Горбачев В.В. Концепция современного естествознания

Подождите немного. Документ загружается.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

241

один из главных вопросов, который человек может себе задать. Живые организмы

обладают рядом признаков, которых нет у большинства объектов неживой природы (а

часть и есть!), но среди них нет ни одного, который был бы присущ только живому, т.е.

выделить один существенный и единственный критерий жизни на современном уровне

науки практически невозможно. В большинстве случаев, казалось бы, уж точно

установленный фактор или принцип определения по мере развития наших представлений

требует дополнений, уточнений и т.д. Связано это с тем, что рассматриваемыми

проблемами занимаются многие специалисты из разных областей науки и они в своих

определениях подчеркивают существенный признак живого именно с позиций своей

науки. Это вовсе не значит, что они неверны — они просто отражают какой-то один из

признаков жизни и понимания жизни. Даже в случае признания, что жизнь должна

определяться физическими и химическими законами (но по механизмам их реализации

именно в живой природе!), невозможно путем сведения к этим законам отдельных

явлений понять полно сущность жизни как особого явления. Утверждение, что жизнь

подчиняется только законам физики, на самом деле есть просто признание того, что в

биологических объектах законы физики не нарушаются.

Поэтому жизнь, а следовательно, и все живое, по-видимому, не может быть

определена по какому-либо одному признаку. В современной биологии при описании

живого лишь перечисляются эти признаки, но в их совокупности. Синергетические

методы, применяемые к изучению сложных самоорганизующихся

406

систем, также не позволяют выделить наиболее существенный критерий. Кроме того,

отличие живого от неживого с давних времен находится на границе между

материализмом и идеализмом: «Психея» Платона, «Энтелехия» Аристотеля, бессмертная

душа в различных религиозных учениях и верованиях, «мировой разум» Гегеля,

«жизненная сила» виталистов и даже модное сейчас понятие энергоинформационного

поля — это все попытки объяснить живое нематериальными представлениями. При этом

предполагалось, что нематериальная душа, выступая в роли причин жизни, управляет

материальными процессами в живых организмах и не нарушает физических законов.

Конечно, с позиций современной науки с этим согласиться нельзя. Жизнь материальна по

своей природе и проявляется так же, как и в неживом неорганическом мире, через

движение материальных носителей, но в специфической форме. Но полное и

исчерпывающее определение жизни наука пока дать не может. И возможно ли это

вообще?

14.4.1. Совокупность признаков живого

Какова же совокупность основных признаков живого?

• Живые организмы характеризуются сложным высокоупорядоченным строением и

системной организацией. Уровень их организации и иерархичности значительно выше,

чем в неживых объектах. Живые системы характеризуются также гораздо более высоким

уровнем асимметрии, в том числе наличием молекулярной хиральности, и процессами

самоупорядочения в пространстве и времени. Структурная компактность, энергетическая

экономичность и эффективность использования энергии живых организмов являются

результатом высочайшей пространственной упорядоченности на молекулярном уровне.

• Живые организмы имеют потребность для своего развития получать энергию из

окружающей среды, непосредственно или косвенно поглощая лучистую энергию Солнца

для поддержания и усиления своей высокой упорядоченности. Зеленые растения

используют эту энергию для синтеза питательных веществ. Животные используют

энергию, содержащуюся в их пище, для поддержания своего существования, роста и

размножения.

Живое извлекает структурированную полезную для живого организма отрицательную

энтропию из окружающей среды и «сбрасывает» избыток неструктурированной

положительной энт-

407

ропии обратно в эту среду. Происходит перераспределение энтропии, как формы

энергии, в системе живой организм — окружающая среда. Сложность и

организованность структуры живого организма будут определяться этим

перераспределением. Живое способно «извлекать» порядок из хаотического поведения

молекул своего организма, что также способствует уменьшению его энтропии как

упорядоченной системы.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

242

• Живые организмы активно реагируют на окружающую среду и участвуют в обмене

энергией, веществом и информацией с окружающей средой. Живые организмы способны

усваивать полученные извне питательные вещества, перестроив их так, чтобы они

становились подобными их собственным материальным структурам, и в результате этого

многократно воспроизводить эти структуры. Способность реагировать на внешние

раздражители, в том числе и на получение информации, является универсальным

признаком всех живых систем, и растений, и животных. Живые организмы обладают

способностью двигаться и проявлять активность при взаимодействиях с окружающей

средой.

