Страница:
подает тебе знак, что хочет вступить в общение с тобой. И если вспомнишь
забытое, это значит, что то сообщение, которое этот кто-то хотел тебе
передать, достигло тебя! Но имей в виду, то, что ты забыл, всегда немного
изменено, и когда наконец ты вызовешь забытое в своем сознании, то, что ты
вспомнил, всегда будет немного отличаться от того, что выцвело в твоей
памяти... И именно в этой разнице и кроется сообщение (М. Павич, Ящик для
письменных принадлежностей, Как быстро и легко забыть сербский за семь
уроков).
Другой чрезвычайно интересный (и до конца не проясненный) вопрос,
связанный со вторым началом термодинамики - это вопрос о роли начальных и
граничных условий к законам физики. По-видимому, впервые он был поставлен в
четкой форме в 1909 г. В. Ритцем в полемике с А. Эйнштейном. Сами по себе
основные законы электромагнетизма - уравнения Максвелла - обратимы, однако
реально (на что обратил внимание Ритц) мы всегда рассматриваем в качестве
допустимых лишь часть возможных решений, соответствующих так называемым
запаздывающим волнам, и отбрасываем опережающие волны. Так, для
колеблющегося заряда запаздывающие решения уравнений Максвелла соответствуют
волнам, распространяющимся во все стороны от заряда, а опережающие -
сходящимся к заряду. Уравнения Максвелла действительно имеют такие решения,
но мы их обычно отбрасываем как не соответствующие реальности, что и
является истинным источником необратимости.
С другой стороны, Дж. Уилер и Р. Фейнман показали, что все результаты
классической электродинамики могут быть получены при использовании обратимых
во времени решений уравнений Максвелла, равных полусумме опережающих (идущих
из будущего!) и запаздывающих решений. При этом, в соответствии с позицией,
отстаиваемой Эйнштейном в полемике с Ритцем, необратимое поведение возникает
только в результате операции усреднения по состояниям поглотителей. Более
того, такой подход, сохраняя все достижения теории Максвелла, свободен от
ряда трудностей, например, от проблемы бесконечной собственной энергии
электрона. При переходе к квантовому случаю ситуация, правда, опять
радикально изменяется. Дело в том, что принцип отбора решений, аналогичный
использованию лишь запаздывающих волн, глубоко заложен в основах современной
квантовой теории поля. Этот принцип - сам по себе, без какой-либо
конкретизации законов динамики - приводит к так называемым дисперсионным
соотношениям, выражающим причинность; их следствия неизменно подтверждались
во всех выполненных до настоящего времени экспериментах. В то же время, до
сих пор никем не построена удовлетворительная квантовая версия
электродинамики Уилера-Фейнмана, и неясно, можно ли это сделать в принципе.
Отметим еще, что использование опережающих решений лежит в основе упомянутой
в гл.11 трансакционной интерпретации квантовой механики, согласно которой
каждый акт измерения в определенном смысле изменяет прошлое системы.
Вопрос об однозначности и определенности прошлого (а не только
будущего) может быть поставлен и по отношению к человеческой истории. В
частности, здесь можно спросить, так ли уж важна историческая достоверность
священных текстов (например, Библии), или они имеют более важные функции
(см. гл.5, 8). Сюда же относится вопрос о правильном понимании древних
мифов, преданий и летописей.
Этический аспект необратимости обсуждался О. Вейнингером, который
противопоставлял ограниченность власти человека только над настоящим
всемогуществу Бога (для Него вечность и настоящее сливаются).
Односторонность времени... и есть причина отвращения к возвращающимся,
вращательным формам движения. Эта форма движения, как оказалось, не этична.
Причина односторонности времени должна, следовательно, лежать в области
морали... Безнравственно дважды сказать одно и то же... Безнравственно
желать изменить прошлое... Ложь - это желание власти над прошлым... Жизнь
невозвратима; нет обратного пути от смерти к рождению. Проблема
односторонности времени - это вопрос о смысле жизни (Проблема времени).
Утверждение Вейнингера о безнравственности желания изменить прошлое, к
сожалению, блестяще подтверждено историческим опытом XX века. Переписывание
прошлого в связи с политической конъюнктурой широко практиковалось, в
частности, в России - как в советский период, так и, с противоположных
позиций - в постсоветское время. Эта тема является одной из основных в
знаменитом романе Дж. Оруэлла "1984", в котором тоталитарное государство
непрерывно занимается фальсификацией всех источников в соответствии с
сиюминутной "линией Партии", а неизбежные при этом нестыковки и противоречия
успешно объясняются происками врагов.
Влияние будущего на прошлое является излюбленным сюжетом научной
фантастики; размышляли на эту тему и более "серьезные" авторы. Следующие
поэтические отрывки подчеркивают ее эмоциональную значимость.
Настоящее и прошедшее,
Наверно, содержатся в будущем,
А будущее заключалось в прошедшем.
Если время суще в себе,
Время нельзя искупить.
...Несбывшееся и сбывшееся
Приводят всегда к настоящему.
Эхом в памяти отдаются шаги
В тупике, куда мы не свернули
К двери в сад, которую не открывали.
(Т.С. Элиот)
В череду наших дней
Иногда ударяли молнии.
В разрывах мелькало
То, что должно свершиться,
Мы прикасались к тому,
Что рвалось к нам из будущего.
Наша походка
Становилась чуточку тверже,
И немного отодвигалось место,
Где предстоит нам упасть.
Жаль что редко случались молнии.
(Э. Гильвик, Молнии)
В феноменологических подходах, развивавшихся Пригожиным и др., влияние
"будущего" определяется так называемым аттрактором - состоянием, к которому
стремится система. Дискуссионность всех этих вопросов показывает, что даже в
рамках чисто естественнонаучного подхода проблема необратимости (взаимосвязи
прошлого и будущего) далека от удовлетворительного решения.
15.3 Эволюция и конец времени
Что за смех, что за радость, когда весь мир горит? Покрытые тьмой,
почему вы не ищете света? (Дхаммапада, Глава о старости, 146)
Аллах сжимает и щедро дает и к Нему вы будете возвращены (Коран 2:245).
