Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Термин «энергейя» (энергия) впервые встречается у Аристотеля. Энергейя у Аристотеля – это переход от потенциальной возможности какого-то действия к его осуществлению, например, от замысла Парфенона к его строительству. Движение Аристотель понимал как осуществление толкающего воздействия одного на другое. У Аристотеля тело движется только при наличии внешнего на него воздействия, как только воздействие прекращается, тело останавливается. В таком понимании энергия – это активное побуждение к движению извне, то же, что движется, всегда остаётся пассивным.

Таким образом понимаемое движение нуждается в перводвигателе – Боге, которому должен подчиняться пассивный и ведомый космос. Позднее это понимание движения было опровергнуто Галилеем, который показал, что тело находится в состоянии покоя, либо движется, не изменяя направления и скорости, если на него не производится какого-либо внешнего воздействия. Это принципиальное положение, получившее название принципа Галилея, или принципа инерции, привело к принципиально новому пониманию энергии.

Принцип Аристотеля гласил: ничто не будет двигаться, если его не двигать. Принцип Галилея базировался, так сказать, на презумпции движения: космос сам по себе движение, он не нуждается в перводвигателе; всякое тело будет сохранять движение, пока его не остановит тормозящее воздействие, сопротивление других тел. Соответственно, энергия стала пониматься как мера механического движения макротел, проявляющаяся при передаче определённого количества движения от одних тел к другим.

В механической картине мира господствовало представление о силовом характере движения. Это был космос постоянного насилия одних тел над другими. Всё движение в космосе было заранее предопределено механическим взаимодействием сил и способностью больших сил преодолевать сопротивление меньших.

Первоначально вместо термина «энергия» в науке пользовались введённым Лейбницем термином «живая сила». Эта «живая сила» понималась как сила, находящаяся внутри движущегося тела и активно воздействующая на внешний мир, в противоположность «мёртвой силе», выражающейся в сопротивлении покоящегося тела, в его способности противостоять движению либо накапливать в себе способность к движению (как, например, в сжатой, но не приведённой в действие пружине).

Лишь в 1807 году Юнг ввёл в научный оборот термин «энергия», заимствовав это понятие у Аристотеля, и соответствующим образом переосмыслив его. А вскоре Ж. Понселе ввёл в классическую механику понятие работы. После этого энергия в европейской традиции стала пониматься как способность совершить определённую работу, а работа – как мера изменения энергии. В рамках классической механики было проведено различение кинетической и потенциальной энергии.

Затем дальнейшее совершенствование понятия энергии и понимания космической энергетики проходило в связи с изучением различных форм движения и взаимодействий между ними. От идеи механического насилия как первоосновы космоса учёные стали переходить к идее взаимопревращения различных форм движения – механического перемещения, теплоты, химических явлений, электричества, магнетизма и т. д.

Энергия стала пониматься как единая мера различных форм движения. По мере освоения наукой этих форм человечество всё в большей мере становится энергопотребляющей цивилизацией. Изучение взаимопревращений различных видов энергии привело, в конечном счёте, к открытию закона сохранения энергии, то есть к пониманию того, что движение может переходить в различные формы, но оно из ниоткуда не появляется и без перехода никуда не исчезает. Возможны два способа передачи энергии от одного макроскопического тела к другому – в форме работы или в форме теплоты (теплообмена). Так был сделан ещё один шаг, подрывающий веру в чудеса.

В XX веке изучение ядерной энергии, углубление знаний в области самых различных энергий привело к резкому изменению самого характера цивилизации. Энергетика становится одним из мощных двигателей прогресса, обеспечивающих космизацию земной цивилизации. Вместе с тем, ускорившийся синтез культур Запада и Востока привёл к усилению интереса к восточному пониманию энергии как вездесущей энергетической субстанции (индийской праны, китайской ци и т. д.).

Стали развиваться психофизические методы укрепления человеческого здоровья, среди которых значительной эффективностью отличаются медитативные образы поглощения, распределения и передачи космической энергии. Развитие этих методов оказало влияние и на мировоззренческие подходы к действительности современного человека, как на Западе, так и на Востоке.

В самых различных религиях в качестве первоисточника миропорядка рассматривается божественный свет. Если бы не способность человеческого глаза воспринимать преломления солнечного света, сформировавшаяся в условиях Земли с её атмосферной защитой от жёстких космических излучений, мы ничего не знали бы о Вселенной. Солнце с его восхитительным животворным светом – первоисточник всех видов энергии на Земле. Свет – это не только жизнеутверждающая сила, но и среда, в которой живёт человек и без которой он не способен полноценно ориентироваться в пространстве. В то же время свет представляет собой одно из самых удивительных физических явлений, изучение которого разрушило плоско-макроскопические человеческие представления о природе. Свет оказался для науки проводником за пределы видимого глазом.