• В процессе самоорганизации живые организмы развиваются, изменяются и

усложняются. В отличие от самоорганизации неживых неорганических систем, где

молекулы просты, а механизм реакций сложен, в самоорганизации живых систем

механизмы просты, а молекулы сложны. Существенна и роль обратной связи организмов

с окружающей средой. Для создания и развития новых структур, образования новых

органов нужна положительная обратная связь, а для устойчивого состояния —

отрицательная обратная связь. Русский физиолог И.П. Павлов (1849—1936), лауреат

Нобелевской премии, еще до появления теории самоорганизации называл эти процессы в

живом организме саморегуляцией. Живой организм способен и к самосохранению,

устойчивости своего существования, и к развитию, восприимчивости, и к изменениям. В

живом организме на протяжении всей жизни идет непрерывная замена старых клеточных

структур на вновь образующиеся.

• Все живое не только размножается, но и имеет способность к избыточному

воспроизводству. Это одна из главных особенностей живого, в которой проявляется

действие механизмов изменчивости и наследственности, определяющих эволюцию всех

видов живой природы и условия их выживания.

• Все живое отличается многообразием форм, сложностью химических компонентов и

динамикой протекающих в живом

408

организме процессов. Процесс усложнения структур и функций обусловлен более

эффективным использованием энергии, черпаемой из окружающей среды и

превращаемой биологическими системами в сложные и разнообразные формы жизни.

• Живые организмы способны получать, сохранять и передавать информацию, причем

полученную информацию о себе и окружающем мире они стремятся использовать

максимальным образом. Наследственная информация, заложенная в генах и необходимая

живому организму для существования, развития и размножения, передается от каждого

индивидуума его потомкам. Эта информация определяет направление развития

организма в процессе взаимодействия его с окружающей средой, а реакция на нее

индивида может искажаться, обеспечивая тем самым эволюцию развития потомков.

Признаком живого является также биологическое узнавание.

• Живые организмы способны хорошо приспосабливаться к окружающей среде

обитания и соответствуют своему образу жизни. При этом проявляется еще одна

сущность жизни — поддержание таких биологических норм существования, которые

противостоят силам, стремящимся низвести жизнь до уровня физического равновесия.

• Живые организмы имеют способность целесообразно распространяться в

пространстве и времени, а также активно влиять на неживую природу и изменять в целом

биосферу Земли. Целевая функция живого объективно сводится к достижению

оптимальных условий для выживания вида.

• Высшим формам живых организмов присущ Разум, который и позволяет материи

познавать самое себя.

Отдельные из перечисленных свойств могут встречаться и в неживой природе, но

только в совокупности эти свойства присущи именно живому и в своем единстве

являются критериями отличия живого от неживого. Живое от неживого можно отличить

также по трем признакам: веществу (в живом — органические биополимерные

молекулы), структуре (живой организм состоит из живых клеток) и функциональным

признакам (живое воспроизводит себя).

Вероятно, в будущем мы сможем привести и другие признаки жизни, однако и этих

основных на сегодня достаточно, чтобы представить себе различие между живой и

неживой природой.

409

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

243

14.4.2. Определения жизни

Посмотрим, как реализовались эти функциональные признаки в определениях жизни,

которые были даны разными учеными в разное время.

Долгое время классическим определением, не утратившим свою силу и до наших

дней, считалась формулировка, данная Ф. Энгельсом (1820—1895) в его «Анти-

Дюринге»: «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным

моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней

природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что

приводит к разложению белка». В этом определении приведен существенный, но не

единственный признак — обмен веществ, который может реализовываться также для

неживых и самоорганизующихся систем. Кроме того, Энгельсом отмечено что обмен

веществ приводит к постоянному обновлению химического состава частей белковых тел

путем питания и выделения.

Это определение развивает А.И. Опарин: «Жизнь — это непрерывный процесс

внутреннего движения, синтеза и распада, обмена энергией с окружающей средой,

направленный на самосохранение и самовоспроизведение в передаче устойчивых

признаков в меняющихся условиях внешней среды».

Шрёдингер в книге «Что такое жизнь с точки зрения физики» считал, что «жизнь —

это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной

тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на

существовании упорядоченности, которая поддерживается все время». В силу

специфической упорядоченности Шрёдингер сравнивал живые тела с апериодическими

кристаллами.

