СОДЕРЖАНИЕ
В процессе химической эволюции геосферы таким путем происходило образование вначале неорганических соединений (солей, оксидов и др.), а затем и органических. В процессе стратификации вещества геосферы при отвердевании расплавов, выпаривании перенасыщенных растворов солей или под действием высоких давлений в глубинах земной коры происходила упаковка некоторых неорганических соединений в геометрически правильные упорядоченные структуры – кристаллы. Органические кристаллы (а к ним относится большинство биополимеров) образовались в результате эволюции органических молекул.
По некоторым оценкам, сегодня насчитывается около 300 тысяч неорганических и шести миллионов органических соединений, созданных природой. Основу органики составляют всего шесть элементов-органогенов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Их доля в структуре органических соединений составляется 97%. В основу органики природа заложила углерод, химические связи которого образуют остов молекул. Углерод по сравнению с другими химическими элементами обладает уникальными возможностями: образует как ковалентные, так и ионные (в металлоорганических соединениях) связи, которые легко активируются и в то же время достаточно прочны. Разнообразие классов органических соединений обусловлено способностью углерода к образованию одно-, двух-, трех-, четырех- и шестиэлектронных связей.
Появление автокаталитических реакций и повышение уровня информационных связей повысило скорость упорядочения материи и образования все более сложных, информационно насыщенных соединений. Однако при синтезе таких сложных соединений, как белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, природа «использовала» далеко не все имеющиеся в ее арсенале простые органические соединения. Например, для построения белков из ста аминокислот используется всего лишь двадцать.
Автокаталитические системы со временем становятся основой простейших самоорганизующихся биохимических систем. Появляется циклическая организация процессов. Первичная химическая реакция дает продукт, который становится исходным для последующей реакции и в то же время является катализатором для первой реакции и управляет ее развитием. С реакцией второго уровня происходит аналогичный процесс. Над первым циклом как бы надстраивается второй и управляет первым. Конечный продукт второго. цикла становится исходным продуктом для третьего и т.д.
Процессы, протекающие на вышележащем уровне, управляют процессами нижележащего уровня. Создается пирамида (иерархия) циклов, управление которыми осуществляется по принципу обратной связи. Такую структуру немецкий ученый М. Эйген назвал гиперциклом. В гиперцикле, как и в одиночной автокаталитической реакции, возможно появление мутантов, но благодаря конкуренции выживают наиболее оптимальные с точки зрения фундаментальных законов природы. Они и составляют биохимическую основу более сложных структур. По этому принципу развивается большинство биохимических реакций. Ученые предполагают, что данный механизм лежал в основе перехода от косной материи к примитивному самовоспроизводящемуся (живому) веществу. Период формирования иерархических самоуправляемых автокаталитических циклов называют ранним этапом предбиологической эволюции вещества.
По всей вероятности, образование циклов и их организация в гиперциклы, как и вообще самоорганизация систем, были необходимым этапом в эволюции материи и переходе от косного вещества к живому.
В 60-х гг. XX в. А.П. Руденко разработал теорию химической эволюции, в основу которой были положены идеи самоорганизации и саморазвития каталитических систем и самосовершенствования катализаторов в процессе синтеза.
8.4. Самоорганизация в живой и неживой природе
На основе данных археологии, палеонтологии и антропологии Ч. Дарвин, как известно, доказал, что все многообразие живых организмов сформировалось в процессе длительной эволюции из более примитивных форм. Дальнейшее развитие генетики полностью подтвердило основные положения учения Ч. Дарвина о естественном отборе как основном механизме развития мира животных и растений.
Естественный отбор в природе обеспечивает протекание процесса эволюции в определенном направлении, а именно: в направлении все большего разнообразия и усложнения всех форм живой материи, от простейших до самых высокоорганизованных, включая человека.
В последнее время все большее внимание ученых привлекает концепция саморазвития в неживой природе. На сегодняшний день известно уже множество случаев саморазвития и эволюции природных систем, когда беспорядочное поведение системы вдруг обретает порядок.
Из хаотического теплового движения молекул «вдруг» возникают турбулентные вихри, из неупорядоченных движений атомов и молекул в атмосфере – коллективно направленное движение воздуха — ураганы. Из скоплений лишенного структуры, достаточно простого по своему составу межзвездного вещества, состоящего из водорода и гелия, рождаются звезды, в недрах которых образуются более сложные химические элементы и т.д.
