Файл: Текст пособия.doc

Несовершенство замысла

Хотя несовершенство замысла не является доводом в пользу эволюции, оно совершенно согласуется с картиной жизни, предложенной Дарвином. Дело в том, что для того чтобы передать гены следующему поколению, организму нужно быть не совершенным, а всего лишь настолько хорошим, чтобы успешно противостоять врагам. Следовательно, каждая ступень на эволюционной лестнице должна быть пристроена к предыдущей, и характеристики, которые могли быть благоприятствующими на одной из стадии, будут «заморожены» и сохранятся даже после того, как появятся более подходящие варианты.

Инженеры называют эту особенность QWERTY-эффектом (QWERTY — последовательность букв в верхнем ряду почти всех современных клавиатур). Когда проектировали первые клавиатуры, основная цель заключалась в том, чтобы снизить скорость печати и не допустить зажимания клавиш механических пишущих машинок. Такая конструкция клавиатуры сохранилась до сих пор, несмотря на возможность использования производительных клавиатур.

Подобно этому особенности строения «закрепляются» на ранних стадиях эволюции и сохраняются в прежнем виде, несмотря на то, что любой современный студент-технарь справился бы с этой задачей лучше. Вот несколько примеров.

Глаз человека устроен так, что падающий свет превращается в нервные импульсы перед сетчаткой, хотя по такой схеме в глаз попадает не весь падающий свет.

Зеленый цвет листьев растений означает, что они отражают часть падающего на них света. Любому инженеру известно, что приемник солнечной энергии должен быть черного цвета.

В глубоких подземных пещерах обитают змеи, у которых глазницы находятся под кожей. Это имеет смысл, если предки этих змей жили на поверхности и нуждались в глазах, но лишено смысла для животных, созданных для подземной жизни.

В туловище китов есть маленькие кости задних конечностей. Сегодня эти кости абсолютно бесполезны, но их происхождение понятно, если предки китов когда-то жили на суше.

Неизвестно, какую функцию выполняет аппендикс у человека, хотя у некоторых травоядных животных аппендикс участвует в переваривании травы.

Эти свидетельства дополняют друг друга и настолько грандиозны, что не только давно убедили серьезных ученых в справедливости эволюционной теории Дарвина, но и являются стержнем любых разъяснений, касающихся функционирования живых систем на нашей планете.

Кроме эволюционной теории Дарвина, надо упомянуть и другие великие естественнонаучные открытия девятнадцатого века. Это, прежде всего, клеточная теория, созданная М. Я. Шлейденом и Т.Шванном; открытие закона сохранения и превращения энергии Ю.Р.Майером и Дж.П. Джоулем; получение искусственного органического вещества – мочевины Ф.Велером; открытие периодического закона химических элементов Д. И. Менделеевым, формулировка законов наследственности Г. Менделем. Клеточная теория продемонстрировала единство происхождения всего живого на Земле, открытие законов наследственности восполнило проблем в теории эволюции Дарвина, связанный с механизмами передачи приобретенных признаков; открытие закона сохранения и превращения энергии показало, что все так называемые силы природы (теплота, свет, электричество, магнетизм) не только взаимосвязаны, но при определенных условиях могут переходить одна в другую. Поэтому и сама энергия не возникает из ничего и не исчезает, а может только переходить из одной формы в другую.

Становление неклассической науки

Последняя треть XIX века – это наступление нового этапа в истории естественных наук. В этот период окончательно побеждает фарадеевско-максвелловская полевая теория электромагнетизма и формируется статистическая физика Максвелла-Больцмана-Гиббса. Центральным звеном первой теории было, как мы уже сказали, формирование принципиально нового представления о материи, которая предстала в виде электромагнитного поля. Вторая теория вступила в конфликт с господствовавшим до сих пор ньютоновским детерминизмом.

Но уже в конце века в результате целого каскада экспериментальных открытий выявились противоречия между только что утвердившейся электромагнитной картиной мира и опытными фактами. В 1895—1896 гг. были открыты лучи Рентгена, естественная радиоактивность (А. Беккерель, Пьер и Мария Кюри), в 1897 г. был открыт электрон (Дж. Томсон) и выявлено, что он входит в состав атома. Все авторы того времени отмечают «брожение умов», не только среди самих ученых, но и в обществе в целом, ломку многих устоявшихся понятий и представлений.

Начавшийся XX век принес новые открытия, которые разрешили многие проблемы, но, как всегда, поставили новые. В 1911 г. Э. Резерфорд экспериментально обнаружил положительно заряженное атомное ядро и создал планетарную модель атома. М. Планк в 1900 г. для разрешения определенных противоречий выдвинул гипотезу, что электромагнитная энергия излучается и поглощается не непрерывно, а дискретно, отдельными «порциями»-квантами. Но его теория вошла в противоречие с теорией электродинамики Максвелла, так как возникли два несовместимых представления о материи: или она абсолютно непрерывна, или она состоит из дискретных частиц.

