Она была создана в последней трети 20-го века усилиями многих ученых. Если провести границы достаточно далеко от нашей открытой системы, то внутри этой большой области беспорядок все равно будет нарастать, и второе начало термодинамики остается в полном здравии. При значительном падении энтропии в системе в ней могут спонтанно (самопроизвольно) образовываться упорядоченные структуры, что и называется самоорганизацией.
Теория самоорганизации, родившаяся первоначально из рассмотрения проблем неравновесной термодинамики и конкретных задач гидродинамики, нелинейной оптики, кибернетики и т. д. впоследствии оказала громадное влияние на развитие современной физики, химии, биологии, наук о Земле, экономики, социальных и политических наук. Так, например, внедрение идей самоорганизации в теорию биологической эволюции снимает многие трудности, существовавшие в дарвинизме: отсутствие промежуточных форм между видами, крайне низкую скорость эволюции путем случайных мутаций и последующего естественного отбора и т. д.
С точки зрения математической, вовлечение в научный оборот концепции самоорганизации означает переход от линейных моделей (и уравнений) к нелинейным. Современная, очень развитая математика, умеет решать, главным образом, только линейные задачи. Они являются основой детерминистического подхода в науке, заложенного Галилеем и Ньютоном. Однако в свете достижений науки 20-го века следует признать, что мышление в линейном приближении не является адекватным по отношению к природным процессам. Множество явлений не могут быть описаны в рамках линейных моделей (бифуркации, катастрофы, динамический хаос и т. д.) Нелинейные же системы могут обладать крайне высокой чувствительностью к всегда имеющимся флуктуациям в природе (или ничтожным вариациям данных в математической модели). В результате становится невозможным предсказать состояние таких систем через некоторое время даже при наличие всех исходных данных. Таким образом, концепция детерминизма в природе за сто лет после создания статистической физики подверглась большим деформациям и ревизиям в третий раз (с учетом появившихся в начале 20-го века квантовомеханических представлений о причинности). Синергетику в ее нынешнем состоянии можно рассматривать, по мнению одного из ее создателей Хакена, как попытку обобщения дарвинизма, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир.
Творчество в любой сфере, будь то наука, искусство, производство, можно рассматривать как «антиэнтропийную акцию», понижающую хаос в духовном или материальном окружении человека. Имея это ввиду, один из создателей кибернетики Н.Винер как-то сказал: «В этом мире наша новейшая обязанность состоит в том, чтобы устраивать произвольные островки порядка и системы».
Проникновение идей самоорганизации во все сферы культуры фактически привело к смене стиля мышления. Механистический, лапласовский стиль 18-19 века сменился в начале 20-го века на статистически-вероятностный, а в конце его - на синергетический.
3. Мегамир. Центральной дисциплиной, изучающей мегамир как единое целое, является космология (от греческого kosmos - Вселенная и logos - знание). Современная космология - это астрофизическая теория происхождения и эволюции Вселенной, основанная на экспериментальных фактах, наблюдениях и фундаментальных физических теориях (общей теории относительности, физики элементарных частиц, фундаментальных взаимодействий и др.).
Далекие миры волновали человека с незапамятных времен. Это нашло отражение в древних мифах, представлениях об устройстве Вселенной. Ни одна религия не обходит своим вниманием эти вопросы. После того как на смену мифологии и религиозным верованиям пришла наука, космология стала одной из любимых естественнонаучных дисциплин для философии и философов различных направлений. В модулях 4, 5 и 6 мы проследили кратко эволюцию представлений о Вселенной от Античности до начала 20-го века. К чему же пришла современная космология, развивая идеи Эйнштейна, Фридмана, Гамова и др.? Что продолжает оставаться непознанным или трудно объяснимым?