Такое поведение систем находит объяснение в рамках принципиально нового направления теоретической физики – нелинейной, неравновесной термодинамики. Более подробно эти вопросы рассмотрены в § 8.2.
Современная теория нелинейных динамических систем объясняет механизмы, лежащие в основе творчества природы и приводящие от беспорядка к порядку. Происходит все более глубокое осознание таких свойств материи, когда при определенных условиях в системе, состоящей из хаотично расположенных неупорядоченных частей, возникает новая структура, обладающая определенным временным или пространственным порядком. Примером самоорганизации служат диссипативные структуры, в частности, возникающие в химической реакции Белоусова—Жаботинского или вихри в ячейках Бенара.
После открытия законов самоорганизации самоупорядоченных сложных систем можно рассматривать как фундаментальное свойство природы.
Самоорганизация Вселенной
Еще менее ста лет назад в науке господствовала точка зрения об однородной, стационарной, бесконечной во времени и в пространстве Вселенной. Однако после создания А. Эйнштейном общей теории относительности и работ А. Фридмана в конце 20-х гг. прошлого столетия стала утверждаться модель нестационарной Вселенной. Вскоре Э. Хабблом было экспериментально доказано, что Вселенная находится в состоянии расширения.
Дальнейший существенный прогресс в космологии и астрофизике, как это ни парадоксально, произошел в результате огромного прорыва в области исследования атомного ядра и физики элементарных частиц. Квантовая природа законов ядерной физики привела к открытию принципиально новых квантовых состояний материи и установлению взаимного превращения различных форм материи друг в друга. В частности, аннигиляция – превращение частиц вещества (электронов – позитронов, частиц — античастиц) в кванты полей, с одной стороны, и, напротив, рождение парами частиц вещества – антивещества в результате взаимодействия квантов поля, с другой.
Развитие ядерной физики позволило совершенно с иных позиций подойти к рассмотрению вопроса о происхождении Вселенной.
С середины прошлого века в космологии стала утверждаться идея так называемой «горячей», расширяющейся Вселенной.
В последующие годы был получен целый ряд новых экспериментальных подтверждений данной точки зрения в астрофизике. Прежде всего, одним из экспериментальных подтверждений стало открытие в 60-х гг. XX в. так называемого реликтового излучения – веский аргумент в пользу того, что наша Вселенная имела начало и историю своего эволюционного развития.
Согласно современной теории, Вселенная образовалась 15–20 млрд. лет назад из единственного существовавшего в то время вида материи – определенного квантового состояния поля – «физического вакуума». В результате флуктуации этого поля образовались первые частицы будущего материального мира – электроны, протоны, фотоны, нейтрино. Дальнейшая эволюция первичных компонентов материи привела через звездообразование к появлению существующих химических элементов и всего того материального мира, который сформировался к настоящему времени на различных уровнях организации материи.
8.5. Концепции эволюционного естествознания
Краткий анализ процессов, протекающих в микро-, макро- и мегамире, позволяет говорить о том, что на всех уровнях организации материи доминирующими являются эволюционные процессы. Это нашло отражение в понятии глобального эволюционизма, или концепции универсального эволюционизма.
За последние десятилетия в недрах каждой науки сформировался «свой» эволюционизм, в котором развитие специфических систем (Вселенной, химических элементов, Земли, биосферы) рассматривалось через призму конкретных научных знании, синтез современного естественно-научного знания обусловлен необходимостью построения новой научной картины мира, дающей целостное (а не фрагментарное) представление о мире, взаимодействии разных его уровней (микро-, макро- и мегамира), материальных системах различной природы (живой, неживой) и универсальных законах эволюции.
К настоящему времени выявлен ряд важнейших внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на эволюцию природных систем. К их числу относятся: открытость, нелинейность, неравновесность, некотролируемость воздействия и т.д. В качестве основополагающей была высказана концепция коэволюции, согласно которой природная система и ее окружение эволюционируют совместно, поддерживая существование друг друга.
Во всех процессах, имеющих место во Вселенной, неизбежно присутствуют случайные факторы, влияющие на ее развитие все процессы протекают в условиях некоторого уровня неопределенности.
В мире властвуют законы, являющиеся принципами отбора. Они выделяют из возможных виртуальных, мысленных состояний некоторое множество допустимых.
Принципы отбора допускают существование бифуркационных состояний, т.е. состояний, из которых даже в отсутствие случайньх факторов возможен переход материального объекта в целое множество новых состояний. В бифуркационном состоянии дальнейшая эволюция оказывается принципиально непредсказуемой, поскольку повое русло эволюционного развития будет определяться, прежде всего, теми неконтролируемыми случайными факторами, которые будут действовать в переходах.