Все эти открытия «…опровергли представления об атоме, как последнем, неделимом “первичном кирпичике” мироздания (“материя исчезла”). “Беспокойство и смятение”, возникшие в связи с этим в физике, “усугубил” Н. Бор, предложивший… свою модель атома (1913). Он предполагал, что электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики, не излучают энергии. Электрон излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. Причем при переходе электрона на более далекую от ядра орбиту происходит увеличение энергии атома, и наоборот… Модель Н. Бора вошла в историю атомной физики как квантовая модель атома Резерфорда—Бора. Весьма ощутимый “подрыв” классического естествознания был осуществлен А. Эйнштейном, создавшим сначала специальную (1905), а затем и общую (1916) теорию относительности. В целом его теория основывалась на том, что в отличие от механики Ньютона, пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с материей, движением и между собой. В 1924 г… Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что частице материи присуще и свойства волны (непрерывность), и дискретность (квантовость). Тогда, отмечал автор гипотезы, становилась понятной теория Бора. Вскоре, уже в 1925—1930 гг. эта гипотеза была подтверждена экспериментально в работах Шредингера, Гейзенберга, Борна и других физиков. Это означало превращение гипотезы де Бройля в фундаментальную физическую теорию — квантовую механику»¹. Таким образом, было открыто фундаментальное свойство любых микрообъектов – наличие в них как корпускулярных, так и волновых свойств.

Физика в двадцатом столетии²

(выдержки)

В. Вайскопф

Возникают вопро­сы: как может частица в движении проявлять какую-нибудь вол­новую природу и как может быть, чтобы электрон был отчасти час­тицей, а отчасти волной? В конце концов тщательное прослеживание электрона вдоль траектории его движения должно привести к реше­нию этого вопроса и дать возможность отнести электрон либо к одной, либо к другой категории. Здесь мы подходим к вопросу о расчленяемости атомных явлений. Выполнимо ли (с технической точки зре­ния) такое прослеживание? Если мы хотим подробно «увидеть» строение орбиты, мы должны использовать световые волны с очень малой длиной волны. Значит, энергия кванта света будет очень ве­лика. Когда такой квант столкнется с электроном, он выбьет его с орбиты и разрушит сам объект изучения. Эти рассуждения лежат в основе соотношения неопределенностей Гейзенберга. Они пред­ставляют собой негативное утверждение, что некоторые физические измерения невозможны. Невозможными оказываются именно те измерения, которые должны были бы привести к решению вопроса; волновой или корпускулярной является природа электрона (или протона, или любой другой частицы). Если выполнять такие изме­рения, объект полностью изменит свое состояние в результате самого акта измерений.

Здесь мы сталкиваемся с весьма важным фактом, заключающим­ся в том, что указанная невозможность выполнения некоторых изме­рений означает больше, чем простое техническое ограничение, кото­рое в один прекрасный день может быть преодолено с помощью хит­роумного оборудования. Если бы оказалось возможным провести такие измерения, сосуществование волновых и корпускулярных свойств в одном объекте было бы разрушено, так как подобные изме­рения показали бы, что одна из двух альтернатив неверна. Однако из большого числа наблюдений известно, что рассматриваемые объек­ты проявляют и волновые и корпускулярные свойства. Значит, гейзенберговские ограничения должны иметь более глубокие корни. Они являются необходимым следствием двойственной природы атом­ных объектов…

Атомные явления представляют намного более сложную реаль­ность, чем та, с которой мы привыкли сталкиваться в классической макроскопической физике. Чувствительность объекта к вмешательст­ву приборов демонстрирует свойства, не наблюдающиеся у объектов макроскопических исследований. Значит, описание объекта нельзя считать, как раньше, «обособленным» от процесса измерения.

.

Еще одним фундаментальным результатом, имевшим мировоззренческое значение, была формулировка В. Гейзенбергом (одним из основоположников квантовой механики) принципа неопределенностей (1927). Он постулирует невозможность одновременного определения координаты и импульса (количества движения) элементарной частицы – в первую очередь в результате неустранимого воздействия наблюдателя на процессы измерения. В итоге было установлено, что движение элементарных частиц описывается статистическими (а не динамическими, как в механике) закономерностями.

Реакция многих не-специалистов, особенно гуманитариев, на эти открытия была понятной, но упрощенной: многим стало казаться, что в мире вообще нет закономерностей, все случайно, «все относительно» (сравним с подобной же реакцией на открытия, касающиеся структуры и свойств материи – «материя исчезла!»). Конечно же, ни теория относительности, ни принцип неопределенностей не «отменяют» закономерности и причинность, но они выражаются в новой, более сложной форме. Квантовая механика отвергла представление о микрочастице как абсолютно индивидуальной и независимой: например, поведение электрона в атоме или молекуле не адекватно поведению свободного электрона; оно специфично для типа системы, в которую он входит, движение связанного электрона отражает особенности всей системы¹. Она рассматривает «само существование даже отдельной частицы как процесс ее непрерывного самовоспроизведения в данном состоянии, происходящего в результате обмена виртуальными частицами с физическим вакуумом»². Квантовая механика выявила фундаментальные свойства микромира, резко отличающиеся от привычного нам макромира. Одним из важнейших выводов стал, как уже сказано, вывод о неустранимой зависимости результата исследования от самого исследователя – на результаты исследования прямо влияют методы наблюдения, прибор, причем в зависимости от этих факторов объект предстает то как волна, то как частица. Были выявлены - и фактически остались нерешенными - так называемые парадоксы квантовой механики: например, «спутанности» микрообъектов, суперпозиции состояний и другие. В целом же надо сказать, что именно эта сфера в наибольшей степени поставила под вопрос не только многие принципы классической науки, но и перспективы ее дальнейшего развития, что несколько позднее вылилось в дискуссии о «конце науки» (о чем мы ниже скажем отдельно).