Зарождение Вселенной в результате Большого Взрыва и последующее ее расширение большинством ученых считается надежно установленным фактом. Понятны многие детали процессов, сопровождавших эволюцию Вселенной, начиная примерно с возраста 10-4 с от момента ее расширения. Но состояние вещества, пространства и времени до этого момента пока является тайной. Дело в том, что, прокручивая мысленно кинофильм о развитии Вселенной назад, мы должны будем прийти к неограниченному росту всех ее физических характеристик (плотности вещества, температуры, напряженности всех физических полей и т.д.) по мере приближения к нулю времени, т.е. строгому моменту ее рождения. Такое состояние называется сингулярностью (особенностью) и не может устроить физиков, поскольку приводит к бесконечным значениям важнейших физических параметров Вселенной. Современная наука знает множество способов борьбы с этими «дурными бесконечностями», которые уже не раз возникали в физике. Одним из таких способов является допущение дискретности пространства при расстояниях ~10-33см и времени при Дt~10-43с. Однако проверить столь смелые гипотезы, приводящие к очередному пересмотру свойств пространства - времени (будь они доказаны) пока совершенно нечем. Для этого необходима совершенно новая физика, которая может пролить свет и на природу свойств элементарных частиц, поскольку (как это ни парадоксально) многие проблемы микро- и мегамира сводятся к одним и тем же вопросам.
Другая нерешенная проблема - дальнейшая судьба Вселенной. Будет ли она продолжать расширяться безгранично (открытые сценарии) или этот процесс через некоторое время сменится обратным и пойдет стадия сжатия (закрытый сценарий)? Легко представить тогда недоумение астрофизиков будущего, которые будут наблюдать не «красное» смещение в спектрах звезд, а «фиолетовое» и размышлять: из каких глубин космоса летит к центру вещества Вселенной и что будет, когда оно все окажется в этом центре? Выбор между закрытыми и открытыми сценариями можно сделать только при наличии данных о полной массе вещества во Вселенной (или средней его плотности, что практически одно и то же), которых пока недостаточно.
Существуют весьма обоснованные подозрения, что кроме видимых нами объектов во Вселенной существуют еще большее количество скрытых, но тоже обладающих массой, причем эта «темная масса» может в 10 или более раз превышать видимую. Теория предсказывает, что если средняя плотность вещества во Вселенной (разумеется, с учетом и темной массы) превышает некоторую критическую величину, тогда за стадией расширения неизбежно последует стадия сжатия под действием сил гравитации. В противном случае, гравитационных сил не будет хватать, чтобы остановить разлет, и он будет продолжаться бесконечно долго.
Аналогичные проблемы возникают также при анализе таких гипотетических, но достаточно широко известных публике объектов как черные дыры. С точки зрения теории ими могут быть тяжелые объекты, например отгоревшие звезды с массой в много раз превышающих солнечную. Сила тяжести около таких объектов так велика, что они стягивают все вещество в «точку». В нее как в бездонную бочку проваливается и излучение и частицы, окружающие эту звезду, и ничего уже вырваться не может (отсюда и название - черная дыра). Как же ее можно тогда обнаружить? Только по последнему «вскрику» - характерному рентгеновскому излучению, засасываемого и падающего в нее вещества. Сейчас среди известных астрофизических объектов имеется около десяти претендентов на роль черной дыры. Но это требует еще более строгих доказательств. Если они в действительности существуют (а в этом мало кто сомневается), то возможно черные дыры являются зародышем новых Вселенных или окнами в совершенно другие миры.
Существуют и более сложные проблемы в космологии, которые лежат пока вне досягаемости науки (а может быть и вовсе за пределами ее возможностей):
Чем отличалась точка, из которой зародилась Вселенная, от всех прочих?
Почему именно в «этот» момент произошел Большой Взрыв, не раньше и не позже?
Что было за секунду (час, год) до Большого Взрыва?
Что находится за пределами видимой Вселенной?
Почему Вселенная такова, какова она есть, хотя теоретически существует не одна равноценная возможность?
Почему мировые константы (гравитационная постоянная, постоянная Планка и т.д.) таковы, что именно при таком сочетании значений и возможна в принципе жизнь, и при малейших их изменениях она становится абсолютно невозможной?