Когда наступит великая смерть, осуществится великая жизнь (дзен).
Кто говорит, что... начало тождественно концу, а конец есть мера
начала, - да будет анафема (V Вселенский Собор, 553 г.).
Мы прошли разряды насекомых с наливными рюмочками глаз.
Он сказал: природа вся в разломах, зренья нет - ты зришь последний раз.
Он сказал: довольно полнозвучья - ты напрасно Моцарта любил,
Наступает глухота паучья, здесь провал сильнее наших сил.
И от нас природа отступила - так, как будто мы ей не нужны,
И продольный мозг она вложила, словно шпагу, в темные ножны.
И подъемный мост она забыла, опоздала опустить для тех,
У кого зеленая могила, красное дыханье, гибкий смех...
(О. Мандельштам)
Вопрос о механизмах эволюционного развития является одним из самых
сложных (и, пожалуй, одним из наиболее важных) в современной науке.
Последняя исходит из признания факта появления все более и более сложных
структур во Вселенной с течением времени: от однородной горячей
водородно-гелиевой плазмы к галактикам, звездам и планетам; от неживой
материи к живым организмам, и, наконец, от "примитивной" психики животных -
к разуму. Надо, однако, подчеркнуть, что только первый из отмеченных здесь
"скачков" в эволюции материи действительно достаточно хорошо изучен
естественнонаучными методами (см., напр., книгу Я.Б. Зельдовича и И.Д.
Новикова "Строение и эволюция Вселенной").
Решение Фридмана (см. раздел 15.1), в зависимости от плотности вещества
во Вселенной, дает три варианта эволюции - бесконечное расширение
(пространство искривлено как поверхность седла и бесконечно; дальнейшая
эволюция такой Вселенной, напоминающая тепловую, точнее, "холодную" смерть,
обсуждается в работе Ф.Дайсона "Время без конца: физика и биология в
открытой Вселенной", впрочем достаточно оптимистичной), расширение с
последующим сжатием и сгоранием (пространство конечно и замкнуто, время -
отрезок, имеющий начало и конец, что соответствует восточной концепции
циклов), и "промежуточный" вариант, когда пространство евклидово (плоское).
Вопрос о выборе модели зависит от распределения вещества во Вселенной -
здесь многое определяется количеством "темной" материи, обнаруживаемой в
астрономических наблюдениях по косвенным данным; физическая природа ее в
настоящее время неясна. По-видимому, плотность вещества в целом близка к
критической, и скорость расширения мала: при слишком быстрой эволюции
Вселенной просто не хватило бы времени для формирования галактик, звезд и
планет. По словам С. Хокинга,
... Уменьшение скорости расширения на одну единицу в 10[12]
в тот момент, когда температура Вселенной была 10[10] К, привело
бы к тому, что вселенная бы снова начал сжиматься, когда ее радиус составлял
бы только 1/300 нынешнего значения, а температура была бы только
10000[0]К.
Согласно последним данным, наиболее вероятен сценарий с бесконечным
расширением Вселенной (см., напр., А. Волков, Впишите в хронологию слово
"вечность", Знание-сила, 2000, N1, с.36); при этом в определенном смысле
возрождается концепция космологической постоянной Эйнштейна (раздел 15.1). В
то же время Вселенная не отождествляется с ее наблюдаемой частью (для
которой используется термин Метагалактика) и допускается возможность разных
условий в разных метагалактиках.
В настоящее время представляется более правдоподобным, что Вселенная в
целом будет существовать вечно, нескончаемо порождая новые и новые
экспоненциально большие области, в которых законы низкоэнергетического
взаимодейcтвия элементарных частиц и даже эффективная размерность
пространства-времени могут быть различны. Мы не знаем, может ли жизнь
неограниченно долго развиваться в каждой отдельной такой области, но мы
знаем наверняка, что жизнь снова и снова будет зарождаться в разных областях
Вселенной во всех своих возможных видах... Действие все еще продолжается и,
скорее всего, оно будет продолжаться вечно. В разных частях Вселенной разные
зрители наблюдают его бесконечные вариации (А.Д. Линде, Физика элементарных
частиц и инфляционная космология, с. 262).
В "синергетическом" подходе Пригожина (см. ниже) слабо связанные части
Вселенной (миры) могут обладать разным временем и находиться на разных
стадиях эволюции.
Теперь уместно перейти к подробному обсуждению важного
мировоззренческого обобщения современной науки, которое получило название
антропный принцип. По формулировке американского физика Дж. Уилера, "не
только человек приспособлен к Вселенной, но и Вселенная приспособлена к
человеку". В частности, масса нейтрона чуть больше, чем сумма масс протона и
электрона, и поэтому в обычных условиях атом водорода стабилен
(соответствует минимуму энергии), а нейтрон - нет. Если бы соотношение масс
было бы обратным (что не противоречит никаким из известных в настоящее время
фундаментальным физическим законам), Вселенная состояла бы главным образом
из нейтронов, и ни химия, ни биология в известных нам формах не существовали
бы. Ниже мы приведем и другие примеры, которые свидетельствуют, что
структура Вселенной весьма чувствительна к значениям фундаментальных
констант, причем их заметное изменение делает существование человека
невозможным. Как отмечалось в главе 11, в свете антропного принципа можно
объяснить даже факт трехмерности пространства.
Для человека, верящего в Божественный промысел, антропный принцип
выглядит очень естественно. Как обсуждалось в главе 12, современная наука,
начиная с Дарвина старающаяся объяснять целесообразность в природе случайным
перебором возможностей, выдвинула концепцию множественного рождения
вселенных (точнее, метагалактик), лишь незначительная часть которых имеет
условия, благоприятные для разумной жизни. По формулировке российского
космолога А. Зельманова, "мы являемся свидетелями процессов определенного
типа, потому что процессы другого типа протекают без свидетелей". Впрочем, и
здесь возникают ассоциации не столько с позитивистской "дарвиновской"
наукой, сколько с каббалистическими "искрами" и с "сосудами стеклянными и
глиняными" (см. главу 14).
Лепящий черепа таинственный гончар
Особый проявил к сему искусству дар:
На скатерть бытия он опрокинул чашу
И в ней пылающий зажег страстей пожар.
(О. Хайям)
Ключевую роль в эволюции Вселенной после отделения вещества от
излучения (гл.14) играет известное в классической механике явление
гравитационной неустойчивости. Грубо говоря, так как гравитация - это всегда
притяжение, случайное возрастание плотности вещества в какой-то области
пространства неизбежно приведет, за счет гравитационных сил, к дальнейшему
возрастанию плотности и к расслоению первоначально однородного распределения
вещества. Таким образом, возникают скопления галактик, затем галактики, и,
наконец, звезды. В конечном счете, именно за счет гравитационной энергии
внутренности протозвезд разогреваются до температур, когда становятся
возможными термоядерные реакции и начинается химическая эволюция Вселенной -
приготовление тяжелых элементов.
Вначале звезды представляют собой водородно-гелиевые шары, сжавшиеся и
разогревшиеся до такой степени, что в их центральной области начинаются
термоядерные реакции, то есть процессы слияния легких ядер в более тяжелые с
выделением большого количества энергии. Единственным типом таких реакций в
звездах первого поколения является так называемый "протонный цикл", в
результате которого из четырех протонов (ядер водорода) синтезируется одна
альфа-частица (ядро гелия). Когда весь водород "сгорает", звезда
превращается в красный гигант. В дальнейшем начинается реакция слияния трех
ядер гелия в ядро углерода и цепочка сложных реакций синтеза, в процессе
которых возникают самые стабильные ядра - ядра железа (см. Нобелевскую
лекцию Фаулера в списке литературы). При определенных условиях звезда
заканчивает свое существование в виде вспышки Сверхновой, в результате
которой синтезируются элементы тяжелее железа (вплоть до трансурановых), и
все "наработанные" в процессе эволюции элементы рассеиваются в космическое
пространство. Соответственно звезды следующего поколения наряду с водородом
и гелием содержат в небольшом количестве и более тяжелые элементы. Те
элементы, из которых состоят планеты земного типа, а также те, которые
образуют химическую основу жизни, формируются в процессе звездной эволюции.
При этом ключевой является реакция слияния трех ядер гелия в ядро углерода
(по ряду причин слияние двух ядер гелия не приводит к появлению устойчивых
ядер). Вероятность таких процессов столкновения трех частиц, вообще говоря,
мала. Ф. Хойл и Э. Солпитер показали, что углерод синтезируется в звездах в
заметных количествах только благодаря "случайному" обстоятельству (антропный
принцип!): из-за особенности энергетической структуры ядра углерода этот
процесс носит резонансный характер. Если бы значения фундаментальных
физических констант существенно отличались от реализующихся в нашей
Вселенной, вероятность синтеза углерода и более тяжелых элементов была бы
намного меньше и Вселенная состояла бы почти из чистой водородно-гелиевой
смеси. В такой Вселенной жизнь в ее земных формах была бы безусловно
исключена.
Разумеется, многие важные детали космогонических процессов до сих пор
неясны, но принципиальных трудностей здесь по-видимому нет. В то же время,
вопрос о эволюции живого и особенно о происхождении жизни является
чрезвычайно трудным, а сама возможность его корректного рассмотрения в
рамках естественных наук не доказана, хотя материалистически настроенные
биологи и психологи и проявляют здесь оптимизм.
По мнению некоторых авторов, выражение "нисходить", возможно, связано и
с тем, что в древности любили выводить свое происхождение от богов. Что
древо жизни растет не сверху вниз, а снизу вверх - это, до Дарвина,
ускользало от внимания людей. Так что слово "нисхождение" означает нечто,
как раз обратное тому, что оно хотело бы означать: его можно отнести к тому,
что наши предки в свое время в самом буквальном смысле спустились с
деревьев. Именно это они и сделали, хотя - как мы теперь знаем - еще задолго
до того, как стали людьми. Немногим лучше обстоит дело и со словами
"развитие", "эволюция". Они тоже вошли в обиход в то время, когда мы не
имели понятия о возникновении видов в ходе эволюции, а знали только о
возникновении отдельного организма из яйца или из семени. Цыпленок
развивается из яйца или подсолнух из семечка в самом буквальном смысле, т.е.
из зародыша не возникает ничего такого, что не было в нем упрятано с самого
начала. Великое Древо Жизни растет совершенно иначе. Хотя древние формы
являются необходимой предпосылкой для возникновения их более развитых
потомков, этих потомков никоим образом нельзя вывести из исходных форм,
предсказав их на основе особенностей этих форм. То, что из динозавров
получились птицы или из обезьян люди, - это в каждом случае исторически
единственное достижение эволюционного процесса, который хотя в общем
направлен ввысь - согласно законам, управляющим всей жизнью, - но во всех
своих деталях определяется так называемой случайностью, т.е. бесчисленным
множеством побочных причин, которые в принципе невозможно охватить во всей
полноте...
Несмотря на все достижения биохимии и вирусологии, поистине великие и
глубоко волнующие, возникновение жизни остается - пока! - самым загадочным
из всех событий. Различие между органическими и неорганическими процессами
удается изложить лишь "инъюнктивным" определением, т.е. таким, которое
заключает в себе несколько признаков живого, создающих жизнь только в их
общем сочетании. Каждый из них в отдельности - как, например, обмен веществ,
рост, ассимиляция и т.д. - имеет и неорганические аналоги. Когда мы
утверждаем, что жизненные процессы суть процессы физические и химические,
это безусловно верно. Нет никаких сомнений, что они в принципе объяснимы в
качестве таковых вполне естественным образом. Для объяснения их особенностей
не нужно обращаться к чуду, так как сложность молекулярных и прочих
структур, в которых эти процессы протекают, вполне достаточна для такого
объяснения. Зато не верно часто звучащее утверждение, будто жизненные
процессы - это в сущности процессы химические и физические... Как раз "в
сущности" - т.е. с точки зрения того, что характерно для этих процессов и
только для них, - они представляют собой нечто совершенно иное, нежели то,
что обычно понимается под физико-химическими процессами (К. Лоренц,
Агрессия).
Если все-таки попытаться отделить доказанное от предполагаемого, то
можно отметить, что с самым ранним этапом эволюции (еще химической, а не
биологической!) дело обстоит относительно благополучно. По-видимому,
достаточно надежно продемонстрирована возможность появления весьма сложных
органических соединений в условиях, предположительно соответствующих
атмосфере и гидросфере первобытной Земли. С другой стороны, обстоятельства
решающего шага - появления самовоспроизводящихся структур из белков и
нуклеиновых кислот - неясны совершенно. Дарвиновская гипотеза об
естественном отборе как основном механизме прогрессивной биологической
эволюции также вызывает ряд вопросов. Основная проблема здесь, по существу,
является количественной - хватает ли времени существования Земли (не более
4.5-5 миллиардов лет) для превращения первичного бульона, состоящего из
относительно простых молекул, в современную биосферу, включая человека,
кальмара, муравьев и т.д.
Математическое рассмотрение показывает, что скоординированные мутации
нескольких признаков крайне маловероятны и требуют астрономического числа
поколений, особенно для типичного случая, когда признаки не доминантны, а
рецессивны. Однако именно такие мутации необходимы для формирования
уникальных составных структур организма (например, глаза), а также сложных
форм инстинктивного поведения. В итоге дарвиновский механизм отбора,
вероятно, не способен объяснить формирование таких составных признаков "по
частям", поскольку полезными и целесообразными они становятся только как
целое. Поэтому физики и математики (например, Г. Вейль, Дж. фон Нейман)
часто занимают здесь гораздо более скептическую позицию, чем большинство
биологов и биофизиков, которые обычно ограничиваются феноменологическим
описанием эволюции на языке простых дифференциальных уравнений.
Мне рассказывали о беседе математика и квантового теоретика фон Неймана
с одним биологом по этому вопросу. Биолог был убежденным приверженцем
современного дарвинизма, фон Нейман относился к дарвинизму с недоверием.
Математик подвел биолога к окну своего кабинета и сказал: "Вы видите вон там
на холме прекрасный белый дом? Он возник случайно. В течение миллионов лет
геологические процессы образовали этот холм, деревья вырастали, сохли,
разлагались и снова вырастали, потом ветер покрыл вершину холма песком,
камни туда забросило, наверное, каким-то вулканическим процессом, и они
случайно вдруг легли друг на друга в определенном порядке. Так все и шло.
Естественно, в ходе истории Земли благодаря этим случайным неупорядоченным
процессам возникало большею частью все время что-то другое, но однажды через
много, много времени возник этот дом, потом в него вселились люди и живут в
нем сейчас". Биологу было, разумеется, немного не по себе от такой логики
(В. Гейзенберг, Физика и философия, с.236).
Эта цитата напоминает известное талмудическое предание (мидраш), где в
доказательство сотворенности мира р.Акива показывает свиток с прекрасным
каллиграфическим текстом и говорит, что это всего лишь клякса, которую он
нечаянно пролил из чернильницы. Впрочем, надо сказать что к "обычной"
дарвиновской эволюционной теории критически относились и такие выдающиеся
биологи как Тимофеев-Ресовский, Любищев и другие.
Другой количественный вопрос связан с возможностью хранения всей
информации о человеке (более того, как обсуждалось в главе 12, памяти рода и
даже всего мира) в рамках генной структуры. Как показывают простые
(по-видимому, завышенные) оценки (см., напр., К.Саган, Драконы Эдема, М.,
Знание, 1986), информация, содержащаяся в хромосоме человека, не превышает
нескольких гигабайт, что соответствует нескольким тысячам книг стандартного
объема. Еще несколько лет назад этот объем информации казался колоссальным и
требовал для размещения и работы электронно-вычислительных машин, занимавших
целые здания. Однако теперь такая информация легко размещается в памяти
персонального компьютера. В настоящее время завершается расшифровка
генетического кода (генома) человека, и вскоре мы увидим, к каким
последствиям она реально приведет. Данный вопрос аналогичен проблеме
взаимоотношения сознания и мозга - гены можно рассматривать и как
символы-приемники. Интересен также тот факт, что "сложность" генетического
аппарата (например, количество хромосом) не слишком коррелирует с тем,
насколько данный вид является высокоразвитым (отличие человека от мухи не
радикально). Это наводит некоторых биологов на мысль, что геном любого
живого организма уже заранее содержит в себе весь потенциал эволюции.
Помимо аргументов со стороны математики и здравого смысла, против
простой теории эволюции возможны также серьезные философские и эстетические
возражения.
Когда людям впервые пришло в голову, что мир, быть может, не скреплен
великой целью, а слепо катится неизвестно куда, надо было довести мысль до
конца: если это верно, ни один поэт уже не вправе бежать, как в свой дом, в
зеленые луга и обращаться за вдохновением к синеве небес... Если исчезает
даже смутная мысль о сознательной цели, многоцветный осенний линдшафт ничем
не отличается от многоцветной мусорной кучи. Такое восприятие мира, словно
прогрессивный паралич, все больше сковывает тех новых поэтов, которые не
пришли к христианству...Так доходят они до кошмарного ощущения: сама природа
противоестественна. Быть может, именно поэтому многие из них тщетно пытаются
воспеть технику - ведь тут еще никто не оторвал результат от замысла. Никто
не доказал, что моторы возникли сами собой из железного лома, а из всех
машин выжили в борьбе только те, у которых случайно развился карбюратор
(Г.К. Честертон, Автобиография).