Российский биофизик М.В. Волькенштейн определяет жизнь «как форму

существования макроскопических гетерогенных открытых систем, далеких от

равновесия, способных к самоорганизации и самовоспроизведению». Л.А. Блюменфельд

подчеркивал, что живой организм способен создавать информацию при взаимодействии с

окружающей средой.

По Г.А. Югаю, «жизнь есть особая космическая организованная форма материи,

существенным моментом которой является борьба энтропии и эволюции, удержание

негэнтропийного состояния на основе постоянного самообновления, обмена или

круговорота вещества, энергии и информации». По его мнению, одним из главных

признаков является приспособляемость живых организмов, и

410

жизнедеятельность как специфическое биологическое свойство качественно

отличается от физико-химических свойств и поэтому относится к категориям,

раскрывающим сущность жизни.

Б.М. Медников приводит такое определение: «Жизнь — это активное, идущее с

затратой энергии поддержание и воспроизведение специфической структуры». По

мнению В.И. Гольданского и В.А. Аветисова, жизнь возникла в результате спонтанного

нарушения симметрии в биоорганическом мире вследствие индуцированной бифуркации,

создания асимметрии и тем самым уже возникновения направленной эволюции. Г.А.

Заварзин отмечает, что проблема возникновения жизни не сводится только к

образованию биологических макромолекул, необходима еще и их самоорганизация в

целостную функциональную систему, подобную клетке.

В.Г. Афанасьев считает, что возникновение жизни — системный процесс, приводящий

к сложноорганизованной иерархической системе живого организма, который

представляет собой диалектическое единство целого и частей. Как мы уже знаем, по

Бауэру, основой жизни является «устойчивое неравновесие». Главной отличительной

чертой живого является его целостность, отмечает Е.А. Либерман [85]. По замечанию

Н.В. Тимофеева-Ресовского, одно из проявлений живого состояния не в том, что с

развитием природы нарастает масса живого, а в том, что множится число элементарных

индивидуумов и особей.

Американский биофизик Р. Фокс определяет жизнь как «самогенерирующийся и

самоподдерживающийся процесс, эволюционировавшийся до состояния, при котором

уже неразличимы его истоки», подчеркивая, что главной движущей силой эволюции

является энергия. Согласно М. Ичасу, живое — это физическая система, обладающая

свойствами осмысленности и целенаправленности. С позиций системного анализа Л.

Берталанфи для биологических структур М.И. Штернберг дает определение жизни как

сигнальной активной формы существования систем.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

244

Многие ученые отмечали роль информации в становлении и эволюции живого в

качестве одного из главных критериев жизни. Так, В.И. Карагодин считает: «Живое есть

такая форма существования информации и кодируемых ею структур, которая

обеспечивает воспроизведение этой информации в подходящих условиях внешней среды».

Связь информации с жизнью отмечает A.A. Ляпунов: «Жизнь — это

высокоупорядоченное состояние вещества, использующее для выработки сохраняющихся

реакций

411

информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул». Российский астрофизик

Н.С. Кардашев также выделяет информационную составляющую жизни: «Жизнь

возникает благодаря возможности синтеза особого рода молекул, способных

запоминать и использовать вначале самую простую информацию об окружающей среде

и собственной структуре, которую они используют для самосохранения, для

воспроизводства и, что для нас особенно важно, получения еще большего количества

информации». На эту способность живых организмов сохранять и передавать

информацию обращает внимание в своей книге «Физика бессмертия» эколог Ф. Типлер.

Он пишет: «Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая

сохраняется естественным отбором». Более того, он считает, что если это так, то

система «жизнь — информация» является вечной, бесконечной и бессмертной.

Еще одну сторону живого отражает Е.М. Попов: «...именно спонтанное образование

фиксированной активной формы белка, а не сама форма, есть изначальная причина

фундаментальных особенностей живой природы». Встречается такое определение:

живое — это «система, способная эволюционно самоорганизовываться, адаптивно и

агрессивно взаимодействующая с окружающей средой и повышающая свою

структурную негэнтропию. Это такая система, внутренние процессы в которой

протекают кооперативно, а сочетание элементов подчиняется правилу сверх

аддитивного сложения». Предполагается, что «такая структура и происходящие в ней

процессы обеспечивают образование и функционирование информационного поля». По

мнению авторов, это и есть поле жизни. Г.А. Голицын и В.М. Петров считают сущностью

жизни «поддержание биологических норм, противостояние силам, стремящимся

низвести жизнь до уровня физического равновесия» [51].