Другая основополагающая концепция – концепция так называемой «стрелы времени», специфической для каждой природной системы. Она позволяет охарактеризовать направление необратимой эволюции этой системы: ее рождение, жизнь и гибель.
К числу важнейших концепции эволюционного естествознания, взятых из биологии, относится обобщенная триада – изменчивость, наследственность, естественный отбор.
Существенную роль в эволюционных представлениях играет концепция самоорганизации в хаосе, т.е. возникновение упорядоченных структур вдали от равновесия, когда, как правило, имеет место спонтанное нарушение симметрии. Одним из важнейших понятий служит понятие сложности и иерархической соподчиненности природных, систем. Исследование проблем возникновения неустойчивости системы позволяет понять ее роль в появлении состояния динамического хаоса.
Приведенные основные идеи дают представление о сущности универсального эволюционизма. Фундаментальные физические и биологические теории связаны в своей основе с общеприродным единством, и вполне естественным является стремление обобщить их на всю окружающую природу. В целом же универсальный эволюционизм означает, что наша Вселенная в силу связи всех ее составляющих есть некая единая система; ее эволюция представляет собой рост разнообразия форм материальной организации, вводимого в определенные рамки и ограничиваемого тенденцией к единству и кооперативности.
Универсальный эволюционизм есть попытка построения общепланетарной теории исследования природных процессов в свете их космического всеединства.
Можно сказать, что процесс самоорганизации природных систем заключается в обретении ими все более и более совершенного динамического равновесия с окружающей средой.
Идеи универсального эволюционизма и свойства общественного человеческого сознания имеют между собой много общего. Стержнем универсального эволюционизма является схема, отражающая сквозную линию развития от низших форм движения к высшим, Эта сквозная линия допускает развитие, усложнение и усовершенствование, вследствие чего процессы и явления природы могут рассматриваться с некоторых единых позиций.
Идеи универсального эволюционизма обладают значительной гибкостью и могут принимать самые разные очертания. Как следствие этого, эволюционизм существует в виде огромного количества вариантов и версий. Идеи эволюционизма – это каркас для целого спектра различных по существу представлений о мире.
В настоящее время все настоятельнее проявляется естественное желание использовать физические принципы становления и развития неживой и живой природы и идеи синергетического подхода для описания поведения сложных неравновесных самоорганизующихся систем и решения обществоведческих проблем гуманитарных наук.
Новая мировоззренческая парадигма, основанная на представлениях синергетики, устраняет различия между естествознанием и обществоведением и дает возможность создать универсальную эволюционно-синергетическую картину мира. Понятия синергетики и аппарат нелинейного мышления превращают изначально гуманитарно-интуитивные методы описания социальных, экономических, психологических, исторических и других объектов и систем гуманитарной природы из описательных в научно обоснованные (прогнозируемые). Футурологические перспективы развития человечества при этом основываются на возможности эволюции перехода материи от более вероятных хаотических состояний к менее вероятным, но реально возможным и более организованным, упорядоченным состояниям.
В рамках физических представлений синергетических моделей цивилизация в целом и конкретное общество в частности являются сложными неравновесными системами, устойчивость которых обеспечивается взаимодействием внешних и внутренних причин развития. Совокупность механизмов, включающих орудия и другие материальные объекты, языки, мифологию, мораль и т.д., т.е. то, что представляет собой понятие культуры, также может быть выражена в таких параметрах целостного эволюционного развития самоорганизующихся систем, как нелинейность процессов, бифуркация отдельных фаз развития и эволюционные катастрофы.
Современное естествознание становится по существу постнеклас-сической интегративной наукой, в которой в первую очередь должны использоваться достижения и тенденции новой синергетической физики. При этом наблюдается тенденция перехода от собственно познавательной сущности науки к научному методу решения проблем экономического, социального, политического и культурного характера и получению обоснованных прогнозов будущего развития.
Н.Н. Моисеев писал: Мы на пороге новой культуры – синтеза глобального духовного сознания и глобального научного знания.
Можно привести большое количество примеров, подтверждающих, что синергетические модели современной постнеклассической физики применяются к сложным гуманитарным системам в динамической истории цивилизаций, возникновении этносов, самоорганизации социально-экономических процессов, кризисов развития человеческого общества, принципов устойчивого развития глобализма.