Гуманитарная культура основывается главным образом на творческом, идеологическом восприятии процессов и явлений окружающего мира. Гуманитарий не использует опытного эксперимента в своем пути исследования. Скорее идет восприятие духовный, историко-культурных начал и через "дух" эпохи идет объяснение закономерностей мира. Однако не каждая гуманитарная культура может претендовать на роль научной картины мира. Даже в современном научном сообществе идет постоянный поиск критериев научности того или иного изобретения или открытия. Возникает вопрос - чем же можно отличить науку от не научного знания. Условно говоря отметим критерии научности:
- наличие объекта и предмета исследования;
-наличие границ и рамок, в каком поле идет исследование;
-наличие методики и методологии в исследовании;
-наличие специального научного аппарата исследования;
-специальные кафедры и научные институты, где работают специалисты, занимающиеся данным вопросом.
Столь условное обозначение критериев научности гуманитарной культуры можно конечно видоизменить, но с полным основанием можно отмести от науки, всякое направление, типа "магии, астрологии, гадания, хиромантии и.п." Гуманитарная культура долгие годы существовала в едином контексте с естественнонаучным направление, примерно до ХVIII века. Однако уже в ХIХ веке возник феномен как диалог двух культур.
Бывали такие случаи, когда возникал спор, что приоритетнее - естественнонаучное или гуманитарное направление, своего рода спор "лириков" и "физиков". В современном мире роль гуманитарной культуры огромна, главным образом, в распространении общекультурных, гуманных ценностей и творческих идей в преобразовании мирового сообщества.
4. Теория электромагнитного поля. Вещество и поле.
На практике при характеристике электромагнитной обстановки используют термины "электрическое поле", "магнитное поле", "электромагнитное поле". Коротко поясним, что это означает и какая связь существует между ними.
Электрическое поле создается зарядами. Например, во всем известных школьных опытах по электризации эбонита присутствует как раз электрическое поле.
Магнитное поле создается при движении электрических зарядов по проводнику.
Для характеристики величины электрического поля используется понятие напряженность электрического поля, обозначение Е, единица измерения В/м (Вольт-на-метр). Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля Н, единица А/м (Ампер-на-метр). При измерении сверхнизких и крайне низких частот часто также используется понятие магнитная индукция В, единица Тл(Тесла), одна миллионная часть Тл соответствует 1,25 А/м.
По определению, электромагнитное поле - это особая форма материи, посредством которой осуществляется воздействие между электрическими заряженными частицами. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле Е порождает магнитное поле Н, а изменяющееся Н - вихревое электрическое поле: обе компоненты Е и Н, непрерывно изменяясь, возбуждают друг друга. ЭМП неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, ЭМП "отрывается" от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника (например, радиоволны не исчезают и при отсутствии тока в излучившей их антенне).
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение, а по сути создающий электромагнитные колебания, характеризуются частотой.
Жизнь на Земле возникла, развивалась и долгое время протекала в условиях относительно слабых электромагнитных полей (ЭМП), создаваемых естественными источниками. К ним относятся электрическое и магнитное поле Земли, космические источники радиоволн (Солнце и другие звезды), процессы, происходящие в атмосфере Земли, например, разряды молнии, колебания в ионосфере. Человек тоже источник слабого ЭМП. Являясь постоянно действующим экологическим фактором, эти поля имеют определенное значение в жизнедеятельности всех организмов, в том числе и человека.
Однако, за последние 50-60 лет возник и сформировался новый значимый фактор окружающей среды - электромагнитные поля антропогенного происхождения. Их создают 2 большие группы искусственных источников:
- изделия, которые специально создавались для излучения электромагнитной энергии: радио- и телевизионные вещательные станции, радиолокационные установки, физиотерапевтические аппараты, различные системы радиосвязи, технологические установки в промышленности;
- устройства, предназначенные не для излучения электромагнитной энергии в пространство, а для выполнения какой-то иной задачи, но при работе которых протекает электрический ток, создающий паразитное излучение ЭМП. В основном это системы передачи и распределения электроэнергии (ЛЭП, трансформаторные подстанции) и приборы, потребляющие ее (электроплиты, электронагреватели, холодильники, телевизоры, осветительные приборы и т.п.).