В пособиях по современному естествознанию можно встретить и такие определения,

как: «...живыми называются такие системы, которые способны самостоятельно

поддерживать и увеличивать свою очень высокую степень упорядоченности в среде с

меньшей упорядоченностью» и там же: «...живая природа — неоднородная целостная

система, которой свойственна иерархическая организация. В живой природе системы

формируются не случайно, а в определенном порядке, формируемом биологическим

узнаванием». Поэтому реализация узнавания является универсальной и также может

считаться признаком жизни.

412

В другом пособии жизнь определяется как «высшая из природных форм движения

материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и

самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу

которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфороорганические соединения».

Встречаются и более краткие, например: «...жизнь есть форма существования сложных

открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению»; «жизнь есть

способ существования и эволюции биологических систем, проявляющийся в форме

процессов преобразования вещества и энергии, а также накопления информации» и еще

одно: «жизнь — это саморегулирующийся ритмический процесс, в основе которого

лежит устойчивое неравновесие циклов обмена веществ».

Фундаментальным свойством живой материи A.B. Кокин считает «способность к

стереоспецифичной комплементарной репродукции». Имеют место даже и более

экзотические определения: «...жизнь являет собой разрастающийся центр

упорядоченности в менее упорядоченной Вселенной» или: «...жизнь — своего рода насос,

снабжающий организм энергией Солнца, энергией химических реакций». Там же живой

организм определяется «как энергетически структурированный объект, устойчивый,

многоуровневый со своей закономерной энергетической морфологией и формирующийся в

русле солитоноэнергетических возможностей саморазвития».

Мы видим, что имеется такое разнообразие определений, только что не уступающее

самому разнообразию видов живой природы, и вслед за Ходжой Насреддином в шутку

можно сказать: и тот прав, и этот прав! А если всерьез, то это является отражением

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

245

желания найти одно полное и исчерпывающее определение живого. Понятно, что на

данном этапе нашего развития и понимания окружающей нас природы вряд ли это

возможно.

Заметим, что кроме упомянутых выше ученых этими проблемами занимались и

многие другие. Так, еще в 1886 г. Л. Больцман сделал первую попытку найти

принципиальное отличие жизни именно с физических позиций. Он писал: «Всеобщая

борьба за существование — это борьба за отрицательную энтропию, становящуюся

доступной при переходе от пылающего Солнца к холодной Земле».

Его идеи были развиты с учетом новых достижений для каждого времени такими

крупными учеными, как В.И. Вернадский,

413

Л,А. Чижевский, К,А. Тимирязев, НА. Умов, Э. Бауэр, Л. Бриллюэн, И.Р. Пригожин,

М. Эйген, H.H. Моисеев, С.Э. Шноль, и в результате трудов этих ученых и работ

современных исследователей складывается та парадигма, в рамках которой в настоящее

время ведутся поиски физической сущности жизни и ее происхождения. Заметим, что

общая теория жизни, по-видимому, не может быть создана только в рамках биологии или

физики, необходимо целостное современное естествознание, так как целостность

является признаком сущности жизни.

14.5. Физическая модель демографического развития СП. Капицы

История естествознания - это история попыток объяснить разнородные явления

общими причинами.

А.Б. Мигдал

Ученый в России делает,

что нужно и как нужно.

Ученый на Западе делает,

что нужно и как можно.

М. Азбель

Вопрос об изменении численности людей на Земле является также одним из

глобальных вопросов человечества, как по взаимодействию человека с природой, так и по

своим социальным последствиям. Широкий круг процессов и явлений, связанных с

существованием человека и его деятельностью, является производным от основного

вопроса: сколько людей живет, жило и будет жить на Земле? Поэтому проблема роста

народонаселения наряду с «вечными» вопросами загадки происхождения и развития

жизни безусловно является предметом анализа в современном естествознании.

Долгое время в описании демографического развития господствовала широко

известная теория Мальтуса, согласно которой рост численности населения происходит по

закону геометрической прогрессии. Заметим, что эта модель давала возможность в

социологическом плане обосновывать целесообразность войн и других катастроф

(природных и созданных человеческими стараниями, геноцид, авторитарный режим и

т.д.), приводящих к уменьшению числа людей и тем самым снижающих экологическую

нагрузку на ту среду, в которой человек живет.