Уже в конце XIX века физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Изучая взаимодействие электрических и магнитных явлений, они создали электромагнитную теорию, которая решительным образом изменила представления о Космосе. Наряду с вещественными процессами были открыты разнообразные физические поля, через которые происходила передача энергии без прямых вещественных контактов.

Английский физик Д. Максвелл доказал, что изменения электромагнитного поля распространяются с определённой скоростью, которая была определена в лабораторных опытах с электромагнитной индукцией и оказалась равной скорости света. Такое совпадение между скоростью, обнаруженной в опытах с электромагнитными явлениями и совершенно независимо измеренной ранее скоростью света, навело учёных на мысль о том, что свет является лишь частным случаем электромагнитных колебаний. В зависимости от длины своих волн эти колебания могут выступать в виде радиоволн или световых явлений, но все они, как показал Максвелл, распространяются с одной и той же скоростью – скоростью света.

Особенностью видимого света является его способность давать чёткие изображения преломляющих его макротел, в то время как радиоволны дают лишь нечёткие, расплывчатые изображения. Носители света, фотоны, оказались при их углублённом изучении своего рода «кентаврами» Космоса, проявляя в зависимости от характера взаимодействий свойства частицы или волны.

Световой волне для её распространения не нужно никакой особой среды. Это очень удивительно для людей, привыкших в земных условиях наблюдать морские волны, и знающих, что морская волна – это волнение воды, а, например, звуковая волна проявляет себя как волнение воздуха, хотя может распространяться и в жидкости, и в твёрдых телах. Для объяснения колебаний электромагнитных волн учёные придумали особую среду, так называемый эфир. Однако впоследствии оказалось, что электромагнитная световая волна – сама по себе среда, что она с постоянной скоростью распространяется в любой прозрачной среде, и никакого особого эфира не существует.

Постоянство скорости света было установлено в знаменитом опыте А. Майкельсона и У. Морли. Независимость скорости света от движения источника или наблюдателя была теоретически доказана А. Эйнштейном и получила название принципа относительности. Этот принцип явился исходным в специальной теории относительности, сформулированной А. Эйнштейном в 1905 г.

Постоянство скорости света в нашей Вселенной является одним из её наиболее фундаментальных свойств, обусловливающих в ней космический миропорядок и отграничивающих субсветовым барьером её эволюцию от эволюции других возможных Вселенных. Всю свою жизнь человек и в прямом, и в переносном смысле стремится к свету, к преодолению тьмы, которая обусловлена тенью его родной планеты и всех привычных ему природных тел и искусственных сооружений.

Изучение тепловых процессов в классической и современной термодинамике привело к открытию не менее удивительных подробностей о превращениях тепла, нежели изучение света в других областях современной физики. Для поддержания своей жизни человек нуждается в тепле. Одним из важных стимулов продвижения человека по пути цивилизации явилось сопротивление холоду в зонах умеренного и холодного климата. Огромную роль в выделении человека из животного мира сыграло пользование огнём, а затем и добывание огня. Но реально изучать глубинную сущность тепловых явлений люди начали лишь с середины XVIII века. Долгое время для объяснения этих явлений учёными использовалась гипотеза о теплороде – невесомой жидкости, которая якобы поступает в любое тело по мере его нагревания. В свою очередь для объяснения возникновения огня учёные придумали особый газ, который называли флогистоном. В конечном счёте теплород, как и флогистон, оказались таким же научными мифом, как эфир в качестве среды для возникновения и распространения световых волн.

Кинетическая теория теплоты, рассматриваемая в качестве причины тепла колебания молекул, в конечном счёте победила и вытеснила субстанциональную теорию, объяснявшую тепло посредством проникновения теплорода. Лишь тогда, когда учёные занялись изучением процессов изготовления тепловых (паровых) машин и их усовершенствованием, они стали постоянно интересоваться превращением теплоты в механическую работу и обратно. После изобретения паровой машины Д. Уатта, создателя парового парохода Фултона и первой железной дороги Стефенсона возникла настоятельная потребность в создании теоретических моделей эффективного использования теплоты для её превращения в механическую работу.

