РАЗУМ ПОБЕЖДАЕТ

Рассказывают ученые

Составитель Е. В. Дубровский

От издательства

Познание — процесс диалектический, крайне сложный, противоречивый и бесконечный, как бесконечна и неисчерпаема сама природа. То, что сегодня кажется нам всеобъемлющим знанием о каком-либо явлении, завтра может стать частным случаем какой-то более общей теории и т. д. Наши знания постоянно углубляются и обогащаются.

Это, однако, не значит, что наука не дает нам достоверных сведений о мире. В каждый данный момент мы обладаем вполне реальным, достоверным научным знанием. Это подтверждается всей человеческой практикой, нашим повседневным опытом.

Вспомним, например, что всего три-четыре десятилетия назад у нас не было еще ни космических кораблей, ни атомных электростанций, ни электронно-вычислительных машин. В то время в этих направлениях велись лишь научные поиски, выдвигались гипотезы, создавались для большинства людей непонятные теории. Сегодня же все эти достижения современной научно-технической революции прочно вошли в жизнь людей, в их производственную, научную и культурную деятельность, принося весьма весомые плоды.

Одна из главных особенностей процесса познания состоит в его бесконечном, все ускоряющемся движении вперед. Ведь наука изучает бесконечную, вечно движущуюся и изменяющуюся материю, конкретные ее свойства и закономерности. Вот почему у познания не может быть «конца», у науки — абсолютных истин. У нее всегда есть и будут вопросы, на которые она пока — на определенном этапе своего развития — не может дать ответа.

В то же время прогресс науки, особенно стремительный в наши дни, приводит к тому, что неспециалисту, человеку неподготовленному трудно бывает угнаться за его темпами, понять суть новейших научных теорий и открытий. И тогда возникают недоуменные вопросы, неточные ответы на которые могут привести к ложным, идеалистическим и даже прямо к религиозным представлениям.

Очень много таких вопросов возникает в связи с развитием областей науки, требующих специальных знаний, углубления в сферу абстрактных теорий и гипотез. Это в первую очередь относится к комплексу наук о Вселенной, ее происхождении и развитии, о развитии Земли и к наукам, изучающим самые сокровенные глубины материи, неживой и живой, — ядерной физике, физике элементарных частиц, молекулярной биологии. Здесь еще очень много неясного, непознанного, предположительного, то есть такого, что еще может быть истолковано в идеалистическом или религиозном духе. И надо сказать, что современные теологи весьма усердно этим занимаются. В отличие от науки, дающей в каждый определенный момент, в каждую историческую эпоху незавершенную, незаконченную картину, утверждают они, религиозное откровение является единственным источником абсолютной истины.

Но так называемая абсолютная истина религии обрекает ее приверженцев на слепое поклонение недоказуемым и ничем не подтверждаемым догмам, в то время как неполнота научного знания есть обязательное условие вечного движения от незнания к знанию, постоянного углубления человеческого разума в законы бесконечно разнообразного и бесконечно развивающегося материального мира.! В этой книге публикуются статьи и интервью крупных советских ученых о развитии тех областей фундаментальных естественных наук, которые подчас порождают неверные толкования, идеалистические, механистические, а порой и прямо мистические представления. Авторы стремились не только рассказать о достижениях и путях дальнейшего развития той или иной отрасли науки, но и мировоззренчески осмыслить новейшие открытия.

По сути, главная тема этой книги — материалистическое осмысление достижений астрофизики, космологии, космогонии, планетологии, экологии, физики микромира и молекулярной биологии, причем осмысление из «первых рук» — идущее от ученых, которые сами этими науками непосредственно занимаются. Книга состоит из пяти разделов: вступительного, вводящего читателя в круг философских и мировоззренческих проблем, связанных с новейшим этапом развития человеческого познания, трех основных, в которых сгруппирован материал о научных открытиях второй половины XX века в мегамире, макромире и микромире, и заключительной статьи академика Б. М. Кедрова «О закономерностях развития естествознания». Внутри разделов материал распределен под двумя рубриками: «Ученые рассказывают» и «Ученые дают интервью». В первой даются авторские статьи, во второй — ответы ученых на вопросы редакции.

Чтобы ввести читателей в круг сложных научных проблем, о которых идет речь в книге, и подчеркнуть атеистическое значение достижений современной науки, каждому разделу предпослана вступительная статья, в конце разделов дается разъяснение некоторых специальных терминов.

В подготовке книги принимали участие В. Г. Астахова, Л. В. Жигарев, В. Н. Комаров, А. М. Лепихов, Ж. М. Мельникова, В. К. Черникова, А. С. Харьковский.

Как человек познает природу

(Вступительный раздел)

Ученые рассказывают

А. А. Бутаков, кандидат философских наук

Ю. К. Плетников, доктор философских наук

Что такое материя!

Семьдесят лет назад в книге «Материализм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин сформулировал диалектико-материалистическое определение одной из основных философских категорий — понятия материи. «Материя, — писал он, есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них»[1].

Какое значение имеет это ленинское определение для познания и преобразования мира, прогресса естествознания и науки в целом? Прежде чем ответить на поставленные вопросы, сделаем небольшой исторический экскурс.

Понятие «материя» зародилось и получило широкое распространение в философии Древнего Египта, Индии, Китая, а затем Древней Греции и Рима. Мыслители древности рассматривали материю как основу мира, «строительный материал» для всех вещей. Они стремились найти так называемые первоначала простейшие элементы, «кирпичики» мироздания. Чарваки (Древняя Индия) такими первоначалами объявляли землю, воду, воздух и огонь. Представители ионийской школы (Древняя Греция) выделяли что-то одно: Фалес — воду, Анаксимен — воздух, Анаксимандр — некую неопределенную материю (апейрон), Гераклит — огонь. Несколько позже древнегреческие философы Левкипп и Демокрит выдвинули идею атомизма. Они считали, что все многообразие мира зависит от соединения и разъединения атомов — мельчайших неделимых материальных частиц (подревнегречески атом и значит «неделимый»).

Древние материалисты не видели различия между материей и конкретным материальным объектом. Понятие материи они отождествляли со своим представлением о строении материального мира. Подобный подход был традиционным для философов-материалистов, стоявших на позициях метафизики, и в последующие эпохи. Некоторые современные философы и естествоиспытатели также пытаются ставить знак равенства между материей и веществом (или даже между материей и одним из физических свойств — массой). Характерно, например, что в изданном в 1957 г. в ФРГ «Философском словаре» говорится: «Материя (лат.) — вещество; понятие, первоначально обозначающее отличительный признак очевидной пространственной телесности, еще без противополагания его жизни, душе и духу… и только после ряда исторических превращений развившееся в понятие «мертвого вещества», которое является также и понятием, противоположным понятиям жизни, души и духа; в области мировоззрения это оформляется в материализме… в сфере науки — в современном естествознании». На рубеже XIX–XX вв. эта метафизическая методология привела некоторых естествоиспытателей к нелепому выводу об «исчезновении материи». Но на этом мы специально остановимся ниже.

Следует, правда, заметить, что в метафизическом (механистическом) материализме Нового времени в основе понимания материи чаще всего лежало не понятие первичного материала («первовещества»), а понятие основных, первичных, неизменных свойств, общих для всех материальных предметов (то есть «первосвойств»). Причем определялись они строго геометрически и физически. Однако в рамках материалистической философии возникает и Другая тенденция в понимании материи. Так, для Д. Бруно и Б. Спинозы материя есть мир в целом. Материя у них равна природе. Эта принципиально новая концепция явилась важным этапом на пути развития учения о материи.

Начиная с XVIII в. в материалистической философии (прежде всего у Д. Дидро и П. Гольбаха) появляются и теоретические предпосылки современного научного понимания материи. Так, у П. Гольбаха категория материи уже не связывалась с конкретными физическими и вообще частными свойствами материальных объектов. В своей знаменитой книге «Система природы» он писал: «Материя вообще есть все то, что воздействует каким-нибудь образом на наши чувства»[2]. Или в другом месте: «Все, что действует на наши чувства, есть материя»[3]. Но, несмотря на бесспорное достоинство определения П. Гольбаха, признак, по которому он пытался определить понятие материи, явно недостаточен. Ведь на наши чувства воздействуют не только материальные, но и духовные явления. Причем при определенных условиях влияние последних может быть сильнее материальных воздействий. В определении П. Гольбаха нет четкого разграничения объекта и субъекта, материи и сознания.

Известный вклад в развитие научных представлений о материи внес Л. Фейербах. Он подчеркивал объективность материи, ее существование «вне нас», «независимо от мышления». Рациональные идеи понимания материи выдвигали и обосновывали русские революционные демократы XIX в., в первую очередь Н. Г. Чернышевский.

Отмечая определенные заслуги представителей домарксовского материализма в выработке научного понимания материи, надо все же подчеркнуть, что их определения в конечном счете относились на самом деле не к материи, а лишь к одному из ее видов — веществу. Даже если под материей понимались какие-либо «первосвойства», то речь обычно шла о протяженности, фигуре, тяжести и т. п., то есть о свойствах, присущих прежде всего вещественным образованиям.

Таким образом, домарксовские материалисты в лучшем случае охватывали понятием материи не всеобщие, а особенные признаки действительности.

Только К. Маркс и Ф. Энгельс поставили вопрос о материи как философской категории, выражающей с помощью научной абстракции понятие единства (цельности) мира и того общего, что присуще всем без исключения материальным объектам. В «Диалектике природы» Ф. Энгельс обращал внимание на всеобщность и неисчерпаемость материи, качественное многообразие ее форм, дискретность и непрерывность ее строения, которое нельзя свести к какому-то одному виду материи, например к веществу, как это делали естествоиспытатели прошлого. Однако в 70 — 80-х годах XIX столетия, когда писалась «Диалектика природы», естествознание еще только нащупывало пути исследования вида материи (свет, магнетизм), отличного от вещества.

Потребовалось вторжение человека в недоступный ему ранее мир мельчайших частиц и связанных с ними сил, открытие микромира, чтобы стало возможным такое обобщение представлений о материи, которое сделал В. И. Ленин.

Формулируя определение материи, В. И. Ленин сразу же обращает внимание на то, что материя есть философская категория.

Под категориями, как известно, понимаются коренные научные понятия. Философские же категории — это понятия, отражающие всеобщие формы бытия, наиболее существенные и необходимые стороны действительности. В. И. Ленин, таким образом, не связывает понятие материи с каким-либо конкретным физическим ее свойством. Такая постановка вопроса предостерегает естествоиспытателей от возможного смешения материи с ее частными свойствами, видами и формами. При этом подходе становится ясным: как бы ни изменялись наши знания о строении материи, они ни в коей мере не ставят под сомнение гносеологическую ценность самого понятия материи, ибо это понятие охватывает те общие признаки, которые присущи любому материальному объекту.

Наряду с всеобщими признаками любого материального объекта понятие материи необходимо охватывает в то же время и признаки материального мира как целого. Это особенно наглядно отличает философское понятие материи от естественнонаучных понятий, отображающих виды и формы материи, их частные свойства и отношения. Достаточно указать на то, что все отдельные материальные образования ограничены в пространстве и конечны во времени, а материя бесконечна и вечна.

Каковы же признаки, по которым В. И. Ленин определяет категорию материи?

1. Материя есть объективная реальность. Признание объективной реальности материи отграничивает научный, материалистический подход от рассуждений объективных идеалистов (например, древнегреческого философа Платона), будто материя сама по себе, без так называемых «идей», не обладает свойствами бытия. Объективная реальность материи означает, что она существует вне наших ощущений (то есть вне нашего сознания) и независимо от нас. Отсюда понятна абсурдность утверждений субъективных идеалистов о том, что материя — это, мол, комбинация наших идей, комплекс ощущений, логическое построение и т. п. Позволительно спросить, как это делает В. И. Ленин, существовал ли материальный мир до человека? Естествознание отвечает; да, А с точки зрения субъективного идеализма следует отрицательный ответ. Ленинское определение материи несовместимо и с декартовским дуализмом души и тела, представляющим душу и тело как две параллельно развивающиеся, не связанные и противоречащие друг другу «субстанции».