Однако в последние годы в связи с развитием идей и методов синергетики появились

новые модели демографического кризи-

414

са и законов развития человечества [10]. Согласно этим представлениям

демографическая проблема может быть рассмотрена как открытая и эволюционирующая

система. Большой вклад в разработку этих вопросов и в целом в синергетику внесли

отечественные ученые СП. Курдюмов, E.H. Князева, Г.П. Малинецкий, а по демографии

особенно СП. Капица.

Это обусловлено тем, что в условиях возрастания общей неустойчивости мирового

развития, усиления информационных потоков в обществе, усиления неопределенности,

глубинной нестабильности и роста хаотичности в общественном сознании, культуре,

знаниях и в науке (что мы и наблюдаем в современном искусстве, массовой культуре и

философии) именно новый методологический подход синергетики к сложным

самоорганизующимся системам и процессам позволяет построить правильный вектор

развития.

Человечество как раз и представляет такую сложную самоорганизующуюся систему, к

которой применимы законы синергетики. Кроме того, в наше время ускоряющегося

развития выявление законов организации и коэволюции сложных биологических,

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

246

экологических и социальных систем приобретает особое значение в связи с тем, что у

человечества сейчас уже нет времени определить организацию мира методом проб и

ошибок. Надо искать кратчайшие пути, и синергетика это позволяет сделать.

О развитии системы человечества как целого можно судить по изменению отдельных

параметров, которые описывают ее динамику. В феноменологической модели СП.

Капицы на основе имеющегося значительного фактического, демографического,

антропологического и исторического материала человечество рассматривается как

единое целое, и в качестве ключевого параметра развития его как системы выбирается

количество людей N. При этом не требуется учитывать пространственное распределение

людей на Земле, их миграцию и т.д. Действительно, как отмечает СП. Капица, с Земли

никто еще не улетел! Число людей N становится параметром порядка по Хакену, что

позволяет описывать процесс изменения народонаселения дифференциальным

уравнением роста

где к = 67000 является константой его модели.

415

Числами порядка к ~ 10

определяется эффективный размер группы, в которой

проявляются коллективные признаки когерентного сообщества людей. Например, таким

может быть оптимальный масштаб города или района большого города, обладающего

системной самодостаточностью, или численность устойчиво существующего вида или

популяции, занимающей определенный ареал или экологическую нишу. Таким образом, в

общем смысле параметр к отражает масштаб сообщества, имеющего генетическую или

социальную природу.

Особенность этого уравнения — квадратичная нелинейность роста. Предполагается,

что рост биологических особей обусловлен естественным механизмом увеличения их

числа путем полового размножения и поэтому зависит от числа встреч пар особей,

парными столкновениями с возможным порождением. Кроме того, сохранение исходных

взаимодействующих тел после столкновения создает возможность последующих

неоднократных столкновений. Поэтому скорость роста населения пропорциональна не

числу людей Ν, а квадрату числа людей Ν

. Как мы отмечали, это уже нелинейный закон

изменения параметра. Оказалось, что зависимость числа людей N от времени

описывается гиперболой, которая имеет асимптоту около 2010— 2025 гг. Заметим также,

что нелинейный рост привел к демографическому взрыву, людей стало больше, чем

сравнимых с ними животных.

По существу, это новый количественный закон исторического развития, известный в

синергетике как развитие системы в режиме с обострением. Оказалось, что

большинство процессов лавинообразного роста (биологические процессы, некоторые

процессы в экономике, увеличение потока информации, в том числе и возрастание

численности населения Земли) происходят не по экспоненциальному закону, а гораздо

быстрее, когда параметры системы хотя бы часть времени неограниченно возрастают за

конечное время, а это и есть знакомые нам режимы с обострением в различных

физических и математических моделях. Анализ демографических данных за много

поколений показал, что рост численности населения описывается только

гиперболической кривой.

Существенным признаком такой гиперболической модели является время обострения

t. Согласно СП. Капице оно зависит от

416

характерного параметра — среднего времени жизни человека (поколения), равного τ =

42—25 годам, и времени наступления момента обострения T

= 2025 лет:

где Τ — текущее время.

С.П. Капица вводит также понятие системного исторического времени Т

= Т— Т

которое в терминах неравновесной термодинамики открытых систем Пригожина можно

считать внутренним временем такой системы; Т

— параметр модели — время, за которое

население растет в е = 2,72 раза. Резкое возрастание численности населения, называемое

демографическим взрывом, является для таких систем неравновесным фазовым

переходом. По расчетам в рамках такой модели к 2025— 2070 гг. рост населения

достигнет своего максимального значения (асимптотически приблизится к нему) в 14

млрд человек и стабилизируется.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

247

Это явление СП. Капица называет демографическим переходом. Заметим, что в

предлагаемой гиперболической (с квадратичной нелинейностью) закономерности роста

народонаселения содержится возможность неустойчивости, смены циклов, и в том числе

демографических кризисов, что хорошо укладывается в представления о динамике

эволюции сложной самоорганизующейся системы. Интересно отметить еще одну общую

черту теории самоорганизующихся систем и рассматриваемой модели. Предложенная

закономерность роста оказывается справедливой для всей истории человечества и

действует длительное время.

Все неустойчивости развития человеческого общества через войны, эпидемии,

катастрофы, приводящие к резкому уменьшению численности людей, отражаются на

кривой роста лишь как малые отклонения от общей закономерности: проходит не очень

большое историческое время, и численность восстанавливается. Проявляется

рассмотренный ранее принцип устойчивого неравновесия, согласно которому система

развивается, оставаясь устойчивой. Квадратичная нелинейная зависимость роста

оказывается неустойчивой лишь относительно момента обострения. Огромные по нашим

меркам потери людей во время чумы в XIV в. (в Европе погибло до 50% населения) или

во Вто-

417

рой мировой войне

самим режимом роста восстанавливаются, и кривая роста

оказывается устойчивой по отношению к этим флуктуациям.

Если эта модель реальна, то у человечества появляется исторический шанс

закрепиться в своей экологической нише в природе на разумном уровне численности в 14

миллиардов. Это, конечно, не «золотой миллиард», к которому нас призывают экологи,

что обсуждалось 10 лет назад на конференции в Рио-де-Жанейро по устойчивому

развитию. Сейчас на Земле уже более 6 миллиардов человек (считается, что 12 октября

1999 г. появился 6-миллиардный житель Земли). Доказательством справедливости

модели СП. Капицы является решение «обратной» задачи: по закону изменения

численности людей в этой модели рассчитать, когда же «это все началось» и сколько

людей было «вначале».

Ориентировочный расчет показал, что «начало» человеческой истории датируется ~4,5

млрд лет назад, а число людей составляло около 100000 (тысяча стоянок по сто человек

на нашей прародине — в юго-восточной части Африки), что совпадает с данными

современной антропологии о начале антропогенеза. Любопытно отметить, что модель

СП. Капицы позволила оценить число людей, когда-либо живших на Земле, — со

времени начала антропогенеза и до 2005 г. — около 90 млрд человек.

Согласно теории режимов с обострением, примененной к развитию человечества, в

настоящее время темп течения времени в процессе роста населения имеет особенность,

описываемую гиперболическим законом, и важен процесс прохождения этой

особенности в глобальном демографическом переходе, в котором мы сейчас, согласно

этой модели, находимся. Оказывается, что ход исторического времени (внутреннего

времени для человечества как системы) протекает неравномерно. Режим с обострением

как бы управляет временем, ускоряет его. Происходит глобальное ускорение мирового

развития, что подтверждается историческими этапами развития общества: древний мир

существовал около 2500 лет, средневековье порядка 1000 лет, а наше новое время длится

около 300 лет.

В целом же временные интервалы развития процессов во Вселенной и на Земле по

современным представлениям таковы: Вселенной — 2 · 10

лет, Солнечной системе — 5

· 10

лет, жиз-

Всего в двух мировых войнах, локальных международных конфликтах и

гражданских войнах ХХ в. погибло 120—140 млн человек [128].

418

ни на Земле — 3,5 — 4,0 · 10

лет, существованию человеческого рода — 10

лет, всей

человеческой цивилизации — 10

лет. Исторические процессы идут в режиме с

обострением и приводят к сокращению длительности исторических фаз. Как указывалось

в [10, 62, 68, 69], «1 миллион лет в палеолите оказывается эквивалентным 40 годам в

наше время, т.е. по сути жизни одного поколения». Предложенная количественная

статистическая нелинейная теория роста затрагивает и другие вопросы, например,

коллективное взаимодействие людей, влияние окружающей среды и ресурсов на

человеческое общество, энергопотребления человечеством (оказалось, что суммарное

потребление энергии также пропорционально N

, т.е. происходит нелинейно!), что

позволяет сделать прогнозы о пространственном и временном распределениях населения

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

248

Земли в будущем и развить далее концепцию устойчивого развития.

Развитые представления согласно СП. Капице имеют, таким образом, более

глобальное значение, чем просто демографическая модель развития человечества. Это

связано с тем, что в настоящее время человечество проходит критическую эпоху смены

парадигм развития. Происходящий период означает завершение обширной эпохи при

глубоком изменении параметров развития человечества в исключительно короткие

исторические сроки. Поэтому можно считать, что модель СП. Капицы, описывающая

совершенно другой, по сравнению с более ранними моделями, механизм роста населения

Земли, хорошо согласуется с представлениями современного естествознания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Приведите определение понятия о филогенезе и онтогенезе.

2. Как надо понимать выражение «онтогенез повторяет филогенез»?

3. Что такое структурность и целостность в природе?

4. Как происходит эволюция популяции?

5. В чем состоит физическое представление эволюции?

6. Какова сущность синтетической теории эволюции?

7. Какие элементарные эволюционные факторы Вы знаете?

8. Каков физический смысл аксиом биологии?

9. Можете ли Вы сформулировать основные признаки живого? Дайте определение

жизни.

10. Какова модель демографического взрыва?

11. На какой основе можно описать развитие живых и неживых систем? Как это

сделать?

ЛИТЕРАТУРА

2, 4, 5, 8, 9, 10, 14, 15, 23, 38, 51, 68, 85, 87, 90, 95, 126, 135, 136, 137, 152, 156,

159.

Глава 15. ФИЗИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОЛЯ

БИОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР

15.1. Физические поля и излучения функционирующего организма

человека

Объединение естествознания на физической основе - новый этап познания

живого.

Н.В. Волькенштейн

Думать, что прοрода относиться к человеку лучше, чем к капусте,. - значит

тешить свой рассудок забавными представлениями

Ростан

Вопрос о существовании физических полей разной природы в живых организмах

представляет интерес не только с точки зрения раскрытия сущности физики живого, но и

в связи с взаимодействием их с полями окружающей среды и влиянием гелио- и

геофизических факторов на жизнедеятельность организма. Человеческий организм — это

динамическая самоуправляемая целостная система, гомеостаз (стабильность) которой

обеспечен одновременным и когерентным (согласованным) функционированием

отдельных органов и распределенных физиологических систем (системы обращения

крови, метаболизма, нейрорегуляции и др.).

Живые объекты буквально погружены в незримый океан различных физических

полей, как внешних, так и вырабатываемых самим организмом. Можно в шутку сказать,

что мы находимся в «электромагнитном бульоне», и непрерывное и нормальное

функционирование всех систем живого организма отражается в сложной картине

физических полей и излучений, исходящих из него, а также в параметрических

изменениях естественных фоновых полей и излучений, которые обычно окружают

человека. Поэтому по картине физических полей можно судить о работе

физиологических систем организма.

Любой биологический объект в процессе своей жизнедеятельности генерирует

излучения различной природы, которые, взаимодействуя с физическими полями внешней

среды, обеспечивают живому организму необходимый ему обмен информацией.

Визуализация полей и излучений из организма (сейчас в медицине уже используются

рентгеновские, ультразвуковые и томографические методы, электрокардиография,

электроэнцефалография и др.) позволяет «увидеть» динамику различных

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

249

физиологических процессов и выявить нарушения в их работе.

Физиологическая информация заключена в пространственно-временном

распределении сигналов, в их динамических изображениях. Поэтому можно образно

сказать, что физические поля в че-

420

ловеческом организме — это «рабочий стук» физиологических процессов. Любой

функционирующий орган посылает информацию по многим каналам, одни отражают

быстрые процессы (биоэлектрическая активность нейронов, мышц), другие — медленные

(микроциркуляция крови, обмен веществ и т.д.). Исследование и измерение

характеристик этих «стуков» — сигналов для диагностики состояния организма — может

дать большой объем информации.