Основателем термодинамики стал французский инженер Сади Карно, который провёл мысленный эксперимент с идеальной (идеализированной) тепловой машиной. Он пришёл к выводу о том, что коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины зависит только от температур нагревателя и холодильника, а КПД любой реальной машины будет всегда меньше КПД идеальной. Отсюда следовало знаменитое второе начало термодинамики, определившее невозможность передачи тепла от более холодного тела более горячему и достижения стопроцентного КПД тепловой машиной.

В 1865 году Р. Клаузиус, основываясь на работах Карно, ввёл понятие «энтропии» (от греч. слова, означающего поворот, превращение). Энтропия – хаотическое рассеяние тепла в окружающее пространство, неизбежно возникающее при его передаче от нагретого тела более холодному.

Австрийский физик Людвиг Больцман придал понятию энтропии космическое значение, интерпретировав энтропию как нарушение порядка движения молекул в системе. Больцман показал, что энтропия в системе, достаточно надёжно изолированной от внешнего окружения таким образом, что она не обменивается с окружением ни энергией, ни веществом, будет постоянно возрастать. Такие системы будут неизбежно эволюционировать в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, то есть такого состояния системы, при котором производство какой-либо механической работы становится невозможным.

Трагическое мироощущение Больцмана в совокупности со скептическим отношением учёного мира к его работам привели к тому, что он в 1906 г. покончил жизнь самоубийством. Больцман мечтал стать Дарвином эволюции неживой материи, объединив термодинамику с динамикой. Называя XIX век веком Дарвина, Больцман стремился преодолеть такое положение, при котором в противоположность дарвиновскому учению в биологии об эволюции живых систем в сторону возвышения организации и возрастания сложности, второе начало термодинамики в физике приводит к противоположным выводам о неизбежности разрушения всякого порядка и мёртвого равновесия всякой материальной системы.

Чтобы найти выход из такой ситуации, Больцман предложил теорию флуктуаций, согласно которой случайные отклонения от равновесия в различных ограниченных областях Вселенной могут препятствовать необратимости её эволюции к хаосу и создавать предпосылки для возникновения прогрессивно эволюционирующих систем. Нетрудно заметить, что шанс для прогрессивной эволюции у Больцмана появлялся в результате локального противостояния хаоса хаосу, на основе которого только и могла обеспечиваться временная прогрессивная эволюция космических систем, мог возникать противостоящий вселенскому хаосу локальный порядок.

Подобное обоснование возможностей эволюции только кажется неэволюционным, на самом же деле оно верно схватывает практическую сторону всякой эволюции. Но есть и другая, оптимизационная сторона эволюции, которая связана с открытостью и возрастанием уровня свободы космических систем, их способностью закономерно использовать хаос для порождения космической упорядоченности. Но во времена Больцмана не сложилось ещё достаточных предпосылок для изучения этой второй, оптимизационной стороны эволюции. Поэтому автор понятия энтропии Р. Клаузиус был совершенно прав, когда, основываясь на ряде положений Больцмана, распространил законы термодинамики в область космологии и выдвинул трагическую концепцию неизбежности тепловой смерти Вселенной.

Эта концепция базировалась на двух постулатах Р. Клаузиуса: 1) энергия Вселенной всегда постоянна и 2) энтропия Вселенной всегда возрастает. Сразу же с момента выдвижения этой концепции начались попытки опровержения содержащихся в ней мрачных прогнозов и обоснования более оптимистических взглядов на будущее Вселенной. Придумывались самые различные схемы спасения Вселенной. В частности, советская официальная философия диамата десятилетиями клеймила концепцию тепловой смерти Вселенной за её антиэволюционный характер, упрекая сторонников концепции в «буржуазном пессимизме», в том, что они неизбежность катастрофы буржуазного общества переносят на Вселенную в целом. Видимо, философы диамата были очень слабы в области прогностики и не чувствовали неизбежности катастрофы как раз советского общества, бывшего и до своего развала сплошной катастрофой.

Побудительным мотивом для спасения диаматчиками гибнущей от тепловой смерти Вселенной была необходимость сохранения материи этой Вселенной для сплошного коммунистического строительства. Опровергая концепцию тепловой смерти Вселенной, диаматериалисты обычно указывали на бесконечность материи во Вселенной, а стало быть, наличие в ней неисчерпаемых ресурсов тепла. Говорилось и о качественной неисчерпаемости материи, о переходе в тепло других видов энергии. Но советский эволюционизм потому и потерпел крах, что он добивался эволюции на основе организованного и систематического насилия, требовал осуществления моделей эволюции без прогресса открытости и свободы.