Если в XVIII в. епископ Д. Беркли считал, что «материя — ничто», и призывал изгнать понятие материи из науки, то в наши дни просвещенные богословы любят подчеркивать единство духа и материи. Но в чем суть этого единства? Для диалектического материализма дух (сознание) — свойство высокоорганизованной материи. Богословский же модернизм все сводит к тому, что «дух проявляется в материи», а значит, составляет и некую основу сущность материи. Приспосабливаясь к современности, богословский модернизм пытается подновить религию, придать ей форму утонченного объективного идеализма.

В. И. Ленин писал: «…единственное «свойство» материи, с признанием которого связан философский материализм, есть свойство быть объективной реальностью…»[4] Новейшие научные открытия не опровергают, а со всей определенностью подтверждают наличие этого свойства.

2. Материя дана человеку в его ощущениях: человек воспринимает не свои собственные ощущения (как утверждают субъективные идеалисты) и не какое-то объективное сознание, универсальную волю, мировой дух и т. п. (как утверждают объективные идеалисты), а материальный мир. Независимо от того, воспринимаем мы материальные объекты непосредственно — с помощью органов чувств — или опосредованно — с помощью дополнительного промежуточного звена, приборов, материя всегда дана человеку в его ощущениях. Ощущение это результат воздействия материального мира на наши органы чувств.

Материя первична, а ощущение (и сознание вообще) вторично, производно. Ленинское определение материи исходит из научного, материалистического решения первой стороны основного вопроса философии, то есть из того, что материя первична, сознание — вторично.

3. Материя копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. Ощущение и сознание вообще не просто результат воздействия материального мира на наши органы чувств, а отображение, фотография, копия воздействующих объектов. Поэтому нет никакого основания сомневаться в познаваемости мира. Ленинское определение материи исходит из научного решения второй стороны основного вопроса философии, из того, что мир и его закономерности познаваемы.

Таковы главные признаки, по которым В. И. Ленин определяет материю. Это определение охватывает собой как известные уже ее состояния, так и состояния, которые будут открыты в будущем. С какими бы удивительны-ми видами и формами материи ни столкнулась наука в дальнейшем, материя всегда останется объективной реальностью. Поэтому определение понятия «материя», сформулированное В. И. Лениным, имеет абсолютное значение. Конкретные же знания о строении материи имеют относительный характер. Они обязательно будут обогащаться новыми данными, углубляться и изменяться.

Непонимание различия между философским понятием материи и естественнонаучными знаниями о ее строении и свойствах может привести к грубым ошибкам. Так, большинство естествоиспытателей прошлого века были стихийными материалистами и считали свои знания о конкретных, частных свойствах материи и ее строения достаточными и исчерпывающими для полного понимания того, что представляет собой материя вообще. Эти ученые не видели никакой необходимости в философском определении понятия материи. Но в конце XIX — начале XX в. развитие науки со всей остротой поставило этот вопрос на повестку дня.

Одно за другим были сделаны выдающиеся открытия. В декабре 1895 г. немецкий физик В. К. Рентген открыл лучи, названные его именем. В 1896 г. француз А. Беккерель открыл явление радиоактивности. А еще через год англичанин Д. Томсон, исследуя катодные пучки с помощью электрических и магнитных полей, пришел к выводу о «делимости» атома. В 1900 г. М. Планк, проводивший исследования по термодинамике излучения, выдвинул идею о том, что испускание и поглощение лучистой энергии происходит минимальными «порциями» — квантами. В 1905 г. была опубликована статья А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». В ней излагалась специальная теория относительности… и т. д. Эти открытия положили начало новому (современному) этапу развития физики, характеризующемуся прежде всего изучением процессов и явлений микромира, то есть направлением исследования в самые глубины материи.

Это была настоящая революция в науке. Она буквально смела многие основные представления физиков прошлого века, которые, например, считали, что атом — предел делимости материи; оказалось, что материальные объекты делятся дальше и дальше. Они были убеждены, что материя представляет собой нечто непроницаемое, выяснилось же, что и это не так: и лучи Рентгена, и радиоактивное излучение «пронизывают» материальные предметы. Идея М. Планка ломала старую концепцию непрерывного излучения электромагнитных волн. Теория А. Эйнштейна заставляла коренным образом изменять устоявшиеся взгляды на пространство и время. Это был, как писал А. Пуанкаре, «всеобщий разгром принципов»[5], всех представлений о мире, всего, что ученые того времени о нем знали, что видели, ощущали, всех основ классической физики И. Ньютона. И не удивительно, что большинство ученых восприняло тогда этот переход на новую ступень познания как катастрофу, крушение науки.

Вместо правильного вывода о том, что прежние знания о свойствах и строении материального мира были просто ограниченны, что наука перешла на более высокую ступень познания, они, исходя из открытий В. К. Рентгена, А. Беккереля, Д. Томсона и других, стали делать глубоко ошибочные, по сути своей идеалистические выводы об «исчезновении» материи. Появилось учение, которое получило название «физического идеализма». В физике начался кризис. «Суть кризиса современной физики, — отмечал В. И. Ленин, — состоит в ломке старых законов и основных принципов, в отбрасывании объективной реальности вне сознания, т. е. в замене материализма идеализмом и агностицизмом»[6].

Величайшей заслугой В. И. Ленина в борьбе против идеалистической философии, пытающейся вытеснить материализм из естествознания, является то, что он не только сумел правильно понять открытия в физике, но и глубоко философски осмыслил в своей работе «Материализм и эмпириокритицизм», показал все их значение для утверждения материалистического мировоззрения. Причем надо особо отметить, что В. И. Ленин здесь смотрел очень далеко вперед, гораздо дальше ученых, непосредственно занимавшихся физикой. Например, он уже тогда, в начале века, писал, что электрон так же неисчерпаем, как и атом. А ведь в то время еще не было никакого экспериментального подтверждения этого положения.

Наиболее общей и самой главной причиной кризиса физики, указывал В. И. Ленин, было незнание физиками диалектики. Дело в том, что господствовавшие тогда в среде естествоиспытателей метафизические взгляды на мир пришли в явное противоречие с фактами. При помощи старых, метафизических понятий уже нельзя было объяснять новые открытия. Отсюда появилось сомнение не только в реальности обнаруженных объектов и процессов (например, в реальности электрона и изменения его массы), но и в реальном существовании самой материи.

Кризис в физике был вызван также некоторыми частными причинами. Первой такой причиной была математизация физики. Математика — сильнейшее оружие науки. Но до того времени естествоиспытатели имели в своих лабораториях дело с предметами, качественные особенности которых можно было непосредственно ощущать. Математика же — наука абстрактная. Она отвлекается от качественных характеристик вещей. Применение в физике математических расчетов создавало впечатление, что эта наука как бы «оторвалась» от конкретных тел, «ушла» от них в область сплошных абстракций. Причем сами абстракции рассматривались как сфера «чистой» мысли.

Второй частной причиной, породившей «физический» идеализм и вызвавшей кризис в физике, было неверное истолкование принципа релятивизма (относительности).

Во-первых, те открытия, о которых мы говорили, привели к выводу об относительности прежних физических истин, в том числе истин, считавшихся ранее бесспорными и незыблемыми. При непонимании диалектики такой вывод мог привести к идеализму. Естествоиспытатели стали отрицать существование истин, определяемых действительными свойствами материи. Отсюда возникла тенденция к агностицизму.

Во-вторых, действительно существующая релятивность (относительность) материальных процессов связывалась в умах естествоиспытателей с присутствием наблюдателя (иначе говоря, считалось, что такие явления относительны, только когда есть кто-то определенный, их наблюдающий, относительны по отношению к нему). Отсюда появилась тенденция к субъективному идеализму, с точки зрения которого реальный процесс полностью зависит от наблюдающего субъекта.

У кризиса в физике была еще одна причина. Он разразился на рубеже XIX–XX столетий, когда капитализм перерос в свою высшую, монополистическую стадию. Господствующей идеологией, оказывающей постоянное давление на умы ученых, в капиталистически развитых странах становится идеология империалистической буржуазии. Находясь под влиянием этой идеологии, некоторые естествоиспытатели стали предвзято относиться к материализму, стремились сопровождать свои исследования идеалистическими выводами.

Полное преодоление этого кризиса возможно было лишь на основе применения естествоиспытателями диалектико-материалистического метода единственного метода, направленного на действительно научное познание и преобразование материального мира. «Материалистический основной дух физики, как и всего современного естествознания, — писал В. И. Ленин, — победит все и всяческие кризисы, но только с непременной заменой материализма метафизического материализмом диалектическим»[7].

До сих пор мы говорили о том, что философское понятие материи нельзя смешивать с естественнонаучными знаниями свойств и строения материи. С другой стороны, эти последние ни в коем случае нельзя рассматривать вне философского понимания материи, в отрыве от него. Естественнонаучные знания о материи обогащают и конкретизируют философское понятие о ней. Философское же понятие материи дает естествоиспытателю определенную методологическую установку, утверждает независимость существования материальных объектов от исследующего их ученого, познаваемость этих объектов и возможность практического использования их свойств. Разработка философских проблем естествознания позволяет успешно решить задачи, которые ставятся отдельными науками.

Данные современной науки блестяще подтверждают выводы В. И. Ленина, сделанные 70 лет назад. И чем глубже в тайны природы проникает физика, тем яснее становится неопровержимость и философская всеобщность этих ленинских положений.

Что же мы знаем сегодня о строении материи?

Исходя из данных современной науки, можно заключить, что в материальном мире имеются особые большие области организации материи: макромир (наш мир, мир привычных нам величин), микромир (мир чрезвычайно малых частиц), мегамир (большой мир, или мир гигантских величин). Каждая из них включает в себя определенные уровни организации материи. Например, в микромире следует особо выделить уровень элементарных частиц.

Различные «области» материального мира изучены людьми неодинаково. Человек сам принадлежит к миру макроскопических объектов, и вполне естественно, что именно макромир изучен лучше всего. Вместе с тем в наши дни буквально все знают, что мельчайшей частицей вещества является молекула, а наименьшей частицей химического элемента, обладающей его химическими свойствами, — атом. Химические же элементы образуют все простые и сложные вещества.

Но надо иметь в виду, что микроскопические объекты существенно отличаются от макротел. Если в прошлом столетии, говоря о микромире, исследователи представляли его себе отличающимся от мира макроскопических тел лишь с количественной стороны — по величине, то теперь достоверно установлено: микромир отличается от макромира и количественно, и качественно.

Во-первых, на уровне элементарных частиц отсутствует сколько-нибудь существенное различие между такими видами материи, как вещество и поле. Известно, например, что фотон, который не имеет массы покоя, является одновременно и элементарной частицей, и квантом поля. Ряд квантов физических полей обладает массой покоя, и это существенно сказывается на характеристике соответствующих полей (например, ядерное поле распространяется со скоростью меньшей, чем скорость света). Атак как в роли квантов физических полей выступают элементарные частицы, то это означает, что в данном случае граница, разделяющая понятия «частица» и «поле», попросту снимается. Но если это так, то снимается и граница между понятиями «вещество» и «поле». На уровне элементарных частиц свойства вещества как бы сливаются со свойствами поля, образуя единый вид материи.

Конечно, то, о чем только что говорилось, связано с положениями квантовой теории поля. И возможно, что выдвинутые утверждения не являются окончательными. Однако современное развитие квантовой теории приводит к весьма примечательным выводам. Один из них делает Марио Бунге в своей «Философии физики». Он констатирует, что объекты, которые описывает квантовая теория, ведут себя довольно своеобразно, то есть согласно неклассическим законам, и поэтому не могут быть ни классическими телами, ни классическими полями. Поэтому, заключает Бунге, пришло время признать, что квантовым теориям необходимо избавиться от классических аналогий, так как они «имеют дело с sui generis вещами, которые заслуживают нового родового имени, скажем имени квантонов»[8].

В настоящее время число открытых элементарных частиц значительно превышает число химических элементов. Однако закономерности этой области материи полностью еще не открыты. Ясно одно: обилие разных по своим свойствам элементарных частиц позволяет говорить об их различной сложности. Но если мы, например, можем утверждать: атом водорода «устроен» проще атома урана (хотя бы на основании различия в количестве частиц, образующих эти атомы), то нам еще не известен принцип, по которому можно было бы определять относительную сложность элементарных частиц. Элементарные частицы представляют собой объекты, которые могут преобразовываться в другие объекты, но не могут состоять (даже не в «классическом», а, так сказать, в «атомном» понимании) из каких-либо элементов.