По существу такой подход означает применение физических методов исследования к

биополю. Под биополем понимается совокупность физических полей, присущих

объектам живой и неживой природы, с помощью которых осуществляется их

взаимодействие и обмен энергией и информацией. Точные измерения и динамическое

пространственно-временное картирование этих полей, излучений и изменений фона

позволяют развить и применить новые методы ранней неинвазионной диагностики как

основы профилактической медицины, в том числе разработки соответствующей

аппаратуры. Этими вопросами интенсивно занимаются многие ученые у нас в стране и за

рубежом, однако наибольшие успехи получены учеными ИРЭ РАН под руководством

академика Ю.В. Гуляева. Согласно разработанным ими методами исследования можно

выделить восемь видов полей и излучений (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Схема физических полей в организме человека

(ИК — инфракрасное излучение, В — магнитная индукция, Ε —

напряженность электрического поля, СВЧ — излучение сверхвысокой частоты).

421

15.1.1. Электромагнитные поля и излучения живого организма

Одними из основных видов излучения являются электромагнитные поля (ЭМП) и

излучения (ЭМИ) живого организма. Это связано с возникновением, движением и

взаимодействием электрических зарядов в живом организме в процессе его

жизнедеятельности. Поля существующих электрических зарядов возникают при работе

сердца и токе крови в сосудах, при нервных и мышечных сокращениях, генерируются

при работе митохондрий в клетках и т.д., и их изменения тем самым отражают

физиологическую активность различных биологических систем. В соответствии с

теорией Максвелла для определения электромагнитных полей биологических объектов

необходимо знать обобщенную диэлектрическую проницаемость и проводимость

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

250

биологических тканей и жидкостей.

Собственное ЭМП человека влияет на окружающую среду и может изменить энергию

и направление движения свободных электронов, находящихся в области действия этого

поля. На рис. 15.2 показано распределение электрического поля в окрестности тела

человека, которое возникает за счет биоэлектри-

Рис. 15.2. Распределение вокруг человека электрического поля,

образующегося в результате биоэлектрической активности его сердца.

422

ческой активности сердца. Электрические явления характеризуются определенными

последовательностями электрических импульсов и характерными ритмами. В каждом

органе возникают свои специфические электрические колебательные процессы. В мозгу,

находящемся в состоянии активности, регулярно проявляются α-волны, носящие

ритмический характер, с частотой колебаний 9 — 10 Гц и потенциалом импульса около

45 мкВ. Характер этих волн меняется в зависимости от бодрствования или сна.

Детальные исследования закономерности сердечного ритма показали, что временные

промежутки между ударами сердца редко бывают одинаковыми. Сердцебиение больше

походит на виртуозную партию ударных инструментов, чем на равномерное тиканье

часов. Здоровое сердце, по мнению И. Ашкенази и его коллег, работает подобно

хорошему барабанщику, который в целом держит ритм, но время от времени намеренно

допускает сбои. Поскольку он ударяет обычно по барабану довольно быстро, ускорения

или запаздывания почти неразличимы на слух, но придают музыкальному исполнению

особую прелесть. Так обстоит дело и с сердцем — оно постоянно «импровизирует».

Любопытно, что некоторая хаотичность ритмов сердца характерна именно для

здорового сердца. У людей, находящихся в предынфарктном состоянии, ритм

сердцебиения становится механически точным.

Как известно, аритмия сердца опасна, но не менее опасны четко упорядоченные ритмы

биения, которые могут свидетельствовать о его болезни. Слишком регулярно бьющееся

сердце не способно гибко реагировать на изменяющиеся внешние условия, его

адаптационные возможности снижаются. Ученые сегодня приходят к заключению, что

здоровье — это тонкий баланс между хаосом и порядком. Для нормального

функционирования практически всех систем жизнедеятельности человека характерен

некоторый промежуточный режим между хаосом и порядком, режим

детерминированного хаоса.

Дыхание, биение сердца, кроветворение, ритмы сна и бодрствования, гормональные

ритмы, психическое равновесие — всем этим процессам присуща определенная мера

хаоса, необходимая для поддержания здоровья. Оказывается, что модели хаоса и

нелинейной динамики играют практическую роль в распознавании и лечении болезней.

Остается вопрос: сколько же «нужно» хаоса человеку для нормальной

жизнедеятельности? Даже прием од-

423

них и тех же лекарств может оказывать совершенно различный эффект в разное время

суток при разных фазах биологических ритмов. Активность физиологического состояния

и работоспособность человека также зависят от этих ритмов и периодически меняются в