Истинное преодоление односторонности энтропийного видения мира и дальнейшее развитие эволюционной составляющей термодинамики было связано как раз с исследованием открытых систем, то есть таких, которые не только способны обмениваться с окружающей средой энергией, веществом и информацией, но и использовать хаос для самопреобразования и переупорядочивания с повышением в самом порядке уровня самостоятельности, самоопределения и свободы.

В 60-е годы прошлого века на основе анализа таких систем создаётся так называемая неравновесная (и нелинейная) термодинамика. Основателем этого направления выступил бельгийский учёный (русский по происхождению) Илья Пригожин, научные интересы которого концентрировались на математическом описании получения упорядоченности из хаоса. Для такого описания Пригожин применил нелинейные математические уравнения, то есть такие уравнения, в которые входят переменные в степени выше первой (так называемой линейной степени). Сложная и многоуровневая взаимосвязь переменных, возвышающаяся над линейной, чётко связанной организацией, позволяет неравновесным система извлекать порядок из хаоса посредством самоорганизации.

Исследования под руководством Пригожина показали, что в неравновесных открытых системах закономерно возникают эффекты, приводящие к повышению уровня сложности, вследствие чего само нарастание энтропии приводит к состоянию, наиболее благоприятному для формирования нового порядка и термодинамического неравновесия. Такие системы являются саморегулирующимися, им нельзя навязывать путь развития без разрушения их до самого основания. Невозможно и установление над ними жёсткого контроля, который был бы одновременно контролем неразрушающим. Управление ими носит вероятностный характер в условиях неизбежной нехватки информации и будет эффективным лишь в случае способствования внутренним, скрытым от непосредственного наблюдения тенденциям их развития и механизма саморегуляции. В противном случае такие системы отреагируют на управляющие воздействия неконтролируемым образом.

Различные системы постоянно колеблются от равновесного или слаборавновесного состояния к неравновесному и обратно. Для поддержания стабильного (стационарного) состояния системы необходимо поддержание строго определённых управляющих параметров. Изменение этих параметров выводит систему из равновесного состояния, вследствие чего она начинает эволюционировать к некоторой критической точке, которая получила название точки бифуркации. По достижении точки бифуркации на ход эволюции системы могут оказывать судьбоносное воздействие даже ничтожно малые флуктуации, даже такие, которые в равновесном состоянии невозможно было даже отследить. В состоянии бифуркации система может избрать путь развития, который продиктован весьма слабыми управляющими воздействиями, обретающими силу из их соответствия состоянию системы. Нарастая как снежный ком, эта сила может надолго предопределить дальнейшую эволюцию системы.

Очевидно, что создание современной неклассической термодинамики способно обогатить наше понимание механизмов эволюции в самых различных областях науки, и, прежде всего, в области метанаучного, философского познания. И не только потому, что тепло и тепловые процессы имеются в нашей Вселенной повсеместно, а в биологии и в истории действуют теплокровные организмы.

В неклассической термодинамике на простейшей модели теплопередачи высветились общеэволюционные закономерности, которые действуют на всех уровнях космического эволюционного процесса, начиная с неорганической природы и кончая историей. Постоянно взаимодействуя с хаосом и накапливая его внутри себя, Космос направляет эволюцию через самоорганизацию непрерывно усложняющихся систем. Всё негодное для эволюции отбраковывается и уходит в небытие.

Недаром успехи в развитии неклассической термодинамики привели к созданию новой науки о самоорганизации – синергетики. Но непосредственным поводом к созданию синергетики явилось изучение энергетических (и тепловых) процессов, происходящих в лазере. Слово «синергетика» произведено от греческого слова, обозначающего совместное, согласованное действие. Так назвал направление своих исследований немецкий физик Герман Хакен, изучавший процессы так называемой когеренции в лазере. «Накачка» лазера энергией, поступающей извне, приводит к тому, что хаотические колебательные движения частиц в определённый момент приводятся в согласованное, упорядоченное движение. Устанавливается одинаковая фаза их колебаний, вследствие чего мощность излучения многократно увеличивается.

Когерентное излучение возникает вследствие своеобразного «компромисса» между составляющими его элементами, каждый из которых до этого колебался по-своему, как придётся. Аналогичные процессы «когеренции» наблюдаются и в химии, и в биологии, и в социальной психологии, и в истории. Когерентное излучение является следствием возникновения когерентных структур, которые становятся источниками самоорганизации и порядка.

Высшей формой самоорганизации является человеческая способность к самосовершенствованию, позволяющая человеку эволюционировать в заданном самим направлении.