Разумеется, фундаментальные открытия происходили не только в физике. Не менее важные прорывы состоялись в первой половине XX века и в других науках. Например, в астрономии на основании теории относительности создается модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной (А. Фридман, Э. Хаббл); разрабатывается первая теория внутреннего строения звезд (А.С. Эддингтон), происходит «рождение» радиоастрономии (Г. Ребер). К.Э. Циолковский впервые описывает основные элементы ракетного двигателя, намечает пути создания орбитальных станций, исследует способы управления полетом ракеты. В биологии вышел труд В.И. Вернадского «Биосфера», представляющий собой масштабное обобщение геологических, биологических, химических и географических данных о строении планеты; были заложены основы новой области – этологии, изучающей поведение животных (К. Лоренц), а также хромосомной теории наследственности (А. Вейсман и Т. Морган) и началось формирование синтетической теории эволюции, сочетающей идеи дарвинизма с генетикой. В геологии А. Венегер выпустил книгу «Возникновение морей и океанов», где представил гипотезу дрейфа континентов. А.Л. Чижевский выявил механизмы влияния космических факторов (прежде всего, солнечной активности) на биологические и социально-исторические процессы на Земле. Этот перечень примеров можно далеко продолжить, но, думается, даже из него ясно, что новый поток открытий – причем, снова революционных, – не мог не привести к формированию новой научной картины мира, основных принципов нового, неклассического научного мировоззрения. Кратко их можно суммировать следующим образом:

1. Признание неразрывной связи субъекта и объекта познания, то есть зависимость наблюдения (и, соответственно, научных выводов) от средств наблюдения и установок исследователя..

2. Формирование представления о крайней сложности материи, о взаимосвязях материи, пространства и времени; в целом – новые постановки вопросов о сущности таких основных понятий, как материя, энергия, пространство и т.д.

3. Отказ от редукционизма, утверждение понимания сложности и несводимости друг к другу различных уровней бытия.

4. Отказ от «лапласовского детерминизма» и утверждение нового, вероятностного понимания причинности.

Классическая и неклассическая наука¹

И.Я. Павлинов

Идеалом классического естествознания является абсолютно истинное и абсолютно объективное знание о природе… Существенную часть этой доктрины составляет представление о том, что миром «правят» некие фундаментальные строго детерминистические законы, описываемые на языке математики. Истина, коль скоро она абсолютна, - едина и поэтому единственна (истоки кроются в библейском учении о божественном плане творения). Ее абсолютная объективность означает исключенность из знания каких-либо «личностных» факторов. Нахождение всеобщего и объективного закона должен обеспечить всеобщий объективный метод (в широком смысле), который на основе строго логических выкладок сам по себе гарантирует, что из правильных посылок будут получены правильные следствия… При этом конечная фундаментальная задача состоит в выявлении тех «элементарных кирпичиков», из взаимодействий между которыми строится все мироздание.

Размывание классического идеала в естествознании (а заодно в математике, логике) началось в конце XIX и завершилось в середине ХХ столетия, когда в основном сложилась неклассическая наука. Последнюю характеризует прежде всего признание того, что мир сложно устроен, в том числе за счет нелинейного характера взаимодействий между разными уровнями его иерархической организации (несводимость сложного к простому)… Из признания сложности современной картины мира делается вывод о том, что… объект невозможно задать единственным тривиальным образом: он зависит от аспекта рассмотрения. Из этого следует невозможность единого и единственного абсолютного объективного знания, выраженного некой «всеобщей формулой»… Коль скоро «окончательное» знание принципиально невозможно (в том числе в силу его вероятностного характера), основной формой научного знания считается не закон, а гипотеза, выдвигаемая и тестируемая согласно определенным правилам, которые могут быть разными для дисциплин, изучающих разные фрагменты реальности.

По мере развития науки росло и ее влияние на состояние общества. Самым наглядным образом оно проявилось в техническом прогрессе, который за половину столетия сделал гигантский скачок. Начиная с конца XIX века, в повседневную жизнь людей входили: электрическая лампочка, двигатель Дизеля, киносъемочный аппарат, телефон, радио, аэроплан… Может быть, менее явное, но не менее глубокое воздействие наука оказывала на мировоззрение и культуру. Вот перед нами - журналистская статья начала XX века: