и энтропии, где все движется к не избежной тепловой смерти и распаду (диктат второго зако на термодинамики). Ее опровержению послужили исследо вания нобелевского лауреата Ильи Пригожина (1984 г.) по так называемым диссопативным структурам в определенных химических процессах и открытый им новый принцип, лежащий в их основе — порядок через флуктуацию. Даль нейшие исследования показали, что этому принципу под чинены не только химические процессы: он представляет собой базисный механизм развертывания эволюционных процессов во всех областях — от атомов до галактик, от от дельных клеток до человеческих существ и вплоть до обществ и культур.
На основании этих наблюдений появилась возможность сформулировать единую точку зрения на эволюцию, объе диняющим принципом которой является не стабильное со стояние, а динамические состояния неуравновешенных си стем. Открытые системы на всех уровнях являются носите лями всеобщей эволюции, которая гарантирует, что жизнь будет продолжать свое движение во все более новые дина мические режимы сложности. Всякий раз, когда какие-либо системы в любой области начинают задыхаться от энтро пийных отходов, они мутируют в направлении новых режи мов. Одна и та же энергия и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях, будь то материя, информация или ментальные психические процессы. Микрокосм и мак рокосм являются аспектами единой эволюции. Эволюция
Раздел VI. Человек
415
человека является значимой составной частью вселенской эволюции.
По теории британского биолога Р. Шелдрейка, изло женной в его книге "Новая наука жизни" (1981 г.), форма, развитие и поведение организмов определяются "морфоге-нетическими полями", которые в настоящее время еще не могут быть измерены физикой, но эти поля создаются фор мой связи через пространство и время и обладают кумуля тивными свойствами. Если у достаточного числа предста вителей вида развились какие-то организменные свойства или особые формы поведения, это автоматически переда ется другим особям, даже если между ними нет обычных форм контакта. Какой бы неправдоподобной и абсурдной не казалась эта теория механически ориентированному уму, она проверяема, и уже сейчас, на своем раннем этапе, она подтверждается экспериментами на крысах и обезьянах. Шелдрейк вполне осознает, что его теория имеет далеко
•идущие приложения в психологии, и сам говорил о ее свя зи с юнговской концепцией коллективного бессознательно го. К. Юнг еще в 30—40-е годы XX века пришел к выво ду, что в психике человека помимо сознания и индивиду-
•ального бессознательного компонента, между которыми про исходит непрерывный обмен энергией, существует еще кол лективное, расовое бессознательное, общее для всего чело вечества и являющееся проявлением созидательной косми ческой силы.
Коллективное бессознательное в отличие от индивиду ального (личностного бессознательного) идентично у всех людей и потому образует всеобщее основание душевной жиз ни каждого человека, наиболее глубинный уровень психи ки. "Коллективное бессознательное — предпосылка каждой индивидуальной психики, подобно тому, как море есть пред посылка каждой отдельной волны". Между отдельным чело веком и другими людьми все время протекают процессы "пси-
•хического проникновения". Юнг считал коллективное бес сознательное творческим принципом, связывающим человека со всем человечеством, с природой, с космосом и Вселенной.
416 Концепции современного естествознания
Коллективное бессознательное как духовное наследие все го, что было пережито человечеством, как общая душа, не имеющая временных пределов, представляет собой совокуп ность архетипов. Архетипы — "психические первообразы, скрытые в глубине фундаменты, корни сознательной души, опущенные в мир в целом", — это системы установок, яв ляющихся одновременно и образами, и эмоциями, они пе редаются по наследству вместе со структурой мозга, "это та хтоиическая часть души, через которую душа связана с при родой, миром, космосом".
Архетипы, с одной стороны, обусловливают предраспо ложенность к поведению определенного типа, основные кол лективные идеи, образы человечества в ту или иную эпоху, а с другой стороны, влияют на физический мир, космос, являются неким связующим звеном между материей и психи кой.
Таким образом, Юнг положил начало трансперсональ ной психологии, которая рассматривает человека как кос мическое и духовное существо, неразрывно связанное со всем человечеством и Вселенной, обладающее возможностью дос тупа к общемировому информационному полю.
Идеи трансперсоиальной психологии получили дальней шее развитие в исследованиях Ассаджиоли, С. Гроффа, Ч. Тойча, К. Уилбера.
Концепция и практический опыт психотерапевтической работы доктора К. Ч. Тойча подтверждают, что жизнь и проблемы людей во многом предопределяются обстоятель ствами судьбы их предков (родителей, бабушек, дедушек, прабабушек, прадедушек и т. п.), "генетическим кодом". Молекулы ДНК. несут не только генетический код наследуе мых биологических и физиологических особенностей орга низма, предрасположенностей к определенным болезням, но также и генетический код, определяющий паттерны по ведения, предрасположенность к определенным проблемам, событиям, жизненным трудностям. Выявив и осознав не благоприятный "семейный генетический код", человек мо жет избежать участи "жертвы кода", силой своей мысли и
Раздел VI. Человек
417
целенаправленной системой продуманных практических дей ствий "перестроить свой генетический код" (хотя это слож но), эволюционировать, совершенствовать себя, свою жизнь, судьбу.
Рассматривая мысль человека как мощную силу, как энергетическую вожгу, а разум — как электромагнетический бесконечный континуум, окружающий весь наш мир, вклю чая всех людей, животных и все объекты неживой приро ды, следует признать, что в этом поле движущихся волн каждое существо имеет свою частоту, и волны, излучаемые мозгом, направляются каждым человеком подходящему принимающему сознанию, с тем чтобы возбудить соответ ствующий отклик. Причем излучения мозга не имеют огра ничений во времени и пространстве. Таким образом проис ходит психическое взаимодействие (взаимовлияние, обмен информацией и проблемами) между людьми на неосозна ваемом уровне. Каждый человек отражает подсознание дру гого человека, возможна передача информации и состоя ний из бессознательной сферы одного человека в бессозна тельную сферу психики другого (особенно если они нахо дятся в близких отношениях: супруги, родители и дети, друг, близкий коллега) и даже животных (животные отра жают психическое состояние своих владельцев).
Ч. Тойч показал, что человек свои проблемы, свой стресс может проявлять тремя способами:
— внутричеловеческий, когда человек проявляет, выра жает свой собственный стресс через недомогание, болезни, переедание, злость, алкоголизм, смерть или другие формы, являющиеся генетически предсказуемыми;
— межчеловеческий, когда проблема, стресс вытесня ется у человека-репрессора на бессознательный уровень и нео сознанно проецируется, передается другому человеку (эксп-рессору) на бессознательном уровне. Таким образом, экс-прессор (это может быть супруг, ребенок, друг) будет ощу щать подсознательно этот стресс и выражать его внешне в раз ных формах (злость, болезни, пьянство, наркомания), т. е. быть невольной "жертвой" "заразного чужого стресса". При
14. Зал. 251
418 Концепции современного естествознания
этом репрессор — первоисточник стресса — кажется спо койным, здоровым, благополучным;
— генетический, когда передаются потомкам посред ством генетического кода те проблемы, которые не преодо лены человеком; и дети, внуки, правнуки являются неволь ными "жертвами" проблем и "грехов" своих предков. Чем серьезнее недостаток или проблема, тем быстрее он перехо дит к потомкам, причем неустраненный стресс предка бу дет развиваться по своей интенсивности, т. е. он переда ется из поколения в поколение и усиливается современны ми ситуациями. Этот бессознательный процесс передачи будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет случай ная модификация, или до тех пор, когда один или несколь ко потомков решат эту проблему и сделают внутреннюю со знательную попытку все понять и преодолеть навязчивый паттерн проблем и поведения. Таким образом, смысл жиз ни многих людей — преодолеть проблему предков, очистить ДНК и не создавать новых тягостных проблем, за которые будут расплачиваться потомки. Соединение генетических, бессознательных и сознательных факторов образует основ ное внутреннее направление (ОВН), в соответствии с кото рым человек движется по жизни зачастую независимо от сво их сознательных реакций. Излучение ОВН притягивает вза имодополняющих людей. Так "жертва" не может быть без "преследователя", образ которого могут принимать люди, болезни, несчастный случай или смерть. Только когда мы изменим наше сознание, мы можем преобразовать нежела тельный паттерн поведения, нежелательный семейный код проблем "для блага нас и наших потомков". Описанная выше концепция К. Ч. Тойча психогснетики и виктимоло-гии раскрывает один из аспектов тесной взаимосвязи чело века с предками и потомками, "психической неосознавае мой связи" людей друг с другом.
Трансперсональная психология подчеркивает, что че ловек взаимосвязан не только с предками, потомками, дру гими людьми и всем человечеством, но и се всем миром
Раздел VI. Человек
419
биосферой, космосом, Вселенной. Эти положения созвуч ны идеям Вернадского о биосфере и ноосфере.
Как уже говорилось, В. И. Вернадский считал, что Земля и остальной космос являются единой системой, в которой живое вещество связывает в единое целое те про цессы, которые протекают на Земле, с процессами в Кос мосе. Вернадский поднимается на гениальную высоту в осо знании геологической роли человеческого разума, привед шего к преобразованию биосферы в сферу вселенского ра зума — ноосферу.
Конкретным проявлением ноосферы в нашем повсе дневном мире являются многочисленные парапсихологичес-кие явления, связанные с так называемым информацион ным полем. Термин этот появился недавно и заменил ста рое понятие Всемирного разума. Во все времена услугами этого разума пользовались люди с самым развитым интел лектуальным мышлением
Информационное поле содержит информацию обо всем во Вселенной и способно зарождать жизнь и направлять ее развитие. Это поле пронизывает всю Вселенную от края до края и содержит в себе информацию о прошлом, настоя щем и будущем. Ведь не располагая такой информацией, нельзя оказывать направленное воздействие на развитие в будущем. Более того, можно предположить, что это не толь ко информационное поле и огромный банк информации обо всем во все времена, но и абсолютный Разум. Ведь непре рывно должна идти переработка огромного количества ин формации и выработки оптимальных решений.
Ученые предполагают, что информация о каждом пред мете, об объектах живых и неживых имеется во всех точках Вселенной одновременно. Она не передается с одного пунк та в другой каким-либо способом, с какой-либо ограничен ной скоростью, она просто существует везде и всегда. И задача только в получении, считывании этой информации. Это и есть информационное поле Вселенной. Академик М. А. Марков, выступая на президиуме академии в апреле 1982 года, так охарактеризовал информационное поле:
4*
420 Концепции современного естествознания
"...Информационное поле Земли слоисто и структурно на поминает "матрешку", причем каждый слой связан иерар хически с более высокими слоями, вплоть до Абсолюта, и является, кроме банка информации, еще и регулятором на чала в судьбах людей и человечества". В. Н. Пушкин пишет: "Необходимо еще раз вспомнить о единстве информацион ных процессов в жизни и психике". Голографическая при рода Вселенной, в том числе и биополя человека и его моз га, означает, что информация обо всем содержится одно временно везде и в полном объеме. Вывод из этого звучит достаточно необычно: в каждом из нас содержится инфор мация абсолютно обо всем, что происходит и происходило во Вселенной. В полном объеме. Это звучит необычно, потому что эту информацию мы хотя и содержим, но ею не располагаем, не осознаем ее, но можем ее использовать. Значит, голографическое строение Вселенной (в том числе и нас самих) неизбежно приводит к тому, что информаци онное поле Вселенной находится в каждом из нас. Если го ворить на языке ранее применяемых терминов, то Бог нахо дится в каждом из нас.
Современные психологи, представители трансперсо нальной психологии в ходе многолетних практических экс периментов создали модель человеческой души, в которой признается значимость духовного и космических измерений и возможностей для эволюции человека. Огромную извест ность из многих представителей трансперсональной психо логии получил Станислав Грофф своими исследованиями по изучению измененных состояний сознания. Сначала с помощью психоделических препаратов (главным образом ЛСД), потом с помощью психотерапии, с использованием специального дыхания и музыки (ребефинг, голотропное погружение) он вводит своих пациентов в особое состоя ние. Начинаются удивительные переживания, которые не возможно объяснить в рамках старой материалистической системы взглядов. Человек переживает заново не только свое собственное рождение, но и все стадии внутриутробного раз вития. По мнению С. Гроффа, трансперсональиые явления
Раздел VI. Человек
421
обнаруживают связь человека с космосом — взаимоотноше ние, в настоящее время непостижимое. Глубокое исследо вание индивидуального бессознательного становится эмпи рическим путешествием по всей Вселенной, в ходе которо го сознание человека выступает за обычные пределы и пре одолевает ограничения времени и пространства. Транспер сональные переживания интерпретируются испытавшими их как возвращение в исторические времена и исследование сво его биологического и духовного прошлого, когда человек проживает воспоминания из жизни предков, из своих воп лощений. Трансперсональныс явления включают не только преодоление временных барьеров. К ним относится опыт слияния с другим человеком в состоянии двуединства (то есть чувство слияния с другим организмом в одно состоя ние без потери собственной самоидентичности) или опыт полного отождествления с ним; подстройка к сознанию це лой группы лиц или расширение сознания до такой степе ни, что кажется, будто им охвачено все человечество. Сход ным образом индивид может выйти за границы чисто чело веческого опыта и подключиться к тому, что выглядит как сознание животных, растений или даже неодушевленных объектов и процессов. Важной категорией трансперсональ ного опыта с трансценденцией времени и пространства бу дут разнообразные явления экстрасенсорного восприятия — например, опыт существования вне тела, телепатия, пред сказание будущего, ясновидение, перемещение во времени и пространстве, опыт встреч с душами умерших или со сверх человеческими духовными сущностями (архетипические формы, божества, демоны и т. п.). В трансперсональных переживаниях люди часто получают доступ к детальной эзо терической информации о соответствующих аспектах мате риального мира, которая далеко превосходит их общую обра зовательную подготовку и специфические знания в данной области. Так, сообщения людей, испытавших трансперсо нальные переживания и переживших эпизоды эмбриональ ного существования, момент оплодотворения и фрагменты сознания клетки, ткани и органа, содержали медицински
422 Концепции современного естествознания
точные сведения об анатомических и физиологических ас пектах происходивших процессов. Подобным образом на следственный опыт, элементы коллективного и расового бессознательного (в юнговском смысле) и воспоминания прошлых воплощений часто содержат примечательные де тали исторических событий, костюмов, архитектуры, ору жия, искусства или религиозной практики древних культур (о чем человек знать никак не мог). Трансперсональный опыт иногда включает события из микрокосма и макрокосма, из областей, недостижимых непосредственно человеческими органами чувств, или из периодов, исторически предше ствовавших появлению Солнечной системы, Земли, жи вых организмов. Эти переживания ясно указывают, что ка ким-то, необъяснимым пока, образом каждый из нас име ет информацию обо всей Вселенной, обо всем существую щем, каждый имеет потенциальный эмпирический доступ ко всем ее частям и в некотором смысле является одновремен но всей космической сетью и бесконечно малой ее частью, отдельной и незначительной биологической сущностью.
При трансперсональных переживаниях люди часто ис пытывают яркие и сложные эпизоды из других культур и других исторических периодов, проживают эпизоды из своих предыдущих жизней. Люди, переживающие трансперсо нальные проявления сознания, начинают догадываться, что сознание не является продуктом центральной нервной сис темы и что оно как таковое присуще не только людям, а является первостепенной характеристикой существования, которую невозможно свести к чему-то еще или откуда-то еще извлечь. Человеческая психика, по существу, соразмерна всей Вселенной и всему существующему.
Хотя это кажется и абсурдным и невозможным с точки зрения классической логики, но человеку свойственна странная двойственность: в некоторых случаях людей можно с успехом описать как отдельные материальные объекты, как биологические машины, т. е. приравнять человека к его телу и функциям организма. Но в других случаях человек может функционировать как безграничное поле сознания, которое
Раздел VI. Человек
423
преодолевает ограничения пространства, времени и линей ной причинности. Для того чтобы описать человека всесто ронним способом, мы должны признать парадоксальный факт, что человек одновременно и материальный объект, и обширное поле сознания. Люди могут осознавать себя са мих с помощью двух различных модусов опыта. Первый из этих модусов можно назвать хилотропнческим сознанием: он подразумевает знание о себе как о вещественном физичес ком существе с четкими границами и ограниченным сен сорным диапазоном, которое живет в трехмерном простран стве и линейном времени в мире материальных объектов. Переживания этого модуса систематически поддерживают следующие базовые предположения: материя вещественна; два объекта не могут одновременно занимать одно и то же пространство; прошлые события безвозвратно утеряны; бу дущие события эмпирически недоступны; невозможно од новременно находиться в двух и более местах. Другой эм пирический модус можно назвать холотропическим созна нием: он подразумевает поле сознания без определенных гра ниц, которое имеет неограниченный опытный доступ к раз личным аспектам реальности без посредства органов чувств. Переживания в холотропическом модусе систематически поддерживаются противоположными (чем у хилотропичес-кого модуса) предположениями: вещественность и непре рывность материи является иллюзией; время и пространство в высшей степени произвольно: одно и то же пространство одновременно может быть занято многими объектами; про шлое и будущее можно эмпирически перенести в настоя щий момент; можно иметь опыт пребывания в нескольких местах сразу. Жизненный опыт, ограниченный хилотропи-ческим модусом, в конечном счете, лишен завершенности и чреват потерей смысла, хотя может обходиться без боль ших эмоциональных невзгод. А выборочный и исключи тельный фокус на холотропическом модусе несовместим (в то время пока такое переживание длится) с адекватным функционированием в материальном мире. До сих пор традиционная психиатрия рассматривает всякое чистое
424 Концепции современного естествознания
переживание холотропического модуса как проявление па тологии. Но этот подход устарел и неверен, ибо в природе человека отражена фундаментальная двойственность и ди намическое напряжение между опытом отдельного существо вания в качестве материального объекта и опытом безгра ничного существования как недифференцированного поля сознания, т. е. и хилотропический, и холотропический мо дусы естественны для человека, а психопатологические про блемы возникают в столкновении и негармоничном смеше нии двух модусов, когда ни один из них не переживается в чистом виде, не интегрируется с другим в переживании высшего порядка.
Результаты новейшей релятивистской космологии дают человеческому духу пока только теоретическую возможность выхода за пределы земного существования, а, стало быть, придают его конечной земной жизни качественно новый смысл. И хотя тело человека смертно, его дух (информаци онный сгусток) вечен. И даже в случае гибели нашей Все ленной информационный сгусток человека будет и дальше существовать в некой форме, когда же Вселенная появится вновь, этот информационный сгусток сможет воплотиться в новой форме и продолжить свое дальнейшее существова ние, т. е. его бессмертие связано с бессмертием Вселен ной.
Наибольшей подходящей моделью для объяснения пси хофизических феноменов — получение информации из не доступного прошлого и пророчество будущего — считается голографическая модель, одним из вариантов которой яв ляется модель "преобразования", сформулированная и раз работанная западным нейропсихологом К. Прибрамом и аме риканским физиком Д. Бомом. В этом варианте подчер кивается, что информация во Вселенной организована не посредством параметров пространства и времени, а как ча стотно-амплитудная структура. С этой структурой челове ческое сознание производит "преобразования Фурье", что бы упорядочить информацию и представить ее в привычной форме. Особенность такого рода модели состоит в том, что
Раздел VI. Человек
425
сознание способно при помощи "преобразования Фурье" про никать в любую часть пространства и времени и извлекать соответствующую информацию с последующей ее интерпре тацией.
В соответствии с моделью "преобразований" биологи ческие системы, живое вещество планеты и окружающее про странство могут быть представлены как единая физически организованная система, чем-то подобная единой гигант ской околоземной "голограмме". В этой голографической системе биологические организации, включая человека, его психические функции, не являются изолированными, так. или иначе они включаются в предполагаемую единую про странственно-временную физическую организацию "памя• ти". В этом информационном пространстве возможны но вые пути коммуникаций в живом веществе, между его от-дельностями. Особое место здесь принадлежит человеку с его нервно-психической и социальной деятельностью, с его памятью, связанной с памятью биосферы как целого.
Большой интерес представляет концепция коммуника ции человека с другими индивидами и явлениями окружаю щего его мира при помощи биосферы. Человек как биосис тема имеет память, которая связана электромагнитным ка налом с биосферой, обладающей тоже памятью. Ведь био сфера имеет дифференцированное строение — ее различ ные элементы выполняют различные функции чувствитель ных биосферных рецептов, которые обладают опережающим отражением будущих возмущений экологического порядка, При помощи своих "сенсоров" биосфера постоянно "про слушивает", "просматривает" земные глубины и космос, чтобы уловить малейшие сигналы возможных нарушений ее стабильности. Биосфера как единый природный организм обладает своего рода "сенсорно-мозговой" деятельностью и соответствующей "памятью" или "биосферно-экологическим языком". Биосфера имеет память, ее многообразные ком поненты (отдельности, говоря языком В. И. Вернадско го) — различные виды растений, животных, вид человека — накапливают информацию и в совокупности фиксируют
426 Концепции современного естествознания
мозаичную картину окружающего мира. Живые системы об ладают биосенсорами, необычно чувствительными элект ромагнетическими аппаратами, которые позволяют поддер живать контакт с биосферой. Биосенсоры представляют со бой естественные процессоры переработки информации: они воспринимают еле уловимые стимулы и преобразуют их в электромагнитные импульсы или оптические сигналы. Наи более важной чертой всех биосенсоров является их необык новенно высокая чувствительность, они обнаруживают одну частицу из миллиона или даже миллиарда других частиц, что позволяет им получать информацию из окружающей сре ды. Электромагнитные волны и химические вещества пе реносят эту информацию о мире в закодированном виде в рамках самой биосферы. Закодированные образы окружаю щего мира циркулируют в пространстве между землей и мо носферой и могут воспроизводиться в измененных состоя ниях сознания человека — транспсрсональкые переживания, гипнотический транс, экстаз, сновидения, галлюцинации; они также дают возможность человеку в определенных усло виях "считывать" эту информацию, что и объясняет психо физиологические феномены ясновидения, реинкарнацион-ные воспоминания и т. д.
Трансперсональные переживания часто имеют глубокую смысловую связь с паттернами событий во внешнем мире, которую не объяснить в терминах линейной причинности. К. Юнг в связи с этим предположил существование акау-зального связующего принципа синхронности, которое обо значает осмысленные совпадения событий, разделенных во времени и пространстве, когда "определенное психическое состояние имеет место одновременно с одним или несколь кими внешними событиями, которые возникают как зна чимые параллели текущему субъективному состоянию". Со временные исследования сознания показывают, что чело веческая психика по своему существу соразмерна всей Все ленной и всему существующему. Вселенная выступает еди ной и неделимой сетью событий и взаимосвязей, ее части представляют разные аспекты и паттерны одного интег-
Раздел VI. Человек
427
рального процесса невообразимой сложности. Выдающий ся физик Д. Бом описывает природу реальности вообще и сознания в частности как неразрывное и когерентное це лое, вовлеченное в бесконечный процесс изменения — хо-лодвнжение. И жизнь, и неодушевленная материя имеют общее основание в холодвижении, которое является их пер вичным и универсальным источником. Материю и сознание нельзя объяснить друг через друга или свести друг к другу, они представляют неразрывное единство. Не исключено, что при определенных обстоятельствах индивид может вос становить свою тождественность с космической сетью и со знательно пережить любой аспект се существования.
Для телепатии, психодиагиостики, видения на рассто янии или астральной проекции вопрос уже не в том, воз можны ли такие явления, а в том, как описать барьер, не позволяющий им происходить в любое время. Возможность существования сознания вне мозга человека уже серьезно рассматривается в контексте современной физики. Некото рые физики считают, что следует включить сознание в бу дущую теорию материи и размышление о физической Все ленной как наиважнейший фактор и связующий принцип космической сети. Подчеркнем еще раз: чтобы описать че ловека всесторонним образом, мы должны признать, что человек есть единство материального тела (биомашины) и бесконечного поля сознания, т. е. речь идет о корпуску-лярно-волновой природе человека.
О необходимости создания планетарной этики говорят К. О. Апель, С. Стоянов, Б. Матилал и другие мыслители Востока и Запада. Суть ее состоит в следующем. Прежде всего в некотором смысле мы уже живем в планетарной ци вилизации, так как наиболее важные аспекты культуры (на ука, техника и экономика) достаточно унифицированы, и все локальные культуры стали членами одной команды од ного корабля. Чтобы этот корабль не погиб в результате клуб ка глобальных проблем, нужно всем осознать "коллектив ную ответственность", значимость создания "универсаль ной", "планетарной" этики. Последняя должна, с одной
428 Концепции современного естествознания
стороны, признавать и защищать многоликость образов жизни (культурный плюрализм), с другой — отстаивать ин тересы человечества в целом.
Закончить изложение концепций современного есте ствознания нам бы хотелось словами известного философа-гуманиста Ю. Г. Волкова. "В современных условиях физи ческие, химические, биологические, социальные науки изучают отдельные стороны, процессы Вселенной, созда вая частичное знание о мире. Синтетические, стыковые науки: физическая химия, геохимия, биофизика, биогео химия (В. И. Вернадский) — изучают целостно лишь от дельные процессы Вселенной. Космология рассматривает только физический и физико-химический аспект мирозда ния. В действительности Вселенная не расчленена на от дельные природные и социальные процессы, во Вселенной они выступают в органическом единстве, как единое це лое. Эволюция Вселенной в прошлом и настоящем имеет направленность на самопознание, потому что человек и его общество являются неотъемлемой рефлективной частью ми роздания. Чтобы рассмотреть Вселенную как единое орга ническое целое, необходима особая целостная форма идео логии, которая будет представлять собой синтез философ ского, научного, художественного, морального, правово го, политического, экономического, экологического зна ния, дающая целостное знание о мире, о месте и роли че ловека в нем. Целостное знание о мире будет являться ос новой формирования действительно целостной личности как главной цели гуманистического общества, основанного на i юдлинно человеческих ценностях"'.
Вопросы для самоконтроля
1. Покажите различные подходы к пониманию терми на "биоэтика".
1 Волков Ю. Г. Гуманистическое будущее России. М.: Высшая школа, 1995. С. 102.
Раздел VI. Человек
429
2. Что такое ранговая иерархия у животных? В чем суть конкуренции между стратами Альфа и Бета в сообществе животных?
3. Какие особенности присущи самоактуализирующей ся личности?
4. В чем состоит интегративно-защитная и компенса торная роль эмоций?
5. Раскройте содержание когнитивно-физиологической концепции эмоций (по С. Шехтеру).
6. Назовите способы активации творческих мыслитель ных способностей?
7. В чем состоит основное противоречие и единство феноменов здоровья и болезни?
8. Перечислите психологические состояния человека, способствующие возникновению различных переживаний.
9. Можно ли говорить о количестве здоровья и чем оно измеряется?
10. Назовите различные фазы работоспособности.
11. В чем суть проблемы возникновения жизни с кос мологической точки зрения?
12. Что такое биосфера согласно концепции В. И. Вер надского?
13. Что включает в себя ноосфера?
14. Поясните, что имеется в виду под хиральностью живой материи?
15. В чем состоит противоречие между хилотропичес ким и холотропическим модусами сознания?
Оглавление
Введение.............................................................................. 3
Раздел I. Научный метод ..........................................8
Понятия метода и методологии. Классификация
методов научного познания ........................................ 8
1. Общенаучные методы эмпирического познания.... 11
.< 1.1. Наблюдение.............................................................. 11
г 1.2. Эксперимент............................................................. 17
•* 1.3. Измерение ................................................................ 23
2. Общенаучные методы теоретического познания... 28
• 2.1. Абстрагирование. Восхождение от абстрактного
'; к конкретному............................................................. 28
2.2. Идеализация. Мысленный эксперимент ................. 32
2.3. Формализация. Язык науки ..................................... 41
2.4. Индукцияидедукция............................................... 45
3 Общенаучные методы, применяемые
на эмпирическом и теоретическом уровнях познания ........................................................................ 48
3.1. Анализмсинтез........................................................ 48
3.2. Аналогия и моделирование ..................................... 50
раздел il История естествознания .......................57
1 Натурфилософия и ее место в истории
естествознания ............................................................ 57
.1. Возникновение античной науки. Космоцентризм древнегреческой натурфилософии............................
.58
^ 1.2. Первый (ионийский) этап развития древнегреческой
натурфилософии. Учение о первоначалах мира. :., Писрагореизм .............................................................. 60
L1 1.3. Второй (афинский) этап развития древнегреческой f матурфил ософии. Возникновение атомистики. Учение Аристотеля ................................................................. 64
1.4. Третий (эллинистский)зтап в древнегреческой
натурфилософии. Развитие математики и механик»*. ... 70
1.5. Древнеримский период античной натурфилософии... 73 5£ 1.6. Естествознание гпохи Средневековья ................... 75
?; 1.7. Научные революции в истории общества .............. 77
1.8. Первая научная революция. Гелиоцентрическая система мира. Учение о множественности миров.... 79
1.9. Вторая научная революция. Создание классической
механики и экспериментального естествознания. ?1> Механистическая картина мира ................................ 82
;•;.-. 1.10. Естествознание Нового времени и проблема
философского метода................................................ 81
<>л 1.11. Третья научная революция. Диалектизация
«,-, естествознания........................................................... 94
.-..- 1.12. Исследования в области электромагнитного
с~ поля и начало крушения механистической
"*j картины мира............................................................ 104
^ 1.13. Четвертая научная революция. Проникновение
*' вглубь материи. Теория относительности и
*:'с квантовая механика. Окончательное крушение
механистической картины мира .............................. 107
Раздел ЕП. Элементы современной
физики ................................................................. 117
1. Относительность .......................................................... 117
1.1. Пространство и время ............................................117
*^ 1.2. Принципы относительности.................................... 120
^ 1.3. Принципы симметрии ............................................. 125
*' 1.4. Законы сохранения ................................................ 130
1.5. Необратимость времени ....................................... 130
2. Структура материи и системы .................................. 131
\. 2.1. Взаимодействия..................................................... 131
2.2. Близкодействие, дальнодействие......................... 132
2.3. Состояния............................................................... 133
2.4. Принципы суперпозиции, неопределенности,
дополнительности .................................................... 135
2.5. Динамические (детерминированные — ; предопределенные) и статистические
закономерности в природе ...................................... 136
2.6. Самоорганизация в живой и неживой природе .... 133
3. Закон сохранения энергии в макроскопических процессах.................................................................... 140
3.1. "Живая сила" .......................................................... 142
3.2. Работа в механике. Закон сохранения
и превращения энергии в механике ....................... 145
3.3. Тепловая энергия ................................................... 150
•' 3.4. Взаимопревращения различных видов энергии
друг в друга ............................................................. 162
4. Принцип возрастания энтропии ............................... 165
4.1. Идеальный цикл Карно .......................................... 166
4.2. Понятие энтропии. II начало термодинамики ........ 172
4.3. Энтропия и вероятность......................................... 175
4.4. Порядоки хаос. Стрела времени.......................... 179
4.5. Демон Максвелла .................................................. 181
4.6. Проблема тепловой смерти Вселенной.
Флуктуационная гипотеза Больцмана..................... 182
4.7. Синергетика. Рождение порядка из хаоса.
Синергетическое видение эволюции Вселенной.... 186
Раздел IV. Основные понятия
и представления химии.................................... 192
1. Химия в системе "общество — природа" ............... 192
2. Важнейшие понятия и законы химии...................... 194
3. Физические и химические преобразования ......... 196
4. Химическое разложение. Понятие об элементе... 196
5. Химический синтез. Понятие о соединении .......... 198
6. Основные законы химии ........................................... 1§8
7. Атомно-молекулярное учэние. Электронная
теория........................................................................... 200
8. Химическое соединение............................................ 202
9. Реакционная способность веществ......................... 202
10. Химическая технология. Химическая
промышленность........................................................ 204
Раздел V. Возникновение и эволюция жизни .. 207
1. Теории возникновения жизни .................................. 207
1.1. Креационизм .......................................................... 208
1.2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение ...... 210
1.3. Теория стационарного состояния .......................... 212
1.4. Теория панспермии ................................................ 214
1.5. Биохимическая эволюция ..................................... 214
2. Теория эволюции ........................................................ 224
2.1. Теория эволюции Ламарка .................................... 224
2.2. Дарвин, Уоллес и происхождение видов
в результате естественного отбора ......................... 226
2.3. Современное представление
об эволюции............................................................. 228
3. Подтверждение теории эволюции ........................... 229
3.1. Палеонтология........................................................ 229
3.2. Географическое распространение......................... 233
3.3. Классификация....................................................... 238
3.4. Селекция растений и животных............................. 239
3.5. Сравнительная анатомия....................................... 240
3.6. Адаптивная радиация ............................................ 240
, 3.7. Сравнительная эмбриология ................................. 241
3.8. Сравнительная биохимия ...................................... 244
3.9. Эволюция и генетика.............................................. 245
4. Единство и многообразие органического мира..... 247
5. Жизнь как биологический круговорот веществ .... 253
Раздел VI, Человек ................................................262
1. Физиология .................................................................. 262
1.1. Рассмотрим основные концепции современной физиологии ............................................................... 262
1.2. Кровь ...................................................................... 266
1.3. Система кровообращения ..................................... 270
1.4. Лимфатическая система ........................................ 271
1.5. Дыхательная система ............................................ 272
1.6. Пищеварительная система.................................... 273
1.7. Обмен веществ и энергии ..................................... 276
1.8. Физиология выделения.......................................... 279
1.9. Железы внутренней секреции................................ 280
1.10. Нервная система .................................................. 283
1.11. Вегетативная нервная система............................ 287
1.12. Высшая нервная деятельность ........................... 291
2. Бкозтика и поведение человека ............................. 297
3. Эмоции и творчество.................................................. 324
3.1. Виды эмоциональных процессов и состояний ..... 324
3.2. Теории змоций ........................................................ 330
3.3.Творчество.............................................................. 354
4. Здоровье и работоспособность ............................... 365
5. Человек и биосфера .................................................. 389
5.1. Концепция В. И. Вернадского о биосфере
и феномен человека................................................. 389
5.2. Космические циклы................................................ 407
5.3. Цикличность эволюции. Человек
как космическое существо...................................... 414
tf-C-Ы-
Книги из серии "УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ"
Э. А. Капитонов l>"":''"'-''. ' ' ;.-,
•: • ;•.;;.::.';:•.-;?'-л.>-КС
Социология XX века у *
Возрождение отечественной социологии как самосто ятельной науки в рамках мировой социологии откры ло возможность заново и во всей полноте осмыслить накопленный научно-исследовательский опыт. В сбор ник включены две работы. Прежде всего это очерки истории современной социологии, в которых, приме нительно к этапам ее развития, рассматриваются наи более крупные парадигмы и теории, тенденции в ме тодике и. технике социологического исследования. За дача методического пособия — представить техноло гию разработки программы социологического иссле дования.
Книга адресована преподавателям, исследователям в этой области и студентам. Представляет интерес дня широкого круга читателей.
Д. П. Зеркин
Основы политологии. Курс лекций
Курс лекций представляет собой одну из попыток ос вещения теории политологии в качестве учебной дис циплины. Проблематика курса и логическая последо вательность рассмотрения тем определены с учетом опубликования в печати части проектов программ.
Для студентов вузов.
S. И. Курбатов Логика
Учебное пособие популярно излагает основные вопро сы логики, показывает ее применение в аргументации и деловом общении. Пособие содержит обучающие мето дики тренингов, которые помогут каждому выработать навыки ведения спора и торгов, переговоров и полемики.
Учебное пособие рекомендуется учащимся гуманитар ных лицеев, гуманитарных отделений вузов и всем, кто считает умение вести деловое общение признаком профессиональной пригодности. ..,,-.
Основы правоведения Под ред. В.И. Власова
Учебное пособие для студентов ; ' ; •-! неюридических специальностей.
Пособие соответствует курсу "Правоведение", вклю ченному в перечень обязательных для вузов общих гу манитарных и социально-экономических дисциплин.
Б. И. Курбатов
Логика в вопросах и ответах
Учебное пособие построено по принципу закрепления и усвоения материала стандартного курса логики. Обу чающийся найдет здесь ответы на вопросы по основ ным разделам курса логики. Пособие снабжено логи ческим справочником, который поможет свободно ори ентироваться в терминах. Кроме этого, в пособии име ются практические задания и полный комплект логи ческих задач с методами их решения. Среди них задачи шуточные, занимательные и такие, которые способству ют более серьезному усвоению материала. В числе прак тических материалов — логические игры, логические шарады и логические фокусы. Предназначено для сту дентов колледжей,вузов и всех тех, кто хочет развить свое логическое мышление.
СМ. Самыгин, Л.Д. Столяренко Психология управления
Рекомендовано Академией гуманитарных наук РФ в качестве учебного пособия.
В учебном пособии изложены психологические осно вы менеджмента, способы и приемы эффективной де ятельности руководителя, содержатся психологический практикум и тесты.
Предназначено для студентов вузов, лицеев, изучаю щих психологию бизнеса и менеджмента.
ИЛ. ,
,Ш.г .
Педагогическая психология ,,
К
Рекомендовано Министерством общего и профессио нального образования РФ в качестве учебного пособия для студентов высших педагогических учебных заве дений.
Предлагаемый учебник, адресованный студентам педа гогических учебных заведений, направлен на то, чтобы студент смог, поставив перед собой профессионально значимый вопрос, найти ответ на него. -•••*"- <"••'••"• -•• у-
Психология и педагогика высшей школы
Под ред. проф,
M.S. Булановой - Топорковой
„, ,. "-'..," !''' *'''¥.
Учебное пособие для вузов.
Рекомендовано Академией гуманитарных наук РФ в
качестве учебного пособия.
В учебном пособии рассмотрены основные вопросы педагогики и психологии высшей школы в русле но вой образовательной парадигмы, ориентированной на личностный подход, инновационные технологии и эв ристические методы обучения. Предназначено для сту дентов вузов, аспирантов всех специальностей и пре подавателей, не имеющих педагогической подготовки.
В.А. Петровский
Личность в психологии. Парадигма субъективности |
В книге представлены новейшие разработки российс кой психологии в одной из наиболее актуальных обла стей — психологии личности. Книга предназначена для студентов вузов, психологов, педагогов. Рекомендова на Академией образования РФ в качестве дополнитель ного учебного пособия для студентов вузов.
Ю.А. Александровский :J ? Пограничные психические расстройства
Пограничные психические расстройства объединяют большую группу нарушений адаптации человека в ок ружающем мире, неврозов, патологических характеров и психосоматических заболеваний. На основе обобще ния многолетнего врачебного опыта и исследований, проведенных под руководством автора в федеральном научно - методическом Центре пограничной психиат рии, с современных позиций рассматриваются меха низмы развития, клинические проявления, вопросы профилактики и терапии пограничных состояний. Кни га является учебным пособием и справочным руковод ством для студентов медицинских институтов, слуша телей факультетов усовершенствования врачей, а так же для психиатров, невропатологов, медицинских пси хологов и других специалистов, изучающих вопросы
психиатрии, медицинской психологии и психосомати ческие заболевания.
Первое издание книги, выпущенной в Москве в 1993 году издательством «Медицина», переработано и зна чительно расширено.
Менеджмент персонала
Рекомендовано Академией гуманитарных наук РФ в ка честве учебного пособия
Учебное пособие содержит основы анализа и органи зации работы с персоналом, методы оптимизации тру довых ресурсов: проектирование рабочих мест, моти вации и оплаты труда, анализа рынка труда, отбора и оценки кадров, управление карьерой сотрудников. В книге проводится анализ зарубежной практики управ ления персоналом в Японии и США.
Учебное пособие предназначено для студентов вузов и колледжей, изучающих курсы: «Управление персона лом», «Социология и психология управления», «Эко номика и социология труда», а также для работников служб управления предприятиями, для руководителей и бизнесменов.
С. Д. Дерябо, В. А. Ясвин г i
Экологическая педагогика
и психология :
Предназначено для студентов вузов .и! ;и ' .а
и учителей. и >>..•;•{•>;••; :*•
I
В учебном пособии предпринята одна из первых по пыток создать целостный курс экологического образо вания. Рассматриваются психологические и педагоги ческие предпосылки эффективного экологического вос питания школьников.
А. В. Петровский, М. Г. Ярошевский
История и теория психологии. В 2 томах
В работе представлен нетрадиционный подход к исто рическому развитию психологического познания, поз воливший под новым углом зрения проследить эволю цию понятийных структур психологической науки, ее объясняющих принципов и проблем. Этот подход реализуется благодаря ориентации на ме тод категориального анализа, цель которого — выяс нить закономерный и системный характер преобразо ваний научных знаний о психике.
ВЖ Блейхер, И.В. Крук, С.Н. Боков Практическая патопсихология
В книге освещены основные подходы и конкретные задачи современной психиатрии. Представлены раз личные методики, наиболее часто употребляемые в практике.
Книга рассчитана на психиатров, психологов, невро патологов, философов и других специалистов, прояв ляющих интерес к психиатрии.
О
А. Г. Шмелев -. rr^mt- • .т- *• Ш;ШШ: Основы психодиагностики 1ТЩ'•'•"'м :if/njr
В настоящем пособии освещаются общие принципы, методы и конкретные проблемы психологической диа гностики. Книга адресована двум категориям студен тов — будущим учителям-предметникам и будущим школьным психологам.
Пособие подготовлено коллективом авторов — веду щих специалистов в области психодиагностики. Кни га ставит своей целью радикальное повышение уров ня грамотности всего педагогического коллектива об новленной российской школы в области использова ния современных методов тестирования и распозна ния индивидуальных психологических особенностей детей, определяет место и функции школьного психо лога— специалиста по психодиагностике, способ вза имодействия с ним главного участника учебно-воспи тательного процесса — школьного учителя, который должен уметь грамотно ставить задачу перед школь ным психологом и грамотно использовать получаемую от него психодиагностическую информацию. Для педагогов, проходящих переподготовку на психо логических курсах, данное пособие послужит введе нием в психодиагноетику.
Л. Д. Столяренко •, »>;;щ г: Основы психологии »
В учебном пособии доступно и кратко излагаются ос новные понятия и современные научные сведения по
следующим направлениям: "Психология познаватель ных процессов", "Психология сознания", "Современ ные психологические концепции", "Психология лич ности", "Социальная психология и психология труда", "Педагогическая психология". Содержатся практичес кие рекомендации по развитию внимания, памяти, мышления, саморегуляции. Для студентов вузов. •.; -•:•' ' -•' '••<•'•-.*' ,-'?у !•?'"• ч
3. Фрейд " - ,;.„ .-, :_ ? .,. Избранное
Имя Зигмунда Фрейда не нуждается в рекламе, разно как и его статьи — в популяризации. В четырех работах 3. Фрейда, представленных в этой книге, развиваются его мысли о принципах, методах и результатах психоанализа, изложенные в его фундамен тальных трудах "Психопатология обыденной жизни" и "Толкование сновидений", а также — о синтезе, кон струировании ситуации, явившейся причиной "дина мической травмы" пациента, для последующей тера-
пии НеВрОТИЗИрОВаННОЙ ЛИЧНОСТИ. \; •'•: ,---;;.Vi , , ;Иу '
В.М. Блейхер, И. В. Крук " ; ^."Vv"'':'?4'^ 'I-Толковый словарь психиатрических
В 2-Х
В словаре представлены толкования основных терми нов и понятий, наиболее часто употребляемых в со временной психиатрической литературе, а также в
смежных науках и областях знаний (психотерапии не врологии, психологии, философии, физиологии и'др.) Словарь рассчитан на врачей и научных работников психиатров, невропатологов, психологов, философов' юристов, других специалистов, проявляющих интерес к психиатрии.
Основы философии в вопросах
и ответах - ...:•.',.г:
Под ред. проф. 'С Е.Е.Несмеянова
Учебное пособие для вузов.
В учебном пособии рассмотрены основные проблемы теории и истории философии в рамках программы курса Философия". Пособие предназначено для преподавате лей, аспирантов и студентов.
В.И. Курбатов •••*;•...-.•-• -,uv . Л Стратегия делового успеха
Учебное пособие для вузов. w?;.:. Рекомендовано академией народного образования РФ Предназначено для студентов гуманитарных, экономи ческих и психологических вузов, изучающих технику об щения с людьми.
Книга посвящена различным граням общения с людь ми в деловой жизни. Несомненным достоинством яв ляются приведенные автором методики обучения эф фективному деловому общению.
Эта книга вошла в число победителей на открытом конкурсе "Гуманитарное образование в высшей шко ле", который проводился Государственным комитетом РФ по высшему образованию и Международным фон дом "Культурная инициатива".
Под ред.
проф. В.П. Кохановскоао
Учебное пособие для вузов.
Рекомендовано Академией народного образования. Исчерпывающее учебное пособие, отвечает современ ным требованиям подачи материала по предмету. В учебном пособии предпринята одна из первых попы ток реализовать Программу Государственного образо вательного стандарта высшего профессионального об разования по специальности "Философия", разработан ную Госкомитетом Российской Федерации по высшей школе. Изложены основы современной философии, ее проблемы и их конкретное решение в рамках различ ных философских направлений.
Б
ul;. it
аяьап шных
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ I
г • . . • "'• ^ " • ^ • •
Редактор: Пономарева С. ,,^5 Корректор: Лазарева Т. . r ^ Художники: Косивцев Д., Николаев §.' ' Верстка и оригинал-макет: Лыков A. J •'' •*
-.i&l
Лицензия ЛР № 062308 от 24 февраля 1993 г. с*;
Сдано в набор 04.08.97 Подписано в печать 04.09.97 •'•'•
Формат84x108/32. Гарнитура Тайме. Бумага офсетная :
Тираж 10 000 экз. Заказ № 251. ;
f Издательство "Феникс" ; ; 'я 344007, Ростов-на-Дону, Соборный, 17
Отпечатано с готовых диапозитивов в ЗАО «Книга» : 344019 г. Ростов-на-Дону, ул. Советская, 57 :
еникс
Торгово-издательская фирма
Оптовая и розничная торговля книжной продукцией
Издание книг и финансирование издательской деятельности своих партнеров
Быстрообновляемый разнообразный ассортимент
Своевременная доставка книг контейнерами и автотранспортом f в любую точку России к
":: 1 Разумные цены ;-
Наш адрес: 344007, г. Ростов-на-Дону,
пер. Соборный, 17
Тел. (8632) 62-55-27, 62-47-07
Факс: 62-38-11
еникс
Торгово-издательская
фирма
Приглашаем к сотрудничеству авторов
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНОЙ И НАУЧНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ В ОБЛАСТИ:
- СОЦИАЛЬНЫХ И
ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК
- ЮРИСПРУДЕНЦИИ )
- МЕДИЦИНЫ
- ПРОГРАММИРОВАНИЯ Ш ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНШИ
Все финансовые затарапз Берем на СЕБЯ, высокие • гонорары вымачиваем >
Рукописи не рецензируются и не возвращаются
Наш адрес: 344007, г. Ростов-на-Дону,
; пер. Соборный,, 17 ':*; ' Тел.(8632)62-51-94