В последнее время, прежде всего усилиями И. Пригожина и его школы, а
также многочисленных "синергетиков" был получен ряд интересных результатов в
области теории формирования так называемых диссипативных структур. Было
показано, что в открытых термодинамических системах (то есть обменивающихся
энергией и веществом с внешним миром), далеких от состояния
термодинамического равновесия, возможно возникновение неоднородных
(например, периодических) распределений концентрации, температуры и т.д. При
забытое, это значит, что то сообщение, которое этот кто-то хотел тебе
передать, достигло тебя! Но имей в виду, то, что ты забыл, всегда немного
изменено, и когда наконец ты вызовешь забытое в своем сознании, то, что ты
вспомнил, всегда будет немного отличаться от того, что выцвело в твоей
памяти... И именно в этой разнице и кроется сообщение (М. Павич, Ящик для
письменных принадлежностей, Как быстро и легко забыть сербский за семь
уроков).
Другой чрезвычайно интересный (и до конца не проясненный) вопрос,
связанный со вторым началом термодинамики - это вопрос о роли начальных и
граничных условий к законам физики. По-видимому, впервые он был поставлен в
четкой форме в 1909 г. В. Ритцем в полемике с А. Эйнштейном. Сами по себе
основные законы электромагнетизма - уравнения Максвелла - обратимы, однако
реально (на что обратил внимание Ритц) мы всегда рассматриваем в качестве
допустимых лишь часть возможных решений, соответствующих так называемым
запаздывающим волнам, и отбрасываем опережающие волны. Так, для
колеблющегося заряда запаздывающие решения уравнений Максвелла соответствуют
волнам, распространяющимся во все стороны от заряда, а опережающие -
сходящимся к заряду. Уравнения Максвелла действительно имеют такие решения,
но мы их обычно отбрасываем как не соответствующие реальности, что и
является истинным источником необратимости.
С другой стороны, Дж. Уилер и Р. Фейнман показали, что все результаты
классической электродинамики могут быть получены при использовании обратимых
во времени решений уравнений Максвелла, равных полусумме опережающих (идущих
из будущего!) и запаздывающих решений. При этом, в соответствии с позицией,
отстаиваемой Эйнштейном в полемике с Ритцем, необратимое поведение возникает
только в результате операции усреднения по состояниям поглотителей. Более
того, такой подход, сохраняя все достижения теории Максвелла, свободен от
ряда трудностей, например, от проблемы бесконечной собственной энергии
электрона. При переходе к квантовому случаю ситуация, правда, опять
радикально изменяется. Дело в том, что принцип отбора решений, аналогичный
использованию лишь запаздывающих волн, глубоко заложен в основах современной
квантовой теории поля. Этот принцип - сам по себе, без какой-либо
конкретизации законов динамики - приводит к так называемым дисперсионным
соотношениям, выражающим причинность; их следствия неизменно подтверждались
во всех выполненных до настоящего времени экспериментах. В то же время, до
сих пор никем не построена удовлетворительная квантовая версия
электродинамики Уилера-Фейнмана, и неясно, можно ли это сделать в принципе.
Отметим еще, что использование опережающих решений лежит в основе упомянутой
в гл.11 трансакционной интерпретации квантовой механики, согласно которой
каждый акт измерения в определенном смысле изменяет прошлое системы.
Вопрос об однозначности и определенности прошлого (а не только
будущего) может быть поставлен и по отношению к человеческой истории. В
частности, здесь можно спросить, так ли уж важна историческая достоверность
священных текстов (например, Библии), или они имеют более важные функции
(см. гл.5, 8). Сюда же относится вопрос о правильном понимании древних
мифов, преданий и летописей.
Этический аспект необратимости обсуждался О. Вейнингером, который
противопоставлял ограниченность власти человека только над настоящим
всемогуществу Бога (для Него вечность и настоящее сливаются).
Односторонность времени... и есть причина отвращения к возвращающимся,
вращательным формам движения. Эта форма движения, как оказалось, не этична.
Причина односторонности времени должна, следовательно, лежать в области
морали... Безнравственно дважды сказать одно и то же... Безнравственно
желать изменить прошлое... Ложь - это желание власти над прошлым... Жизнь
невозвратима; нет обратного пути от смерти к рождению. Проблема
односторонности времени - это вопрос о смысле жизни (Проблема времени).
Утверждение Вейнингера о безнравственности желания изменить прошлое, к
сожалению, блестяще подтверждено историческим опытом XX века. Переписывание
прошлого в связи с политической конъюнктурой широко практиковалось, в
частности, в России - как в советский период, так и, с противоположных
позиций - в постсоветское время. Эта тема является одной из основных в
знаменитом романе Дж. Оруэлла "1984", в котором тоталитарное государство
непрерывно занимается фальсификацией всех источников в соответствии с
сиюминутной "линией Партии", а неизбежные при этом нестыковки и противоречия
успешно объясняются происками врагов.
Влияние будущего на прошлое является излюбленным сюжетом научной
фантастики; размышляли на эту тему и более "серьезные" авторы. Следующие
поэтические отрывки подчеркивают ее эмоциональную значимость.
Настоящее и прошедшее,
Наверно, содержатся в будущем,
А будущее заключалось в прошедшем.
Если время суще в себе,
Время нельзя искупить.
...Несбывшееся и сбывшееся
Приводят всегда к настоящему.
Эхом в памяти отдаются шаги
В тупике, куда мы не свернули
К двери в сад, которую не открывали.
(Т.С. Элиот)
В череду наших дней
Иногда ударяли молнии.
В разрывах мелькало
То, что должно свершиться,
Мы прикасались к тому,
Что рвалось к нам из будущего.
Наша походка
Становилась чуточку тверже,
И немного отодвигалось место,
Где предстоит нам упасть.
Жаль что редко случались молнии.
(Э. Гильвик, Молнии)
В феноменологических подходах, развивавшихся Пригожиным и др., влияние
"будущего" определяется так называемым аттрактором - состоянием, к которому
стремится система. Дискуссионность всех этих вопросов показывает, что даже в
рамках чисто естественнонаучного подхода проблема необратимости (взаимосвязи
прошлого и будущего) далека от удовлетворительного решения.
15.3 Эволюция и конец времени
Что за смех, что за радость, когда весь мир горит? Покрытые тьмой,
почему вы не ищете света? (Дхаммапада, Глава о старости, 146)
Аллах сжимает и щедро дает и к Нему вы будете возвращены (Коран 2:245).