Излучаемые этими устройствами электромагнитные поля вместе с естественными полями Земли и Космоса создают сложную и изменчивую электромагнитную обстановку. В результате суммарная напряженность ЭМП в различных точках земной поверхности увеличилась по сравнению с естественным фоном в 100-10000 раз. Особенно резко она возросла вблизи ЛЭП, радио- и телевизионных станций, средств радиолокации и радиосвязи, различных энергетических и энергоемких установок, городского электротранспорта. В масштабах эволюционного прогресса этот колоссальный рост напряженности ЭМП можно рассматривать как одномоментный скачок с плохо предсказуемыми биологическими последствиями.
Вещество и поле - фундаментальные физические понятия, обозначающие два основных вида материи на макроскопическом уровне:
Вещество - совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено);
поле - вид материи, характеризующейся непрерывностью и имеющей нулевую массу покоя (электромагнитное поле и поле тяготения - гравитационное). Открытие поля как вида материи имело огромное философское значение, т. к. обнаружило несостоятельность метафизического отождествления материи с веществом. Разработка Лениным диалектико-материалистического определения материи во многом опиралась на философское обобщение развития учения о поле. На субатомном уровне (т. е. на уровне элементарных частиц) различие вещества и поля становится относительным. Поле (электромагнитное и гравитационное) утрачивают чисто непрерывный характер: им необходимо соответствуют дискретные образования - кванты (фотоны и гравитоны). А элементарные частицы, из которых состоит вещество - протоны, нейтроны, электроны, мезоны и т. д. - выступают как кванты соответствующих нуклонных, мезонных и др. полей и утрачивают свой чисто дискретный характер. Неправомерно на субатомном уровне различать вещество и поле и по наличию или отсутствию массы покоя, т. к. нуклонные, мезонные и т. д. поля обладают массой покоя. В современной физике поля и частицы выступают как две неразрывно связанные стороны микромира, как выражение единства корпускулярных (дискретных) и волновых (континуальных, непрерывных) свойств микрообъектов. Представления о поле выступают также как основа для объяснения процессов взаимодействия, воплощая принцип близкодействия.
Основные характеристики вещества и поля
1. Вещество и поле различаются по массе покоя
Частицы вещества обладают массой покоя, электромагнитное и гравитационное поля - нет. Однако в микромире каждому полю сопоставляется частица (квант этого поля) и каждая частица рассматривается как квант соответствующего поля. Для ядерных полей (мезонного, нуклонного и т.д.) это различие уже неверно - кванты этих полей обладают конечной массой покоя.
2. Вещество и поле различаются по закономерностям движения
Скорость распространения электромагнитного и гравитационного полей всегда равна скорости света в пустоте (с), а скорость движения частиц вещества всегда меньше с. Однако наличие ядерных полей ликвидирует и эту границу. Для квантов этих полей как раз характерна невозможность движения со скоростью, равной с .
3. Вещество и поле различаются по степени проницаемости
Вещество мало проницаемо, электромагнитное и гравитационное поля - наоборот.
На уровне микромира и эта граница исчезнет. Для таких частиц, как нейтрино, вещество оказывается весьма проницаемым, с другой стороны, ядерные поля могут обладать очень малой проницаемостью.
4. Вещество и поле различаются по степени концентрации массы и энергии
Очень большая - у частиц вещества и очень малая - у электромагнитного и гравитационного полей. В микромире и это различие стирается. Ядерные поля обладают огромной концентрацией массы и энергии, и даже кванты электромагнитного поля могут достигать концентраций энергии, значительно превосходящих таковую у частиц вещества.
5. Вещество и поле различаются как корпускулярная и волновая сущности
Это различие исчезает на уровне микропроцессов. Частицы вещества обладают волновыми свойствами, а непрерывное в макроскопических процессах электромагнитное поле обнаруживает на уровне микромира свой корпускулярный аспект.
Общий вывод:
Различие вещества и поля верно характеризует реальный мир в макроскопическом приближении. Это различие не является абсолютным и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность. В микромире понятия «частицы» (вещество) и «волны» (поля) выступают как дополнительные характеристики, выражающие внутренне противоречивую сущность микрообъектов.