Когда наступит великая смерть, осуществится великая жизнь (дзен).
Кто говорит, что... начало тождественно концу, а конец есть мера
начала, - да будет анафема (V Вселенский Собор, 553 г.).
Мы прошли разряды насекомых с наливными рюмочками глаз.
Он сказал: природа вся в разломах, зренья нет - ты зришь последний раз.
Он сказал: довольно полнозвучья - ты напрасно Моцарта любил,
Наступает глухота паучья, здесь провал сильнее наших сил.
И от нас природа отступила - так, как будто мы ей не нужны,
И продольный мозг она вложила, словно шпагу, в темные ножны.
И подъемный мост она забыла, опоздала опустить для тех,
У кого зеленая могила, красное дыханье, гибкий смех...
(О. Мандельштам)
Вопрос о механизмах эволюционного развития является одним из самых
сложных (и, пожалуй, одним из наиболее важных) в современной науке.
Последняя исходит из признания факта появления все более и более сложных
структур во Вселенной с течением времени: от однородной горячей
водородно-гелиевой плазмы к галактикам, звездам и планетам; от неживой
материи к живым организмам, и, наконец, от "примитивной" психики животных -
к разуму. Надо, однако, подчеркнуть, что только первый из отмеченных здесь
"скачков" в эволюции материи действительно достаточно хорошо изучен
естественнонаучными методами (см., напр., книгу Я.Б. Зельдовича и И.Д.
Новикова "Строение и эволюция Вселенной").
Решение Фридмана (см. раздел 15.1), в зависимости от плотности вещества
во Вселенной, дает три варианта эволюции - бесконечное расширение
(пространство искривлено как поверхность седла и бесконечно; дальнейшая
эволюция такой Вселенной, напоминающая тепловую, точнее, "холодную" смерть,
обсуждается в работе Ф.Дайсона "Время без конца: физика и биология в
открытой Вселенной", впрочем достаточно оптимистичной), расширение с
последующим сжатием и сгоранием (пространство конечно и замкнуто, время -
отрезок, имеющий начало и конец, что соответствует восточной концепции
циклов), и "промежуточный" вариант, когда пространство евклидово (плоское).
Вопрос о выборе модели зависит от распределения вещества во Вселенной -
здесь многое определяется количеством "темной" материи, обнаруживаемой в
астрономических наблюдениях по косвенным данным; физическая природа ее в
настоящее время неясна. По-видимому, плотность вещества в целом близка к
критической, и скорость расширения мала: при слишком быстрой эволюции
Вселенной просто не хватило бы времени для формирования галактик, звезд и
планет. По словам С. Хокинга,
... Уменьшение скорости расширения на одну единицу в 10[12]
в тот момент, когда температура Вселенной была 10[10] К, привело
бы к тому, что вселенная бы снова начал сжиматься, когда ее радиус составлял
бы только 1/300 нынешнего значения, а температура была бы только
10000[0]К.
Согласно последним данным, наиболее вероятен сценарий с бесконечным
расширением Вселенной (см., напр., А. Волков, Впишите в хронологию слово
"вечность", Знание-сила, 2000, N1, с.36); при этом в определенном смысле
возрождается концепция космологической постоянной Эйнштейна (раздел 15.1). В
то же время Вселенная не отождествляется с ее наблюдаемой частью (для
которой используется термин Метагалактика) и допускается возможность разных
условий в разных метагалактиках.
В настоящее время представляется более правдоподобным, что Вселенная в
целом будет существовать вечно, нескончаемо порождая новые и новые
экспоненциально большие области, в которых законы низкоэнергетического
взаимодейcтвия элементарных частиц и даже эффективная размерность
пространства-времени могут быть различны. Мы не знаем, может ли жизнь
неограниченно долго развиваться в каждой отдельной такой области, но мы
знаем наверняка, что жизнь снова и снова будет зарождаться в разных областях
Вселенной во всех своих возможных видах... Действие все еще продолжается и,
скорее всего, оно будет продолжаться вечно. В разных частях Вселенной разные
зрители наблюдают его бесконечные вариации (А.Д. Линде, Физика элементарных
частиц и инфляционная космология, с. 262).
В "синергетическом" подходе Пригожина (см. ниже) слабо связанные части
Вселенной (миры) могут обладать разным временем и находиться на разных
стадиях эволюции.
Теперь уместно перейти к подробному обсуждению важного
мировоззренческого обобщения современной науки, которое получило название
антропный принцип. По формулировке американского физика Дж. Уилера, "не
только человек приспособлен к Вселенной, но и Вселенная приспособлена к
человеку". В частности, масса нейтрона чуть больше, чем сумма масс протона и
электрона, и поэтому в обычных условиях атом водорода стабилен
(соответствует минимуму энергии), а нейтрон - нет. Если бы соотношение масс
было бы обратным (что не противоречит никаким из известных в настоящее время
фундаментальным физическим законам), Вселенная состояла бы главным образом
из нейтронов, и ни химия, ни биология в известных нам формах не существовали
бы. Ниже мы приведем и другие примеры, которые свидетельствуют, что
структура Вселенной весьма чувствительна к значениям фундаментальных
констант, причем их заметное изменение делает существование человека
невозможным. Как отмечалось в главе 11, в свете антропного принципа можно
объяснить даже факт трехмерности пространства.
Для человека, верящего в Божественный промысел, антропный принцип
выглядит очень естественно. Как обсуждалось в главе 12, современная наука,
начиная с Дарвина старающаяся объяснять целесообразность в природе случайным
перебором возможностей, выдвинула концепцию множественного рождения
вселенных (точнее, метагалактик), лишь незначительная часть которых имеет
условия, благоприятные для разумной жизни. По формулировке российского
космолога А. Зельманова, "мы являемся свидетелями процессов определенного
типа, потому что процессы другого типа протекают без свидетелей". Впрочем, и
здесь возникают ассоциации не столько с позитивистской "дарвиновской"
наукой, сколько с каббалистическими "искрами" и с "сосудами стеклянными и
глиняными" (см. главу 14).
Лепящий черепа таинственный гончар
Особый проявил к сему искусству дар:
На скатерть бытия он опрокинул чашу
И в ней пылающий зажег страстей пожар.
(О. Хайям)
Ключевую роль в эволюции Вселенной после отделения вещества от
излучения (гл.14) играет известное в классической механике явление
гравитационной неустойчивости. Грубо говоря, так как гравитация - это всегда
притяжение, случайное возрастание плотности вещества в какой-то области
пространства неизбежно приведет, за счет гравитационных сил, к дальнейшему
возрастанию плотности и к расслоению первоначально однородного распределения
вещества. Таким образом, возникают скопления галактик, затем галактики, и,
наконец, звезды. В конечном счете, именно за счет гравитационной энергии
внутренности протозвезд разогреваются до температур, когда становятся
возможными термоядерные реакции и начинается химическая эволюция Вселенной -
приготовление тяжелых элементов.
Вначале звезды представляют собой водородно-гелиевые шары, сжавшиеся и
разогревшиеся до такой степени, что в их центральной области начинаются
термоядерные реакции, то есть процессы слияния легких ядер в более тяжелые с
выделением большого количества энергии. Единственным типом таких реакций в
звездах первого поколения является так называемый "протонный цикл", в
результате которого из четырех протонов (ядер водорода) синтезируется одна
альфа-частица (ядро гелия). Когда весь водород "сгорает", звезда
превращается в красный гигант. В дальнейшем начинается реакция слияния трех
ядер гелия в ядро углерода и цепочка сложных реакций синтеза, в процессе
которых возникают самые стабильные ядра - ядра железа (см. Нобелевскую
лекцию Фаулера в списке литературы). При определенных условиях звезда
заканчивает свое существование в виде вспышки Сверхновой, в результате
которой синтезируются элементы тяжелее железа (вплоть до трансурановых), и
все "наработанные" в процессе эволюции элементы рассеиваются в космическое
пространство. Соответственно звезды следующего поколения наряду с водородом
и гелием содержат в небольшом количестве и более тяжелые элементы. Те
элементы, из которых состоят планеты земного типа, а также те, которые
образуют химическую основу жизни, формируются в процессе звездной эволюции.
При этом ключевой является реакция слияния трех ядер гелия в ядро углерода
(по ряду причин слияние двух ядер гелия не приводит к появлению устойчивых
ядер). Вероятность таких процессов столкновения трех частиц, вообще говоря,
мала. Ф. Хойл и Э. Солпитер показали, что углерод синтезируется в звездах в
заметных количествах только благодаря "случайному" обстоятельству (антропный
принцип!): из-за особенности энергетической структуры ядра углерода этот
процесс носит резонансный характер. Если бы значения фундаментальных
физических констант существенно отличались от реализующихся в нашей
Вселенной, вероятность синтеза углерода и более тяжелых элементов была бы
намного меньше и Вселенная состояла бы почти из чистой водородно-гелиевой
смеси. В такой Вселенной жизнь в ее земных формах была бы безусловно
исключена.
Разумеется, многие важные детали космогонических процессов до сих пор
неясны, но принципиальных трудностей здесь по-видимому нет. В то же время,
вопрос о эволюции живого и особенно о происхождении жизни является
чрезвычайно трудным, а сама возможность его корректного рассмотрения в
рамках естественных наук не доказана, хотя материалистически настроенные
биологи и психологи и проявляют здесь оптимизм.
По мнению некоторых авторов, выражение "нисходить", возможно, связано и
с тем, что в древности любили выводить свое происхождение от богов. Что
древо жизни растет не сверху вниз, а снизу вверх - это, до Дарвина,
ускользало от внимания людей. Так что слово "нисхождение" означает нечто,
как раз обратное тому, что оно хотело бы означать: его можно отнести к тому,
что наши предки в свое время в самом буквальном смысле спустились с
деревьев. Именно это они и сделали, хотя - как мы теперь знаем - еще задолго
до того, как стали людьми. Немногим лучше обстоит дело и со словами
"развитие", "эволюция". Они тоже вошли в обиход в то время, когда мы не
имели понятия о возникновении видов в ходе эволюции, а знали только о
возникновении отдельного организма из яйца или из семени. Цыпленок
развивается из яйца или подсолнух из семечка в самом буквальном смысле, т.е.
из зародыша не возникает ничего такого, что не было в нем упрятано с самого
начала. Великое Древо Жизни растет совершенно иначе. Хотя древние формы
являются необходимой предпосылкой для возникновения их более развитых
потомков, этих потомков никоим образом нельзя вывести из исходных форм,
предсказав их на основе особенностей этих форм. То, что из динозавров
получились птицы или из обезьян люди, - это в каждом случае исторически
единственное достижение эволюционного процесса, который хотя в общем
направлен ввысь - согласно законам, управляющим всей жизнью, - но во всех
своих деталях определяется так называемой случайностью, т.е. бесчисленным
множеством побочных причин, которые в принципе невозможно охватить во всей
полноте...
Несмотря на все достижения биохимии и вирусологии, поистине великие и
глубоко волнующие, возникновение жизни остается - пока! - самым загадочным
из всех событий. Различие между органическими и неорганическими процессами
удается изложить лишь "инъюнктивным" определением, т.е. таким, которое
заключает в себе несколько признаков живого, создающих жизнь только в их
общем сочетании. Каждый из них в отдельности - как, например, обмен веществ,
рост, ассимиляция и т.д. - имеет и неорганические аналоги. Когда мы
утверждаем, что жизненные процессы суть процессы физические и химические,
это безусловно верно. Нет никаких сомнений, что они в принципе объяснимы в
качестве таковых вполне естественным образом. Для объяснения их особенностей
не нужно обращаться к чуду, так как сложность молекулярных и прочих
структур, в которых эти процессы протекают, вполне достаточна для такого
объяснения. Зато не верно часто звучащее утверждение, будто жизненные
процессы - это в сущности процессы химические и физические... Как раз "в
сущности" - т.е. с точки зрения того, что характерно для этих процессов и
только для них, - они представляют собой нечто совершенно иное, нежели то,
что обычно понимается под физико-химическими процессами (К. Лоренц,
Агрессия).
Если все-таки попытаться отделить доказанное от предполагаемого, то
можно отметить, что с самым ранним этапом эволюции (еще химической, а не
биологической!) дело обстоит относительно благополучно. По-видимому,
достаточно надежно продемонстрирована возможность появления весьма сложных
органических соединений в условиях, предположительно соответствующих
атмосфере и гидросфере первобытной Земли. С другой стороны, обстоятельства
решающего шага - появления самовоспроизводящихся структур из белков и
нуклеиновых кислот - неясны совершенно. Дарвиновская гипотеза об
естественном отборе как основном механизме прогрессивной биологической
эволюции также вызывает ряд вопросов. Основная проблема здесь, по существу,
является количественной - хватает ли времени существования Земли (не более
4.5-5 миллиардов лет) для превращения первичного бульона, состоящего из
относительно простых молекул, в современную биосферу, включая человека,
кальмара, муравьев и т.д.
Математическое рассмотрение показывает, что скоординированные мутации
нескольких признаков крайне маловероятны и требуют астрономического числа
поколений, особенно для типичного случая, когда признаки не доминантны, а
рецессивны. Однако именно такие мутации необходимы для формирования
уникальных составных структур организма (например, глаза), а также сложных
форм инстинктивного поведения. В итоге дарвиновский механизм отбора,
вероятно, не способен объяснить формирование таких составных признаков "по
частям", поскольку полезными и целесообразными они становятся только как
целое. Поэтому физики и математики (например, Г. Вейль, Дж. фон Нейман)
часто занимают здесь гораздо более скептическую позицию, чем большинство
биологов и биофизиков, которые обычно ограничиваются феноменологическим
описанием эволюции на языке простых дифференциальных уравнений.
Мне рассказывали о беседе математика и квантового теоретика фон Неймана
с одним биологом по этому вопросу. Биолог был убежденным приверженцем
современного дарвинизма, фон Нейман относился к дарвинизму с недоверием.
Математик подвел биолога к окну своего кабинета и сказал: "Вы видите вон там
на холме прекрасный белый дом? Он возник случайно. В течение миллионов лет
геологические процессы образовали этот холм, деревья вырастали, сохли,
разлагались и снова вырастали, потом ветер покрыл вершину холма песком,
камни туда забросило, наверное, каким-то вулканическим процессом, и они
случайно вдруг легли друг на друга в определенном порядке. Так все и шло.
Естественно, в ходе истории Земли благодаря этим случайным неупорядоченным
процессам возникало большею частью все время что-то другое, но однажды через
много, много времени возник этот дом, потом в него вселились люди и живут в
нем сейчас". Биологу было, разумеется, немного не по себе от такой логики
(В. Гейзенберг, Физика и философия, с.236).
Эта цитата напоминает известное талмудическое предание (мидраш), где в
доказательство сотворенности мира р.Акива показывает свиток с прекрасным
каллиграфическим текстом и говорит, что это всего лишь клякса, которую он
нечаянно пролил из чернильницы. Впрочем, надо сказать что к "обычной"
дарвиновской эволюционной теории критически относились и такие выдающиеся
биологи как Тимофеев-Ресовский, Любищев и другие.
Другой количественный вопрос связан с возможностью хранения всей
информации о человеке (более того, как обсуждалось в главе 12, памяти рода и
даже всего мира) в рамках генной структуры. Как показывают простые
(по-видимому, завышенные) оценки (см., напр., К.Саган, Драконы Эдема, М.,
Знание, 1986), информация, содержащаяся в хромосоме человека, не превышает
нескольких гигабайт, что соответствует нескольким тысячам книг стандартного
объема. Еще несколько лет назад этот объем информации казался колоссальным и
требовал для размещения и работы электронно-вычислительных машин, занимавших
целые здания. Однако теперь такая информация легко размещается в памяти
персонального компьютера. В настоящее время завершается расшифровка
генетического кода (генома) человека, и вскоре мы увидим, к каким
последствиям она реально приведет. Данный вопрос аналогичен проблеме
взаимоотношения сознания и мозга - гены можно рассматривать и как
символы-приемники. Интересен также тот факт, что "сложность" генетического
аппарата (например, количество хромосом) не слишком коррелирует с тем,
насколько данный вид является высокоразвитым (отличие человека от мухи не
радикально). Это наводит некоторых биологов на мысль, что геном любого
живого организма уже заранее содержит в себе весь потенциал эволюции.
Помимо аргументов со стороны математики и здравого смысла, против
простой теории эволюции возможны также серьезные философские и эстетические
возражения.
Когда людям впервые пришло в голову, что мир, быть может, не скреплен
великой целью, а слепо катится неизвестно куда, надо было довести мысль до
конца: если это верно, ни один поэт уже не вправе бежать, как в свой дом, в
зеленые луга и обращаться за вдохновением к синеве небес... Если исчезает
даже смутная мысль о сознательной цели, многоцветный осенний линдшафт ничем
не отличается от многоцветной мусорной кучи. Такое восприятие мира, словно
прогрессивный паралич, все больше сковывает тех новых поэтов, которые не
пришли к христианству...Так доходят они до кошмарного ощущения: сама природа
противоестественна. Быть может, именно поэтому многие из них тщетно пытаются
воспеть технику - ведь тут еще никто не оторвал результат от замысла. Никто
не доказал, что моторы возникли сами собой из железного лома, а из всех
машин выжили в борьбе только те, у которых случайно развился карбюратор
(Г.К. Честертон, Автобиография).
В последнее время, прежде всего усилиями И. Пригожина и его школы, а
также многочисленных "синергетиков" был получен ряд интересных результатов в
области теории формирования так называемых диссипативных структур. Было
показано, что в открытых термодинамических системах (то есть обменивающихся
энергией и веществом с внешним миром), далеких от состояния
термодинамического равновесия, возможно возникновение неоднородных
(например, периодических) распределений концентрации, температуры и т.д. При