В качестве особого уровня микромира можно рассматривать и физический вакуум, который обычно определяется как энергетически наинизшее квантовое состояние поля или системы полей. Уже из такого определения следует: под вакуумом нельзя понимать какое-то абсолютно пустое пространство. Возбужденный вакуум можно также считать особым «резервуаром», из которого как бы «извлекаются» элементарные частицы.

Мы упомянули помимо понятий «макромир» и «микромир» еще и «мегамир». В наши дни еще, к сожалению, нельзя сделать достаточно точные общие выводы о специфике его закономерностей. Но некоторые открытия и предположения тут имеются. Существует, например, мнение, что взаимодействие между галактиками невозможно объяснить наличием лишь гравитационных и электромагнитных сил. Возможно, между ними действуют еще неизвестные физические силы.

Итак, окружающий нас материальный мир чрезвычайно разнообразен. Его объекты отличаются друг от друга и количественно, и качественно. Вместе с тем при всем этом многообразии любой материальный объект или любой материальный процесс существует независимо от каких бы то ни было духовных сил. Конечно, в реальном существовании различных агрегатных состояний вещества мы во многих случаях можем убедиться непосредственно, а определить наличие, например, элементарных частиц возможно лишь при помощи специальной аппаратуры (счетчиков, детекторов, измерительных автоматов). Но так или иначе мы всегда приходим к выводу о действительном и независимом от сознания существовании этих объектов. Общественная практика доказывает: эти объекты могут правильно отображаться человеческим сознанием, могут познаваться людьми.

Таким образом, данные современных нам естественных наук полностью подтверждают выводы В. И. Ленина, сделанные в «Материализме и эмпириокритицизме». Ленинское определение материи является итогом развития познания объективного мира — итогом, который, с одной стороны, говорит, что «совершенно непозволительно смешивать… учение о том или ином строении материи с гносеологической категорией, — смешивать вопрос о новых свойствах новых видов материи (например, электронов) с старым вопросом теории познания, вопросом об источниках нашего знания, о существовании объективной истины и т. п.»[9]. С другой стороны, этот итог свидетельствует, что изучение свойств и структуры материальных объектов (чем как раз и занимается естествознание) дает возможность формулировать всеобщие философские выводы. Последнее в свою очередь означает: любое новое естественнонаучное открытие представляет собой конкретизацию положений научной философии, в том числе конкретизацию философского понятия материи.

Ученые дают интервью

Плодотворный союз

На вопросы отвечает член-корреспондент АН СССР М. Э. Омельяновский

Какие вопросы в области философии естествознания вы считаете особенно важными на данном этапе?

В соответствии с новыми задачами, выдвинутыми партией, советская наука расширяет и углубляет исследования закономерностей природы и общества, умножает свой вклад в решение вопросов теории и практики строительства коммунизма. В условиях научно-технической революции задачи плодотворного применения в естествознании философских идей, глубокий анализ новых познавательных ситуаций и своеобразия поворотов в развитии современной науки ставятся в философских исследованиях на первое место.

Особенность этих исследований — первоочередное внимание к методологической, логической и теоретико-познавательной проблематике научного поиска, к проблемам становления новых естественнонаучных концепций, теорий, методов, к философским проблемам синтеза нового знания о природе. Во всей многогранности возникают также проблемы анализа оснований современного естествознания, исследования природы научных теорий, структуры теоретического знания, изучения особенностей современного этапа математизации знания, «стыковых» проблем естественных, технических и общественных наук.

Какое место занимает философия диалектического материализма в развитии современного естествознания и какое влияние она на него оказывает?

Философия очень долго считалась наукой чисто умозрительной. «Философ» — так нередко говорили о человеке, способном затуманить, запутать, казалось бы, даже самый простой и ясный вопрос. Марксистско-ленинское философское учение полностью перевернуло представления о значении философии в жизни, сделало ее наукой, нужной людям в их деятельности. Это наглядно видно на примере разработки философских проблем естествознания.

Наиболее характерная черта марксистских исследований фундаментальных философских проблем, поставленных современным естествознанием, состоит в том, что они ведутся на основе укрепления и развития завещанного В. И. Лениным союза философов-марксистов и естествоиспытателей-материалистов. Творческое содружество философов и естествоиспытателей реализуется в ходе проведения теоретических конференций, симпозиумов, методологических семинаров. Оно выражается также в подготовке совместных работ по философским проблемам естествознания.

Положения диалектического материализма о материи и реальности, о пространстве и времени, о закономерности и причинности, о необходимости и случайности, о развитии через противоречия, об абсолютном и относительном, о диалектике процесса познания, о соотношении теории и практики и др. сыграли важнейшую роль в формировании и утверждении диалектико-материалистического понимания теории относительности и квантовой механики, теории элементарных частиц и современной астрофизики, комплекса биологических наук, кибернетики и других областей современного научного знания. На это обращают все большее внимание выдающиеся советские и зарубежные ученые. Достаточно напомнить о ленинской идее неисчерпаемости атома и электрона, которая в теории элементарных частиц играет ведущую роль. Современные ученые, в том числе такие крупные физики, как американец Ф. Дайсон, англичанин С. Пауэлл, японец С. Саката, указывали на это в своих работах.

В данной связи большой интерес представляют книги В. А. Амбарцумяна «Философские вопросы науки о Вселенной» (Ереван, 1973), П. Л. Капицы «Эксперимент, теория, практика» (М., 1973), Н. Н. Семенова «Наука и общество» (М., 1973), М. А. Маркова «О природе материи» (М., 1976). В них четко показано, как применение учеными диалектического материализма служит эффективному развитию естествознания, и в этом плане рассматриваются собственные открытия авторов книг, принесшие советской науке мировую славу.

Не могли бы вы охарактеризовать актуальные философские проблемы современной астрофизики?

Важность философского осмысления полученных научных данных для дальнейшего развития науки особенно наглядно демонстрируют современные астрофизика и космология. Эти области знания в наши дни приобретают большое мировоззренческое значение, так как постепенно раскрывают нам новую картину мира.

Например, открытие во Вселенной многих нестационарных объектов и выяснение их роли как закономерных фаз космической эволюции убедительно подтверждают диалектико-материалистическое положение о борьбе противоположностей как источнике развития. Ведь эти объекты находятся на таких стадиях своей эволюции, которые связаны либо с переходом в новое качественное состояние, либо с рождением новых космических тел. А еще недавно считалось, что они являются аномалиями, отклонениями от закономерного пути развития Вселенной.

С другой стороны, современные научные представления о расширении Вселенной относятся не ко всей материи, а лишь к физической системе наивысшего известного сейчас нам порядка — Метагалактике. Установленные наукой факты о «начале расширения» Вселенной означают не «сотворение мира», а эпоху образования вещества, из которого затем возникли и возникают известные нам формы материи. Таким образом, начало мира означает лишь понятие, подчеркивающее переход от одного, пока еще неизвестного нам состояния материи к тому, с которым имеют дело современные исследователи.

Итак, материалистическая диалектика, показывая несостоятельность разного рода идеалистических воззрений в современной астрономии, все в большей мере определяет ныне общие пути и методы исследования Вселенной, приносящие поразительные научные результаты.

А какие проблемы, имеющие философское значение, ставит современная биология?

В настоящее время наука о живом — биология переживает период небывало быстрого революционного развития. Она выдвигается на передний край современного естествознания. Биология не только раскрывает сегодня тайны живого, исследует механизмы наследственности и изменчивости в экосистемах, в организмах и на молекулярном уровне, но и дает широкую базу для разработки общей теории управления и выработки основных представлений о чрезвычайно сложных самоуправляющихся системах. Вот почему современные биологические исследования стимулируют появление новых обобщающих идей в современном естествознании и в диалектическом материализме. Достижения молекулярной биологии, генетики, биокибернетики, физиологии головного мозга позволили философам сформулировать важные выводы, обогащающие ленинскую теорию отражения.

Большое внимание советские ученые уделяют в настоящее время исследованиям в области физиологии высшей нервной деятельности и психологии. Здесь одна из центральных проблем — правильное понимание биологического и социального в человеческой психике, преодоление как биологизаторского, тай и вульгарно-социологического подходов к ней.

Как известно, в последнее время на первый план выдвинулась проблема взаимодействия природы и человека, человека и окружающей его среды. Какое место занимает эта проблема в современном естествознании с точки зрения философии?

Развиваясь на стыке естествознания и обществознания, эта область научных исследований не только изучает отдельные стороны взаимодействия природы и общества, но и рассматривает этот процесс комплексно.

Один из важнейших результатов развития науки и техники за последнее время — установление сугубой важности в познавательном и практическом плане экологической проблемы, то есть проблемы соединения, связи научно-технического прогресса с возможностями биосферы — той области реального мира, в которой живое существует и действует. В наши дни экологическая проблема встала в один ряд с такими фундаментальными вопросами научного познания, как, скажем, сущность жизни, структура микрообъектов. Советские ученые немало сделали, исследуя эту проблему во множестве ее аспектов. В частности, можно порекомендовать ознакомиться с книгой «Современное естествознание и материалистическая диалектика» (М., 1977), в которой имеется специальный раздел, посвященный естествознанию и экологии.

Научно-техническая революция ставит задачу овладения самыми широкими кругами советских людей современным стилем научного мышления. Каковы, на ваш взгляд, основные особенности этого стиля и как современная наука способствует его формированию?

К выработке нового стиля научного мышления — я здесь коснусь только одного аспекта этого большого вопроса — приводит также и кибернетический метод исследования. Кибернетические идеи, понятия и методы переработки информации и ее использования в управлении непосредственно связаны с разработкой марксистско-ленинской теории познания и ее основы — теории отражения. Важное значение в данном случае имеют работы по выяснению природы информации, изучению познавательной деятельности человека, взаимодействия его со средой. В результате стали успешно разрабатываться принципы моделирования различных сторон процесса познания. Советские философы подвергли обстоятельному методологическому анализу такие основополагающие основы кибернетики, как оптимизация управляющих систем, сущность обратной связи и ее роль в понимании систем живой природы и общества, в изучении такого аспекта психической деятельности человека, как «самоорганизация», и ее значения в раскрытии тайн жизни и психики, их активной стороны.

Каковы основные достижения советских ученых в области философии естествознания и каковы основные пути и перспективы ее дальнейшего развития?

Философские проблемы, о которых говорилось выше, развиты и конкретизированы в работах по философским проблемам естествознания, изданных в последние годы в СССР и других странах социалистического содружества. Стоит назвать завершенную в 1973 г. серию книг «Диалектический материализм и современное естествознание», написанных ведущими советскими и зарубежными естествоиспытателями и философами.

В заключение хотелось бы обратить внимание на один знаменательный, с моей точки зрения, факт. Развитие научного знания достигло такой ступени, когда оно все более широко обращается с самых разных сторон и в самой различной связи к изучению человека, его природы и сущности, всех его физических, социальных и духовных качеств. Эта глубокая «гуманизация» науки становится могучим фактором формирования сознания миллионов людей, решительно развенчивающим псевдогуманизм антинаучной концепции мира религии.

В широком обобщении успехов современной науки, в осмыслении ее возможностей в интересах человека труда и человечества, идущего к коммунизму, я вижу одну из важных задач марксистско-ленинской философии на современном этапе развития общества и человеческого познания. Укрепление взаимодействия ученых различных отраслей естествознания, техники и обществознания, на которое ориентирует Коммунистическая партия, будет способствовать дальнейшему сближению естественных, технических и общественных наук, выработке комплексного подхода к исследованию проблем фундаментального и прикладного характера современной науки, глубокому изучению ее развития. Это сближение еще в большей мере стимулирует всестороннюю разработку марксистско-ленинской философии, ее продвижение вперед вместе с марксистско-ленинской теорией в целом, наносит новые удары философской реакции и всяческому мракобесию. Таков путь дальнейшего подъема качества и эффективности исследований в области философских проблем естествознания.

Познание мира — дорога без конца

На вопросы отвечает действительный член АН Эстонской ССР Г. И. Наан

В настоящее время многие ученые заняты разработкой теоретических моделей различных объектов природы. Как следует относиться к подобным моделям и в какой степени, на ваш взгляд, может отвечать реальному положению вещей модель, например, однородной, изотропной Вселенной?

Построение теоретических моделей — реальный способ исследования природы. Каждая такая модель, если она построена на фактах и внутренне непротиворечива, отражает определенные стороны реального мира. Не следует только забывать, что модель еще не сам объект природы, а лишь его более или менее точное, но теоретическое построение.

Что же касается модели изотропной Вселенной, то данные современных астрономических наблюдений пока недостаточно определенны. Это не позволяет достаточно достоверно сравнивать более сложные модели с природными объектами и, следовательно, вьь носить окончательное суждение, в какой степени они реальны. При современном состоянии наших астрономических знаний простая однородная, изотропная модель представляется наилучшей. Но было бы слишком хорошо, если бы такое положение сохранялось всегда. Вряд ли можно сомневаться в том, что в действительности мир устроен гораздо сложнее. Ведь наши знания о нем всегда относительны. И поэтому можно не сомневаться, что со временем нам придется переходить ко все более сложным моделям, даже к таким, в которых рядом друг с другом могут сосуществовать различные миры, с разными свойствами.

Что представляют собой, с вашей точки зрения, законы природы и могут ли они количественно и качественно меняться со временем?

Объективные законы — это определенные правила, по которым природа движется, изменяется. Возможны ли их изменения? Если исходить из относительности наших знаний, то следует признать, что правы те физики, которые говорят: со временем в нашей области Вселенной происходит изменение констант — постоянных величин, входящих в формулы фундаментальных физических законов, например постоянной тяготения. Но это чисто количественные изменения.

А как все же быть с качественными? Можно ли в принципе допустить такую возможность, чтобы с течением времени изменился, скажем, сам характер, сама форма закона тяготения, а следовательно, и отображающая его математическая формула?

Тут на современном уровне познания возможны лишь весьма общие соображения. Если в природе, например, действительно существует сверхплотное состояние вещества — а после открытия реликтового радиоизлучения это представляется весьма правдоподобным, — то очевидно, что Метагалактика в отдаленные времена находилась в состоянии, к которому известные нам сейчас законы физики неприменимы.

Для современной физики это пока еще «темный лес». Но одно почти совершенно ясно: то было качественно совершенно особое состояние материи, иное, чем все известные нам сегодня. Поэтому есть основания предполагать, что и физические законы там могли иметь несколько иной или даже существенно иной характер. А если Метагалактика представляет собой пульсирующую систему и со временем теперешнее ее расширение сменится сжатием, то плотность вещества в ней вновь может возрасти настолько, что характер законов опять изменится.

Ну а что касается возможности изменения характера физических законов в нашей, так сказать, обычной Вселенной, вне каких-либо критических состояний, то пока в науке нет никаких фактов, которые бы ее подтверждали. Впрочем, и тут говорить с полной уверенностью, что известные нам законы природы не испытывают никаких изменений, тоже нельзя. Это уже было бы метафизикой. Слишком еще недостаточны наши знания о Вселенной.

Поскольку речь идет об объективных законах, возникает еще один вопрос: можно ли считать, что природе присущ некий «принцип экономии», что она «решает» свои задачи кратчайшим путем?

Я бы, скорее, сказал, что природа не терпит однообразия. Что же касается простоты, то в окружающем нас мире можно найти примеры и удивительно экономного «решения» задач и поразительной расточительности. Возьмем хотя бы генетический отбор, при котором прогресс достигается за счет перебора огромного количества возможностей и множества проб, реализуется лишь ничтожная их часть.

Но вообще-то, что значит «просто»? Может быть, тот или иной процесс представляется нам чрезвычайно сложным только потому, что мы не можем до сих пор понять какого-то принципа, лежащего в его основе. А когда поймем, все будет выглядеть весьма просто. И другое: «простое» и «сложное» понятия относительные. Скажем, уравнения общей теории относительности А. Эйнштейна можно считать, с одной стороны, необычайно простыми, а с другой весьма сложными: принцип, положенный в их основу, прост, а решение — очень сложное. Настолько сложное, что мы и до сих пор еще не осмыслили полностью всего богатства его содержания.

В последние годы в развитии естественных наук заметно возросла роль материалистической философии. Могут ли ее выводы играть роль естественнонаучных критериев?

Заменить естественнонаучные критерии философскими, разумеется, нельзя. Но среди самых разнообразных факторов, влияющих на осуществление научных открытий, диалектико-материалистические философские положения, бесспорно, играют немалую роль (хотя нередко сами авторы открытий об этом даже и не догадываются).

В науке можно найти немало примеров, подтверждающих это. Взять хотя бы историю открытия нестационарных объектов во Вселенной, В свое время исследователи были твердо убеждены, что все космические объекты в общем стационарны: какие-либо существенные изменения могут с ними происходить лишь чрезвычайно медленно. Это была скорее философская традиция, чем конкретно научный вывод из каких-то наблюдений. Более того, когда были открыты так называемые цефеиды — звезды, периодически изменяющие свой блеск за короткие промежутки времени, то астрономы и подумать даже не могли, что причиной таких явлений могут быть какие-то физические процессы в самих звездах. Очень долгое время считалось, что цефеиды — затменно-переменные звезды, и исследователи безуспешно занимались поисками второй компоненты звезды, которая периодически затмевает первую. Лишь после того как А. Белопольский исследовал цефеиды с помощью спектрального анализа, стало ясно, что это пульсирующие звезды.

Академик В. А. Амбарцумян, впервые выдвинувший идею о важности нестационарных процессов в эволюции материи во Вселенной, исходил из диалектико-материалистического взгляда о наличии в природе не только плавных эволюционных процессов, но и качественных скачков. Нередко именно общий материалистический подход — философские соображения помогают ученым осуществлять выбор между различными возможностями, отсекать бесперспективные направления при решении естественнонаучных задач.

Дают ли наши современные знания о Вселенной повод для идеалистических и теологических выводов?

Если говорить о современном положении вещей и самом ближайшем будущем, то мне кажется, что основная причина, делающая возможными всякого рода идеалистические спекуляции, заключена в трудностях гносеологического моделирования неисчерпаемого, сложного, диалектически противоречивого материального мира и даже любой его части. Ученые, опираясь на реальные данные опытов и теоретические возможности, строят определенную теорию какого-то явления, создают математическую или иную его модель. В чем-то она соответствует конкретному объекту (вещи, явлению и т. п.), отражает его. Но именно в чем-то… Поэтому для любого объекта в принципе можно построить несколько, даже бесконечно много, вероятностных моделей. Если бы модель полностью совпадала с объектом, то это была бы уже не модель, а. сам объект.

Другими словами, любому отдельно взятому явлению можно дать сколько угодно различных толкований. Например, движение планет в Солнечной системе можно объяснить и тем, что их толкают ангелы; и тем, что природа избирает наиболее совершенные — круговые — движения (система Птолемея); можно объяснить на основе законов Ньютона (плюс «первичный толчок» в каком-то теологическом или материалистическом смысле); можно объяснить на основе теории тяготения Эйнштейна или на основе некоторых других теорий тяготения, не прибегающих к концепции искривленного пространства — времени (такие теории тоже существуют). В принципе можно придумать и другие интерпретации. Однако в науке принимаются лишь те теории (модели), которые способны объяснить очень широкую группу разнородных явлений на единой основе и предсказать новые.

Возможность теологической интерпретации отдельных явлений в естественнонаучной сфере не должна поэтому вызывать удивления. Иногда теологи пытаются толковать физическую картину мира в целом, рисуя бога-творца в виде этакой капризной дамочки, вся логика которой заключена в трех словах: «Я так хо-чу». Это дает им возможность «объяснять» любое явление тем, что такова божья воля (которая неисповедима). Но современные богословы сравнительно редко прибегают к подобным примитивным объяснениям. Чаще они выступают во всеоружии данных современной науки и успевают своевременно приветствовать крупное научное открытие.

Стоит отметить, например, что Ватикан еще в 1952 г. совершенно официально принял на вооружение космологическую концепцию, известную под названием теории расширяющейся Вселенной, основы которой были заложены советским ученым А. А. Фридманом. Существенно подчеркнуть при этом, что принята была эта концепция с безоговорочным включением идеи первичного сверхвзрыва Метагалактики — идеи, вызвавшей наибольшие сомнения у ученых, в том числе и у Эйнштейна. В науке эта идея получила более или менее общее признание лишь 13 лет спустя, после открытия в 1965 г. реликтового космического радиоизлучения.

То, что Ватикан проявил тут завидную прозорливость, так ведь эпоха требует! А что касается толкования таких достижений, то здесь церковники имеют даже определенные тактические преимущества перед учеными. Наука, если она хочет оставаться наукой, должна признавать, что далеко не каждая проблема может быть решена на данной стадии нашего знания, что для решения некоторых проблем нужны десятилетия, века, даже тысячелетия. Религия же не связана таким условием.

Например, «механизм» первичного сверхвзрыва Метагалактики и многие смежные вопросы для науки и сейчас еще далеко не ясны. Более того, к некоторым из этих вопросов нет даже подхода, и — с ответом на них придется подождать. А для Ватикана никаких неясностей тут нет: первичный сверхвзрыв означает сотворение мира — это, мол, еще одно «несомненное» доказательство существования бога…

И что же, подобное положение вещей будет сохраняться всегда?

К тому времени, когда первичный сверхвзрыв найдет естественнонаучное объяснение, наверняка будут обнаружены какие-то другие труднообъяснимые явления, которые приверженцы религии попытаются истолковать как результат божественного вмешательства в механизм природы. И хотя религия сама по себе в силу своей иллюзорности просто не может, не в состоянии открыть ни одного закона или явления природы, ей, как видим, не столь уж трудно создавать иллюзию, будто наука плетется за верой. Ведь человеку свойственна жажда скорых и обязательно «исчерпывающих» объяснений любого вновь открытого явления природы, жизни, общественного развития. Именно это и создает сегодня в первую очередь благоприятную психологическую почву для распространения религиозных интерпретаций новейших открытий.

Однако, с другой стороны, весомость научной аргументации со временем, бесспорно, возрастает. При современном стремительном темпе развития науки ее воздействие на умы людей ощущается во все большей и большей степени.

Считается, что в нашу эпоху знания человечества удваиваются чуть ли не с каждым десятилетием. Но всякая медаль имеет свою обратную сторону. Удвоение знаний с каждым десятилетием означает вместе с тем, что мы знаем лишь небольшую долю того, что будет знать человечество в конце XX в. Так что есть основания предполагать: наши потомки будут с еще большей настороженностью относиться ко всякого рода теологическим выводам из научных открытий и проблем.

Вы говорите, что объем знаний современного человечества быстро возрастает. Можно ли считать, что основные фундаментальные законы природы уже открыты?

Ни в коем случае! На любом уровне развития цивилизации наши знания будут представлять лишь небольшой островок в бесконечном океане непознанного, неизвестного, неизведанного. Всегда будут нерешенные проблемы и неоткрытые законы, а каждая решенная проблема будет вызывать к жизни еще одну или несколько новых. Путь познания — дорога без конца!

Разумеется, психологически это очень неприятно: очень хочется надеяться, что когда-нибудь наступит время, когда наконец все «проклятые» вопросы получат исчерпывающий ответ, все научные и всякие иные проблемы будут хотя бы «в основном» решены и не надо больше никуда торопиться и можно спокойно пить чай у наших ультрахромосупер-стереотелевизоров. Это стремление столь велико, что почти каждая из прошлых эпох устами своих передовых представителей выражала уверенность в том, что основные законы природы уже познаны и остается лишь доделать кое-что в деталях.

Так было, в частности, в конце прошлого — начале нашего века, когда авторитетнейший физик Томсон (лорд Кельвин), выражая господствующие среди ученых настроения, провозгласил физическую картину мира в основном завершенной, а не менее авторитетный математик Пуанкаре констатировал с удовлетворением, что в математике наконец достигнута «абсолютная строгость». А на самом деле буквально через два-три года в математике разразился жесточайший кризис, в течение нескольких десятилетий потрясавший ее логические основы. И это в наиболее достоверной, наиболее строгой, наиболее точной науке. Столь же жестокий кризис — подлинная революция начался в то же время и в физике. Подобные «кризисы» больше всего способствуют пробуждению от догматической спячки, преодолению столь свойственного человеку чувства самообольщения. Они являются предвестниками очередного бурного подъема науки, как это и случилось с математикой и физикой в XX в.

Несмотря на то что исторический опыт и логика не дают никаких оснований рассчитывать, что когда-либо будут открыты все фундаментальные законы неисчерпаемой природы, надежды на это (на мой взгляд, по чисто психологическим причинам) высказываются и сегодня. Так, известный американский физик Ричард Фейнман считает, будто «нам необыкновенно повезло, что мы живем в век, когда еще можно делать открытия». Он говорит, что «век, в котором мы живем, это век открытия основных законов природы».

В связи с этим возникает такой вопрос: что важнее, по вашему мнению, для пропаганды и утверждения атеистических взглядов — разоблачать с помощью тех или иных достижений науки конкретные религиозные положения или добиваться, чтобы наши читатели и слушатели глубоко прочувствовали и осознали диалектический ход развития науки?

Думаю, необходимо и то и другое, но второе намного важнее. На мой взгляд, решающую роль должно сыграть преодоление догматического, в основе своей теологического, склада мышления, унаследованного от прошлого. Тысячелетия почти безраздельного господства религиозного мышления не могли пройти бесследно, инерция мысли весьма велика. Очень легко провозгласить себя противником догматизма и теологии, но совсем нелегко по-настоящему проникнуться пониманием сложности, трудности, мучительности, противоречивости пути познания научной истины, движения по пути перехода от одной относительной истины к другой, от нее — к третьей и накопления таким образом зерен абсолютной истины; движения по пути преодоления бесконечного ряда заблуждений, иллюзий, предрассудков. Только на основе диалектического склада мышления может выковаться полная уверенность в том, что религиозное (и любое другое догматическое) объяснение мира не может быть верным именно в силу того, что оно предлагает слишком легкое, слишком исчерпывающее, слишком окончательное решение труднейших проблем.

«…Диалектический материализм, — подчеркивал Ленин, — настаивает на приблизительном, относительном характере всякого научного положения о строении материи и свойствах ее, на отсутствии абсолютных граней в природе, на превращении движущейся материи из одного состояния в другое, по-видимому, с нашей точки зрения, непримиримое с ним и т. д.»[10].

Прогресс науки, фантастические ее достижения вовсе не ведут автоматически к крушению влияния религии. Один из виднейших мыслителей-материалистов XVIII в., Дидро, был убежден, что в связи с быстрым прогрессом знания через полвека от религии не останется и воспоминания. Прошло, однако, 200 лет, и ничего похожего не произошло. В чем же дело?

Вопрос этот, конечно, достаточно сложен, имеет свои социальные, гносеологические, психологические и иные аспекты. Я коснусь лишь одной его стороны.

Издавна существовали традиционные основные формы познания мира: наука, искусство, религия. Причем последняя — фантастическая форма, искажающая подлинную картину мира. Вот почему к настоящему времени религия практически полностью утратила свою познавательную функцию. Но влияние религии на людей основывается не только на этой функции. Человек нуждается не только в знании, но и в утешении. Утратив свою познавательную функцию, религия отнюдь еще не утратила функции утешительной. Более того, сложности и противоречия современного мира, обилие больших и малых социальных кризисов, опасности больших и малых катастроф часто даже усиливают потребность в утещещш. Религиозные организации, основываясь на своем колоссальном историческом опыте и тщательном изучении общественной и индивидуальной психологии, предлагают это утешение в наиболее универсальной и всеохватывающей форме.

В связи с этим можно отметить весьма интересную «инверсию взглядов». Внешне все выглядит так, как будто раньше религия проповедовала пессимизм, наука — оптимизм; теперь — наоборот. Теоретики неотомизма, то есть современные интерпретаторы учения средневекового богослова Фомы Аквинского, решительно выступают, например, против возможности каких бы то ни было глобальных катастроф, будь то термоядерное самоубийство человечества или тепловая смерть Вселенной. Эти и другие подобные катастрофы, утверждают они, абсолютно исключены, поскольку противоречили бы не только бесконечной мудрости, но и бесконечной доброте бога. Противоречили бы всякой логике (а бог, согласно утверждениям неотомистов, действует строго по логике: он якобы является единственным существом, вполне свободным от алогизма поступков, и для него было бы совершенно нелогично уничтожать плоды своего творения).

Что мы знаем о мегамире?

Познание Вселенной и религия

С самых древних времен люди задавались вопросами: откуда и как появился мир, в котором они живут? Что он собой представляет? Какое место занимает в нем человек?

Долгое время пальма первенства в ответах на эти вопросы принадлежала религии, и, как известно, она всегда давала на эти вопросы окончательные и однозначные ответы: мир создан из ничего по воле всесильного бога или богов; центром мира является Земля, а человек — творение божье — это «ничтожная песчинка», целиком зависящая от воли божьей.

Библия, Коран, другие «священные» книги — все толкуют мироздание подобным образом. Однако наука на основании неопровержимых данных доказала, что религиозная картина мира дает неверное представление о Вселенной. Быстрое развитие комплекса наук о Вселенной решительно подрывает один из самых главных столпов, многие века поддерживавших религиозную картину мира, — учение о творении. Современным теологам приходится модернизировать это учение, приспосабливать его к миропониманию людей XX в. Особенности этой модернизации религиозной картины мира хорошо видны на примере интерпретации теологами достижений современной науки.

Как известно, физика и открытые ею законы природы — основа для познания космоса. Это стало особенно ясно видно с появлением в начале XX в. так называемой новой физики, с рождением теории относительности и квантовой теории. На их основе развились такие отрасли знания, как астрофизика, космогония, исследующая возникновение и эволюцию небесных тел, космология, изучающая Вселенную как целое, и другие науки.

Пытаясь доказать, что наука якобы подтверждает существование бога-творца и управителя мира, теологи, в частности, отождествляли крах классической картины мира с крахом материалистического мировоззрения, утверждали, что новая физика будто бы уже одним своим появлением свидетельствует в пользу религиозных представлений. Она ведет нас к вратам религии, заявлял, например, известный теоретик католицизма епископ О. Шпюльбек.

Однако истинное положение дел состоит в том, что вместе с классической картиной мира потерпело крах не материалистическое мировоззрение, а метафизический материализм, пытавшийся свести все природные процессы к одной простейшей, механической форме движения. Физика XX столетия нанесла удар по претензиям сторонников метафизического материализма на объяснение всего существующего с механистических позиций. Новая физика, как и физика классическая, вскрывает естественную закономерность открываемых ею явлений, показывает, что мир бесконечно разнообразен, раскрывает диалектику природы и процесса ее познания, относительность наших знаний, наличие границ применимости открытых законов и фундаментальных научных теорий. Большинство современных идеологов религии признают общую научную картину мира и право ученых на его познание. Однако делают при этом ряд оговорок, пытаясь сохранить место для бога. При этом они не останавливаются даже перед прямой фальсификацией науки.

В свое время при Ватикане — центре католицизма — была создана папская Академия наук. Ее президентом до 1966 г. был бельгийский космолог священник Жорж Леметр — один из авторов теории взрывного расширения Вселенной из сверхплотного «первоатома». Сам Леметр отнюдь не связывал свою гипотезу с актом божественного творения.

Однако религиозные теоретики, ухватившись за исследования Леметра, не жалели усилий, чтобы отождествить взрыв, который привел, согласно гипотезе Леметра, к образованию Метагалактики, с актом божественного творения Вселенной. В этом смысле высказывался, например, католический богослов П. Тиволье. Комментируя теорию расширяющейся Вселенной, он откровенно заключил: «Вселенную создал бог…» А французский католический теолог Клод Тремонтан утверждал: то обстоятельство, что Вселенная находится в состоянии непрерывной эволюции, что в ней непрестанно возникают новые структуры, неоспоримо и неопровержимо свидетельствует о продолжающемся творении, о том, что все- в мире находится в состоянии непрерывного изобретения высшей сверхъестественной силой — богом.

Таким образом, идеологами религии предпринимается попытка создать впечатление, что построена «естественнонаучная теория творения мира богом». А в чем же действительный смысл гипотезы?

Современная наука пришла к выводу, что 12–20 миллиардов лет назад материя в нашей области Вселенной находилась в ином качественном состоянии, чем в современную эпоху. И, судя по всему, это было состояние сверхвысокой плотности. Некоторые ученые считают, что элементарные частицы, образовавшие «начальный» сверхплотный сгусток, могли возникнуть из физического вакуума. Современная наука располагает данными о том, что вакуум представляет собой особую форму существования материи, способную рождать такие частицы. Таким образом, нет никаких оснований рассматривать гипотезу расширяющейся Вселенной как «научное подтверждение акта божественного творения».

Что же касается утверждений теологов о том, будто наблюдаемое учеными образование новых космических объектов свидетельствует о продолжающемся божественном творении, то они также лишены каких-либо реальных оснований. Действительно, данные современной науки подтверждают, что ныне образуются новые космические объекты. Но это не рождение материи из ничего, а ее переходы из одного состояния в другие. Современная астрономия располагает научными фактами, достаточными, чтобы сделать вывод принципиального порядка: на протяжении всей истории наблюдаемой Вселенной не обнаружено ровным счетом ничего такого, что прямо или косвенно говорило бы в пользу богословских утверждений о существовании сверхъестественных сил, сверхъестественного начала и творения. Все полнее раскрывая сущность глубоких и крайне сложных явлений и процессов, происходящих во Вселенной, наука сегодняшнего дня еще и еще раз убеждает нас в материальном единстве мира.

Чтобы доказать обратное, современные теологи, как уже говорилось, особое внимание уделяют истолкованию в религиозном плане тех проблем, возникающих в процессе изучения Вселенной, которые еще находятся в стадии исследования.

Казалось бы, нет ничего более естественного, чем столкновение ученых в ходе исследовательских работ с новыми для них, порой неожиданными и даже «диковинными» явлениями, вступающими иногда в противоречие с известными и многократно проверенными на практике законами. Возникают такие ситуации и в процессе изучения Вселенной. И вот именно на вопросах, на которые астрофизика не может дать еще достаточно удовлетворительного ответа, и сосредоточивают внимание современные защитники религии, пытаясь интерпретировать их в религиозном духе. Они в этих случаях утверждают, что наука якобы приблизилась здесь к той границе, за которой начинается сверхъестественное.

Однако история развития знания свидетельствует о другом: ситуации, о которых идет речь, не только не доказывают существование непостижимого, сверхъестественного в природе, но, как правило, становятся трамплином, ведущим к новому знанию. Как уже было отмечено, любой из известных нам в настоящее время законов природы имеет свои «границы применимости». Вне этих пределов он либо не действует вовсе, либо играет второстепенную роль, т. е. не оказывает на течение естественных явлений существенного влияния, уступая ведущее место другим законам. Следовательно, есть свои границы применимости и у научных теорий, которые отображают действующие в реальном мире объективные закономерности.

Истина конкретна. Любые наши представления справедливы лишь в определенных границах. И если позабыть об этом, можно впасть в серьезные ошибки.«…Всякую истину, — писал В. И. Ленин, — если ее сделать «чрезмерной»… если ее преувеличить, если ее распространить за пределы ее действительной применимости, можно довести до абсурда, и она даже неизбежно, при указанных условиях, превращается в абсурд»[11].

Допустим, обнаружено явление, противоречащее известным нам законам природы. Значит ли это, что мы столкнулись с чем-то сверхъестественным? Нет! Нарушение закона природы означает лишь, что сложились такие реальные условия, которые лежат за границами его применимости. Следовательно, данное «необычное» явление происходит согласно какому-то другому, более общему естественному закону, существующему объективно, независимо от того, познан или не познан он на данном этапе развития наших знаний.

Даже самые удивительные явления, с которыми наука неизбежно сталкивается и которые на первый взгляд кажутся необъяснимыми, не могут служить свидетельством в пользу существования сверхъестественных сил.

Современная астрофизика вплотную подошла к изучению ряда природных процессов, которые не имеют пока удовлетворительного объяснения в рамках существующих знаний и понимание которых, по всей вероятности, потребует выхода за границы общепринятых фундаментальных теорий. Речь идет, в частности, о таких проблемах, как природа колоссальных космических энергий, мощных физических процессов, протекающих в ядрах галактик и квазарах, поведение материи в условиях сверхвысокой плотности, взаимосвязь процессов микро- и мегамира, свойства вакуума и некоторые другие. Однако наука безусловно успешно решит эти вопросы, открыв новые природные закономерности, не имеющие ничего общего с потусторонними силами.

Какие же выводы вытекают из всего сказанного для научно-атеистической пропаганды?

Во-первых, в связи с тем что науки о Вселенной в настоящее время переживают период необычайно быстрого развития, принципиальные открытия в этой области, требующие кардинального пересмотра привычных представлений, следуют одно за другим. А поскольку религия всегда паразитировала на неполноте человеческих знаний, на их относительном характере, то одна из важнейших задач научно-атеистической пропаганды состоит в том, чтобы показывать науку не статично, то есть не как простую сумму тех или иных положений, а в динамике, как живой диалектический процесс познания мира, с присущей ему закономерной сменой научных предположений, идей, гипотез, теорий. Только такой подход дает правильное представление о материальном единстве мира и о возможностях человеческого познания.

Во-вторых, науками о Вселенной выдвинут в последнее время ряд фундаментальных положений, которые представляются внутренне противоречивыми. Это дает теологам повод, с одной стороны, упрекать науку в несоответствии ее положений реальной природе, а с другой — утверждать, что противоречивость научной картины мира будто бы свидетельствует о правомерности тех глубоких и неразрешимых внутренних противоречий, которыми отличаются религиозные системы. Следовательно, в научно-атеистической пропаганде необходимо подчеркивать, что внутренние противоречия в познании мира — это не противоречия между научным положением и реальностью, а отражение в научных знаниях противоречий, присущих самой природе.

В-третьих, для утверждения в сознании людей научно-материалистического мировоззрения огромное значение имеет экспериментальное подтверждение и практическое использование научных знаний. В наши дни намного короче стал период, отделяющий момент совершения научного открытия от его практического применения. Это относится, разумеется, и к открытиям в области астрофизики и других наук о Вселенной. А использование научных знаний на практике один из наиболее весомых и действенных аргументов против религиозных взглядов и представлений.

Ученые рассказывают

Я. Б. Зельдович, академик, трижды Герой Социалистического Труда

Человеческий разум проникает везде

История окружающего нас мира, история Вселенной — это вопрос, который волновал человечество начиная с самых ранних ступеней познания. Мифы и религиозные учения предполагают свои «космологические системы», свои теории эволюции Вселенной.

Научная постановка вопроса об истории Вселенной — одно из важнейших завоеваний современной науки. Астрономия использует наблюдения с помощью телескопов, исследует спектры далеких небесных тел, изучает радиоволны, приходящие из самых отдаленных областей. Выводы из этих наблюдений делаются с учетом законов природы, изученных в земных лабораториях. Мы используем данные о спектрах атомов, о законах излучения и распространения радиоволн. Мы применяем к Вселенной и к огромным скоплениям звезд теорию всемирного тяготения, проверенную в земных условиях и в Солнечной системе, в частности по движению созданных человеком космических аппаратов.

Часто спрашивают: на чем основана уверенность в том, что земные законы действуют где-нибудь на далеких звездах? Наблюдения спектров далеких звезд доказывают, что атомы, электроны, ядра там имеют те же свойства, что и на Земле и на Солнце, — значит, везде во Вселенной законы природы, физики, химии одинаковы. Конечно, эта одинаковость законов не исключает разнообразия условий и строения небесных тел — из одинаковых кирпичиков можно построить весьма различные здания.

Большим достижением нашего века является установление факта эволюции, изменяемой Вселенной. Звезды расходуют свой запас горючего — водорода. Горение здесь заключается в превращении водорода в гелий путем ядерных реакций. Удаляются друг от друга огромные скопления звезд. Частью такого скопления является и наша Галактика с ее 100 тысячами миллионов (единица и одиннадцать нулей) звезд. Иногда кратко говорят о расширении Вселенной. Нужно только помнить, что ни сама Земля, ни Солнечная система, ни Галактика не расширяются.

До сих пор речь шла о картине, установленной к середине нашего века. Новые достижения последних нескольких лет связаны с наблюдениями космического радиоизлучения, равномерно заполняющего всю Вселенную, то есть излучения, приходящего к нам со строго одинаковой силой, куда бы мы ни направили радиотелескоп. Ясно, что никакие отдельные источники радиоизлучения не дали бы такой картины.

Новое, открытое в 1965 г. излучение объясняется тем, что много миллиардов лет назад вся Вселенная была совершенно не похожа на современную. Все пространство было заполнено тем, что физики называют плазмой, — горячим газом, состоящим из электронов, ядер водорода и гелия (то есть протонов и альфа-частиц) и излучением. Частицы излучения (фотоны, раньше их называли кванты света) при этом даже преобладали. Вселенная расширялась, и в ходе этого расширения происходило постепенное изменение, остывание плазмы. Радиоволны, наблюдаемые в настоящее время, — это потомки горячего излучения в прошлом. Такой вывод подтверждается и спектром радиоволн, — теория позволяет правильно предсказывать потоки волн в разных диапазонах.

С охлаждением связано и выделение отдельных небесных тел. Всем известно, что при охлаждении теплого воздуха возникает туман: водяные пары, содержавшиеся в воздухе, превращаются в капельки воды. Нечто похожее происходит при охлаждении и с плазмой: электроны и ядра объединяются в атомы, атомы объединяются в облака газа, далее эти облака распадаются на отдельные звезды. Часть вещества и сейчас остается в форме газа.

Подробное теоретическое исследование процесса образования Галактик и звезд является одной из центральных задач астрофизики. Решить эту задачу очень трудно, но и чрезвычайно важно для научного мировоззрения. Эта задача профессионально заманчива для физика-теоретика, и я счастлив, Что принимаю участие в ее разработке и с огромным интересом слежу за успехами коллег теоретиков и за новыми наблюдаемыми данными. Каждый год приносит новые успехи в этой области. Вспоминаются слова Тютчева: «Блажен, кто посетил сей мир в его минуты роковые» («роковое» имеет здесь смысл — «решающее, грандиозное, эпохальное», но не обязательно трагическое). Хочется изменить конец этого стихотворения. Поэт говорил: «Во всем величье видишь ты закат звезды его кровавой». А мы предвидим — и видим — восход ясного солнца науки, проникающего везде и познающего все — вплоть до самых отдаленных и в пространстве, и во времени областей Вселенной.

Е. И. Парнов, кандидат химических наук

В эпицентре «большого взрыва»

На перекрестке вселенских дорог

«В те времена, когда сверху не было ничего, что называется Небом, и внизу не было ничего, что носит имя Земли, был только их отец Апсу и мать всего Тиамат (первоначальные океаны)», — учили когда-то халдейские жрецы. Потом, считали они, бог Мардук рассек Тиамат на части и сотворил всю окружающую нас природу. Но вначале, как говорил вавилонский жрец Берос, «были мрак и вода». Именно над этим мраком и водой «пребывал» (обычно переводится словом «носился») библейский дух божий, который якобы разделил потом воды и создал Небо и Землю.

Подобное чудотворное разделение вод мы встречаем почти во всех мифах о сотворении мира.

«Вначале небо (Нут) и Земля (Геб) лежали, крепко обнявшись, в первобытной воде (Ну). В день творения из вод поднялся новый бог Шу и поднял богиню Нут так высоко, что только пальцами рук и ног она могла коснуться Земли. Это и есть четыре столба, поддерживающие усеянный звездами небосвод — прекрасное тело богини». Так представляли себе рождение мира бритоголовые жрецы в дельте Нила.

А древнегреческий поэт Гесиод в своей «Теогонии» пел:

Здравствуйте, дочери Зевса, и дайте желанную песню,

Славьте священное племя бессмертных, от века живущих,

Кои от звездного неба и ночи глубокой родились,

И от Земли, и которых соленое море питало…

И все же мы очень мало знаем об истинных представлениях древних о мироздании.

Они оставили нам прекрасные сказания, в которых отражены их воззрения на людей и природу. Но как отражены? По большей части языком искусства, а ему ведь свойствен свой, особый, образный строй и удивительная наивность ребенка, открывающего для себя мир. Вот именно эту поэтическую наивность мы нередко принимаем за подлинную сердцевину синкретического знания древних. И вполне возможно, мы здесь допускаем ошибку. Иначе как же объяснить невероятный скачок от прекрасного поэтического лепета к стройным системам греческих философов или к догадкам Вед?

Но другого выхода у нас, очевидно, нет. Если мы хотим хоть что-то сказать о далеких истоках нашего знания, мы просто вынуждены обращаться к мифам и поэмам, так как другими, более достоверными источниками не обладаем. Предположим на минуту, что древние люди действительно думали так же, как говорили в своих священных песнях. Пусть Брама, который «сам себя родил и непостижим для нашего ума», сделал первобытный раствор доступным чувствам через пять стихий. Пусть бог света Ормузд создал из первичной материи сначала шесть верховных божеств, а уж потом небо, солнце, огонь и воду…

Для нас в данном случае не это важно. Важно то, что человечество издавна пыталось разрешить «вечный» вопрос, «вопрос вопросов»: как и когда возник окружающий мир, Вселенная?

Нам выпало счастье жить в грозном и прекрасном веке, когда наука раскрыла многие тайны вещества и энергии, пространства и времени, сознания и жизни. В последнее время появились и четкие, полученные экспериментально данные, которые уже позволяют нам представить себе величественную картину эволюции Вселенной. Современная теория «большого взрыва», «большой вспышки» — это не наивный миф о сотворении мира, но она не лишена известной образности, можно даже сказать, поэтичности. В самом деле…

Данные астрофизики сегодня убедительно говорят: наш мир находится в состоянии «большого взрыва», и люди со своей небольшой планеты наблюдают за тем, как «раздувается» невообразимых размеров «пузырь», имя которому Вселенная. Поскольку галактики разлетаются от нас во все стороны, условно можно сказать, что мы находимся как бы в эпицентре этого события. На «границах» Вселенной разлетающееся вещество достигает световых скоростей (300000 км/сек). Мчась по замкнутым траекториям, кванты света «наливают» внутреннюю поверхность раздувающегося «пузыря» ослепительным сиянием. Но мы не видим этих сияющих «границ» — они ведь постоянно убегают от нас со скоростью света.

Да и разве можно назвать границами то, что отделяет нас от «ничто» и уносится в «никуда»?..

Окинем же оком простирающиеся вокруг нас туманные бездны! В отличие от древних вавилонян, ученые сегодня не только пассивно наблюдают звездный мир, но и активно исследуют его, даже сумели его измерить. Достоверность, реальность, число и мера — вот что прежде всего отличает наше знание от представлений древних людей, от их легенд и мифов.

Итак, теперь известно: расширяющаяся Вселенная в данное время простирается примерно на 10^10 световых лет, или на 10^28 сантиметров. Цифры эти невообразимо велики. Чтобы наглядно представить себе их, понять, какие пространства мы исследуем, сидя на своей планете, достаточно сказать, что сам человек в 10^26 раз меньше Вселенной, которую он дерзновенно посмел измерить. В самом деле, гамбургский математик Г. Шуберт как-то на досуге подсчитал, что 29 апреля 1902 г. в 10 часов 40 минут истек ровно 1 миллиард минут с начала нашего летосчисления. А ведь 1 миллиард — это «только» 10^9! Привычные земные масштабы не позволяют даже приблизительно ощущать необъятность такой разницы. И Человек велик уже одним тем, что сумел найти ее.

Обратимся теперь к другой дороге, ведущей нас в сердце мироздания, — в микромир. Самое малое из известных сегодня ученым расстояний — 10–14 сантиметров. Оно отличается от самого большого в 10^42 раз. Это значит, что диаметр элементарных частиц в 10^42 раз меньше диаметра Вселенной.

Давайте теперь вдумаемся в эти цифры! По сути дела, они — границы нашего познания на сегодняшний день, измеренные отрезки дорог, ведущих невообразимо далеко. 10 в 42-й степени — это столь много, что никто даже не может вразумительно разъяснить, как действительно велико такое число. Но все же попробуем представить себе его.

Допустим, что до таких размеров увеличилось число людей. Земной шар может вместить лишь 10^15 человек, да и то, если они станут на планете вплотную — локоть к локтю. Подсчитано, что во всей необъятной Вселенной имеется примерно 10^21 звезд. Если предположить, что у каждой звезды есть 10 планет, то мы получим число планет, близкое к 10^22. Теперь, если все эти планеты заселить, подобно Земле, то есть поставить на них людей плечом к плечу, то удастся разместить на них 10^37 человек. И все же это намного меньше, чем цифра «10^42». Нет, не представить нам с помощью привычных образов число 10^42!

Давайте теперь от пространственной характеристики исследуемого мира перейдем ко времени.

Если, например, взять самое малое из известных нам расстояний — 10–14 сантиметров, то этот путь свет успевает пройти за 10–24 секунд. Значит, это и есть на сегодня для нас самый маленький, кратчайший временной промежуток. Доступными в настоящий период ученым методами измерить его невозможно. Ну а самый большой из ныне известных нам промежутков времени — конечно же «время жизни Вселенной», то есть продолжительность ее расширения. Астрофизики подсчитали, что оно составляет 10–20 миллиардов лет — примерно 10^18 секунд.

И вот что особенно интересно. Когда мы подсчитаем, какой итог дает соотношение самого малого известного нам временного промежутка с самым большим, то получим то же самое умопомрачительное число — 10^42 секунд. Вот какие временные масштабы сумел теперь осмыслить ничтожный, как утверждают защитники религии, Человек, сам живущий в среднем всего 70 лет, или 10^9 секунд.

Кстати сказать, совпадение интервалов времени и расстояний отнюдь не случайно. Самые далекие участки Вселенной удаляются от нас со скоростью, близкой к световой. И с такой же скоростью движутся частицы в микромире. Именно скорость света объединяет между собой обе бесконечности: бесконечность большого и бесконечность малого. А мы стоим как бы на перекрестке. Привычный повседневный мир, окружающий нас, не знает таких скоростей. Только разум, мысль позволяет людям познавать невообразимый мир, мерилом которого является скорость света.

Мы оценили масштабы пространства и времени. Осталось вещество, которое окружает нас. Оно, как известно, меняется со временем и перемещается в пространстве. Вещество чрезвычайно многолико, проявления его неисчерпаемы. Но есть у него одно характерное качество — масса, которую мы измеряем в граммах. Попробуем же приближенно оценить всю массу обозримой для нас на сегодня Вселенной. Как уже говорилось, в ней около 10^21 звезд. По подсчетам ученых, одна звезда в среднем весит 10^35 граммов. Значит, масса Вселенной составляет что-то около 10^56 граммов — цифра, еще более грандиозная, чем 10^42. И опять обратимся для сравнения к Человеку. Он ведь весит сам менее чем 10^5 граммов. А мозг его оказался способным осмыслить тяжесть всего мира!

Как далеко до него всем богам всех религий! Человек всемогущ в своем познании окружающей природы, он сумел, сидя на небольшой Земле, очертить границы необъятного мироздания, он черпает мощь даже из сознания своей ограниченности во времени и пространстве, в силах и средствах.

Но для чего все это ему? В чем смысл и причина такого стремления человека к знаниям?

Загадки пространства — времени — материи так волнуют и влекут наши умы отнюдь не сами по себе. Не ради холодного света абстрактных истин мы столь упорно штурмуем тайны мироздания. И не только технический прогресс, дающий материальное изобилие, зовет нас в глубины космоса и микромира. Нет! Главная — и отнюдь не всегда осознанная — причина наших поисков лежит в нас самих. Ведь говоря о границах Вселенной, мы говорим и о возможностях нашего разума — о границах или, вернее, безграничности его познания. Измеряя Вселенную, мы измеряем, по сути дела, и силу нашего мозга. Характер самых смелых, самых «безумных» научных теорий определяется характером нашего мышления. Поэтому-то так волнуют и манят, так тревожат людей тайны космоса и микромира. Они, в сущности, важнейшее мерило наших способностей познавать, а Человек рожден для no-знания, — в этом великий смысл и цель его жизни.

Современные научные гипотезы коренным образом отличаются и от чисто отвлеченного «умствования» древних, и даже от более дисциплинированного, но тоже в сущности «умствования» натурфилософов Нового времени. Сегодняшние научные выводы, как правило, подкрепляются всей мощью реальных, строгих и проверенных знаний. Причем не только квантовая теория или астрофизика, но и космология опираются теперь на четкий эксперимент — достаточно вспомнить в этой связи открытие реликтового излучения Вселенной, когда радиотелескопы «поймали» наконец вполне реальные отголоски того самого «большого взрыва», с которого, как предполагали ученые, и начались величественные процессы рождения атомов и звезд нашего мира… Да, различие с древними мифами тут разительное! И все же если вдуматься, то стройная и величественная современная картина «большой вспышки», несмотря на всю ее математическую строгость, несет в себе весьма похожий на древние легенды аромат романтики, поэзии. Он заключается в невообразимой грандиозности познанного людьми мира, в его поразительной величественности, наконец, в том, что человек сумел все это осмыслить и охватить своим разумом, пусть и не полностью…

Маяки мироздания

Познакомимся с одной важной космологической гипотезой, которая, как кирпичик, входит в современную космологию и тоже опирается на данные непосредственных наблюдений. Ученый Ян Зельхейм исследовал в космосе 11 слабых точечных источников радиоизлучения — квазаров, удаленных от нас на миллиарды световых лет. И для каждого из них он обнаружил пару-антипод в противоположной точке неба. Что это означает?

Согласно современным научным представлениям, в основе которых лежит теория относительности А. Эйнштейна, в замкнутой Вселенной любой луч электромагнитного излучения должен вернуться в исходную точку. Следовательно, в принципе на Землю радиоволны и видимый свет от одного и того же источника излучения могут приходить двумя путями и с противоположных сторон! Если это так, то тогда 11 пар зельхеймовоких радиоисточников — просто 11 максимально удаленных от нас излучателей, испускающих радиоволны двумя путями по эйнштейновской кривизне — навстречу друг другу.

Правда, противостояние таких пар не абсолютно зеркально. Но если учесть невероятную удаленность от нас этих источников радиосигналов и чрезвычайно многочисленные местные искривления пространства, то такие небольшие отклонения легко объяснимы. На возможность фокусировки лучей в сферическом мире указывает и академик В. Л. Гинзбург. Такая фокусировка следствие положительной кривизны пространства. Это наглядно видно на двухмерной модели:

Распространяясь по большим кругам, исходящий от точки А свет соберется на другом «полюсе» — в точке В. Луч в принципе может обогнуть сферу несколько раз. Но из-за местных неоднородностей свет, идущий по разным путям, будет по-разному и отклоняться. В результате для наблюдателя изображение далекого квазара должно как бы «размножиться» — могут появиться так называемые «духи». Поиски этих «духов» — размноженных изображений одного и того же источника — это опытная проверка справедливости теоретической модели сферического мира, созданной современной наукой.

Наблюдая самый дальний квазар, мы как бы оглядываемся на бесконечно далекое прошлое. Ведь свет от такого квазара, видимый на Земле сейчас, начал свое путешествие около 8–10 миллиардов лет назад. Возраст нашей планеты определяется примерно в 5 миллиардов лет. Значит, от этого квазара свет пустился в путь задолго до того, как образовалась Земля. Именно подобные излучения позволяют ученым перекинуть мост через пропасть времени, «заглянуть» в эпоху образования Вселенной. Возраст Вселенной, повторяем, исчисляется в 10–20 миллиардов лет.

Напомним, что существуют две научные теории, пытающиеся объяснить процесс расширения Вселенной. Первая постулирует во времени некий определенный момент — «большой взрыв», «большую вспышку», положившую начало Вселенной. Эта теория так и называется «взрывной»; иногда ее именуют «эволюционной».

Другие представления исходят из того, что Вселенная по мере расширения постоянно образовывала новую материю из энергии пространства. Эта материя заполняет новыми галактиками все увеличивающиеся бездны между галактиками существующими, и таким образом Вселенная остается относительно однородной, неизменной — без начала и без конца. Такая концепция известна под названием «стационарной». Позднее в нее внесли некоторые поправки — и возникла идея пульсирующей Вселенной, которая периодически то расширяется от взрывов некоего изначального тела, то сжимается вновь, а затем опять взрывается по огромным циклам. И так до бесконечности…

Несмотря на ожесточенные споры, ученые не могли доказать явного преимущества той или другой теории. Для проверки обеих гипотез важно было, в частности, подсчитать количество галактик, расположенных по периметру Вселенной. Если бы такой подсчет показал, что там сконцентрировано больше галактик, чем в центральной части, то это подтвердило бы верность взрывной теории, утверждающей: вначале галактики находились на более близком расстоянии друг от друга. Ну а если подсчет показал бы, что галактики распределены по всей Вселенной сравнительно равномерно, то у ученых появились бы серьезные основания полагать: права теория стационарная, доказывающая, что Вселенная неизменна и ныне, и в прошлом, и в бесконечном будущем.

В 1961 г. сотрудник Кембриджского университета Мартин Райл завершил свой восьмилетний подсчет радиоисточников и подтвердил известное скопление небесных объектов у внешних краев Вселенной. Подсчитывать радиоисточники довольно трудно и столь же сложно дать им правильную интерпретацию…

Вот почему квазары стали для исследователей своеобразными маяками, постоянно фиксируемыми и достаточно удаленными ориентирами для широкого изучения относительной скорости расширения Вселенной. Сопоставляя красные смещения галактик и квазаров на все более отдаленных точках космоса, ученые получили возможность определить, ускоряется или замедляется темп расширения Вселенной. Согласно стационарной теории, этот темп должен увеличиваться с течением времени и по мере вечного движения галактик дальше от центра в расширяющейся Вселенной. Согласно взрывной теории, темп расширения должен уменьшаться, так как галактики теряют свою энергию под влиянием всемирного тяготения и отдаляются друг от друга все более медленно, чем непосредственно после взрыва. Если темп замедления достаточно резок, то, значит, в конце концов наступит момент, когда снова начнется фаза сжатия галактик.

А если Вселенная действительно начнет сжиматься, то, по некоторым расчетам, это будет все ускоряющийся во времени процесс. Галактики станут «сбегаться» быстрее и быстрее, пока не «сольются» в сравнительно небольшой шар с исключительной плотностью вещества, который в конце концов снова взорвется, и, как в популярной песне, «все опять повторится сначала»…

Современная космология утверждает, что для расширяющейся Вселенной существует «горизонт события», за которым находится ненаблюдаемый антимир. Поэтому можно сказать, что переход всей Вселенной от расширения к сжатию подобен падению ее в зазеркалье антимира. Наблюдая с Земли сжатие Вселенной, мы увидели бы как бы «провалы» галактик за «горизонт событий», в мир встречного времени.

Впрочем, проблемы «сжимающегося» мира имеют для нас скорее теоретический интерес. Наука сегодня кладет свою основную лепту на чашу весов «взрывной», «нестационарной» теории. Поэтому-то наряду с «переписью» галактик ученые и пытаются провести подсчет квазаров. В «стационарной» Вселенной квазары должны распределяться в постоянной пропорции в любой исторический отрезок времени. Подсчитав число этих сверхзвезд с небольшим красным смещением — они ближе к нам и, следовательно, представляют сравнительно недавние эпохи в жизни Вселенной — и сопоставив его с числом объектов, чье большое красное смещение указывает на удаленность от нас во времени и пространстве, можно проверить справедливость обеих теорий.

По последним данным, квазаров с большим красным смещением оказалось гораздо больше. Это свидетельство того, что Вселенная эволюционирует во времени, а не находится в стационарном состоянии. Сейчас получены спектры более сотни квазаров. Максимальное обнаруженное расстояние тут составляет около 8 миллиардов световых лет. Такой результат говорит о том, что ученым удалось заглянуть в то время, когда нашей Вселенной было «всего» 2 миллиарда лет! А это означает, что мы теперь непосредственно обозреваем уже о; коло 80 процентов необъятного мира!

Как видим, исследование квазаров стремительно раздвигает границы космологии.

Обнаружение в 1965 г. реликтового (остаточного) излучения, испущенного в начальные моменты развития Вселенной, указывает на то, что когда-то была так называемая догалактическая фаза ее развития — тогда не было ни галактик, ни квазаров. Вот почему квазары все же дают нам о Вселенной весьма ограниченные сведения. Очевидно, с их помощью ученые не сумеют заглянуть глубже чем на 8 миллиардов лет назад.

А как же все-таки тогда узнать о догалактической юности Вселенной? И есть ли вообще у человека сегодня такая возможность?

Антимир родился в тот же день и в тот же час

Гипотеза сверхплотной «бомбы», из которой, как цыпленок из яйца, вылупилась наша Вселенная, остается равнодушной к великой симметрии мира. Но антивещество властно требует всех прав гражданства. Вполне допустимо предположить, что вещество и антивещество — близнецы, родившиеся в одном и том же месте и в одно и то же время. Естественно допустить также, что оба состояния материи развились в какой-то момент эволюции сверхплотного протовещества. Первая космологическая теория, которая справедливо поступила с антивеществом, была разработана американским физиком Гольдхабером. Он назвал первоначальное средоточие Вселенной «универсоном». При распаде эта исходная суперчастица разделилась на две: «космон» и «антикосмон». Как нетрудно понять из названий, «космон» дал начало веществу, «антикосмон» антивеществу. Пока все это не более чем фантастика, в лучшем случае феноменологическая «протогипотеза», которую еще только предстоит развить. Гольдхабер не называет причин внезапного распада «универсо-на». Он лишь проводит здесь параллель с распадом тета-нулымезона на положительный и отрицательный пионы. Подобно этим частицам, «космон» и «антикосмон» разлетелись в разные стороны, стремясь скорее покинуть место распада. Последовавший за этим взрыв «космона» дал жизнь окружающему нас миру. Что же касается «антикосмона», то он мог не взорваться и по сей день. Впрочем, он мог и взорваться одновременно с «космоном», но в этом случае Антивселенная находится вне пределов нашей видимости.

Гипотеза Гольдхабера — это как бы предшествующая ступень гипотезы образования Вселенной из протовещества. Кроме того, она вносит в эту последнюю гипотезу недостающий элемент симметрии. В остальном же на нее распространяются все присущие таким гипотезам недостатки. Мы не знаем и никогда не узнаем, откуда появился «универсон» и почему он вдруг претерпел распад на две противоположные частицы. Но точно так же нам приходится принимать как данное и сверхплотное протовещество, сжатое до ничтожных размеров! И с этим приходится мириться. Как говорят физики, проблема рождения Вселенной относится к числу «неприятных».

Если мы принимаем «взрыв» за начало развития Вселенной, то нужно смириться и с тем, что именно с этого момента начался и отсчет времени. «До» этого будильник стоял, точнее, его просто не существовало! Итак, окончательно договоримся, что все вопросы, касающиеся того, что было «до», просто не имеют смысла. Это позволит нам иными глазами смотреть и на «неприятные» проблемы. Все отличие этих проблем от гипотез натурфилософов в том, что «неприятные» проблемы опираются на всю мощь экспериментальных и теоретических наук, тогда как главной опорой натурфилософов была чистая фантазия. Разница очень существенная.

Поэтому не будем спрашивать, что было до начала Вселенной. Блаженный Августин, говорят, заинтересовался тем, что делал бог до того, как создал мир. На этот вопрос могло быть два одинаково неприятных ответа: 1) бога до того, как он создал мир, просто не было и 2) бог был занят тем, что создавал ад для людей, задающих глупые вопросы.

Но если Гольдхабер в своей гипотезе исходит из изначального существования сверхплотной «бомбы» — а такая посылка, как мы видели, диктуется наблюдаемым расширением Вселенной, — то шведские астрофизики Альф-вен и Клейн пытаются вывести Метагалактику из облака крайне разреженного вещества. Вряд ли такая попытка достаточно серьезна. Но в гипотезе шведских ученых есть несколько остроумных моментов, из-за которых с ней стоит познакомиться. Ведь диалектика развития научных идей подсказывает, что наиболее правильное решение рождается на стыке двух противоположных мнений. Закроем глаза на, мягко говоря, не очень ясную отправную точку в гипотезе Альфвена и Клейна, согласно которой облако появилось в результате небольшого изменения энергетического состояния пространства. Знакомство с природой физического вакуума дает возможность «переварить» и не такие идеи.

Итак, мы приходим к какой-то (чем она хуже внезапного взрыва?) энергетической флюктуации. Чистая энергия обязана превратиться в эквивалентное число пар, состоящих из частицы и античастицы. По сути дела, облако Альфвена — Клейна не что иное, как плазма. В первые моменты существования эта плазма настолько разрежена, что столкновения частиц очень редки и аннигиляция между частицами и античастицами почти невозможна. Но постепенно, под действием гравитационных сил, плазма начинает сжиматься. Аннигиляционные вспышки происходят все чаще и чаще, а конечные продукты аннигиляции — фотоны — все более плотным потоком пронизывают пространство. Короче говоря, повышается радиационное давление, которое и приводит в конце концов к равновесию сжимающих и расталкивающих сил. В этих условиях происходит формирование атомов, облаков газа, которые постепенно конденсируются в различные небесные тела.

Самое любопытное в гипотезе шведов — это идея отделения вещества от антивещества. С ней стоит познакомиться поближе: она может в какой-то мере дополнить другие, более удачные космологические теории. Наконец, она обладает и самостоятельной ценностью.

Еще в период сжатия первичной плазмы, процесса, вероятно, весьма неравномерного, возможно появление различных местных сгущений. Температура в таких сгущениях вследствие повышенной плотности аннигиляции, естественно, выше, чем в окружающем газе. Это, в свою очередь, приводит к конвекции. Под действием гравитационных сил более легкий электронно-позитронный газ начинает скопляться в одном участке, который мы условно можем назвать «верхним». Более тяжелый газ, обогащенный нуклонами и антинуклонами, оказывается тогда в «нижних» областях. Движение заряженных частиц в плазме вызывает появление электромагнитных сил, которые «рассортировывают» частицы с разноименными электрическими зарядами.

Не касаясь подробностей механизма электромагнитной сепарации частиц из «верхней» и «нижней» областей, удовольствуемся лишь конечным результатом. А он нам известен заранее, поскольку в нашем мире частицы преобладают над античастицами. В итоге нам ведь нужно соединить позитроны с антипротонами и электроны с протонами и отделить вещество от антивещества. Альфвен, собственно, и предлагает такую гипотетическую схему магнитных полей в сжимаемом облаке, при которой индуцируются необходимые для сепарации электрические токи. Конечно, приведенная им схема произвольна, но она вероятна. А можно ли требовать большего от гипотезы, касающейся одного из самых «неприятных» вопросов?

Приняв со всеми возможными допущениями и оговорками, что эволюция первоначальной плазмы привела в конце концов к образованию облаков водорода и антиводорода, мы сразу же сталкиваемся с новой трудностью. Суть ее предельно ясна. Как объяснить, что не произошла аннигиляция этих облаков?

Подобно тому как из кольцевых магнитных линий можно создать замкнутую «трубку», в которой, как в бутылке воду, можно хранить плазму, в будущем, вероятно, удастся создать и «бутылку» для хранения античастиц. Сквозь невидимые магнитные стенки ни изнутри, ни снаружи не сможет прорваться ни одна заряженная частица. В таком «сосуде» можно будет безбоязненно хранить запасы античастиц, не опасаясь аннигиляции. Одним словом, человек научится экранировать вещество от антивещества. Но у нас-то речь идет о процессах, которые гипотетически должны были протекать за миллиарды лет до появления человека!

Альфвен предсказал вариант самопроизвольной взаимной экранировки облаков водорода и антиводорода. На границе соприкосновения таких облаков неизбежно возникает аннигиляция. Но бояться ее не нужно. Аннигилируя, атомы и антиатомы породят вихри фотонов и электронно-позитронных пар. Этот радиационный газ, подобно пару, подбрасывающему каплю воды на раскаленной плите, будет стремиться отбросить облака антиподов в разные стороны. Чем сильнее будет протекать аннигиляция, тем энергичнее будут силы расталкивания. Поэтому облака, едва успев войти в соприкосновение, разойдутся, как корабли, подгоняемые ветрами, дующими с разных сторон.

Таких облаков-антиподов в первоначальной плазме рождается великое множество. Мы нарочно взяли лишь одну пару, чтобы легче было разобраться в происходящих процессах. Далее начинается самое интересное. Магнитные поля в первичной плазме крайне слабы. При самом оптимистическом подсчете, они лежат в пределах 1–2 гаусс. Но чем слабее магнитное поле, тем слабее и ток в природном контуре плазменного сгустка. А это, в свою очередь, означает, что в космической сепарации участвует меньше частиц. По расчетам Альфвена и Клейна, магнитные поля средней силы способны разделить вещество и антивещество, общая масса которых соизмерима с массой звезды. Парадоксальный вывод!

Он означает, что даже наша вполне заурядная система могла возникнуть не из одного водородного облака, а только в процессе слипания нескольких таких облаков. Отсюда легко прийти к выводу, что даже в нашей Галактике половина звездных систем может состоять из антивещества! Астрономам придется много потрудиться, чтобы опровергнуть этот ошеломляющий вывод. Звездный свет не несет нам информации о веществе, которое его испускает. И может быть, даже ближайшие наши соседки Альфа Центавра и Тау Кита черпают свою энергию из синтеза антипротонов.

И все же, несмотря на то что электромагнитное излучение одинаково для вещества и антивещества, у нас есть определенные шансы распознать окружающие Солнечную систему антимиры. Конечно, если эти антимиры действительно существуют. Оставляя в стороне нейтринную астрономию, которая является делом будущего, коснемся так называемых фронтов. Мы употребили это название по аналогии с одноименным атмосферным явлением, наблюдающимся при столкновении холодных и теплых воздушных масс. Атмосферный фронт легко обнаружить по характерным шумам: воды, крикам птиц и животных. Аналогично этому можно попытаться обнаружить аннигиляционный фронт в космосе.

Поскольку на границе вещества и антивещества кипят аннигиляционные битвы, то, как говорят астрономы, в «гамма-свете» соответствующие участки ночного неба не могут не выдать себя. Конечно, атмосфера задерживает рентгеновские излучения космоса. Но гамма-телескопы уже выводились с помощью спутников на околоземную орбиту. Первые такого рода опыты, правда, показали, что космический гамма-фон довольно однороден. Но окончательные выводы на основании этого делать нельзя. Потребуются еще десятки и сотни точных измерений. Да и гамма-телескопы еще не настолько совершенны, чтобы мы окончательно отказались от идеи существования «ближних» антимиров.

Впрочем, «роме гамма-астрономии есть еще одна возможность подтвердить или опровергнуть гипотезу шведских астрофизиков. Речь идет об особенностях аннигиляционных фронтов, на которые обратил внимание советский ученый Н. А. Власов. На короткое мгновение перед аннигиляцией частицы и античастицы образуют псевдоатомные структуры — протоний (протонно-антипротонная пара) и позитроний (электронно-позитронная пара). Протоний и позитроний обладают избыточной энергией. Поэтому, прежде чем исчезнуть, они успевают испустить световые кванты. Вполне понятно, что квазиатомные структуры обладают строго определенными спектрами. На основании этого Н. А. Власов и предлагает изучить спектры всех даже самых слабых свечений в пространстве.

Прорыв к «началу»

Попробуем совершить мысленное путешествие к тем далеким временам, когда привычное для нас понятие «наблюдатель» теряет всякий смысл, когда не было ни галактик, ни звезд, ни планет, ни разума…

Ставя наш мысленный эксперимент, изберем для первого «посещения» прошлого Вселенной период, отделенный от «большого взрыва» двумя-тремя годами.

В этот период вещество Вселенной напоминало плазму. Оно представляло собой расширяющееся облако протонов, электронов и легких ядер (главным образом гелия), пронизанное гигантскими электромагнитными потоками всех степеней жесткости — от радиоволн до гамма-лучей. Излучение это, конечно, обладало равновесной с веществом температурой. Но температура по мере расширения быстро уменьшалась. «Выстрел» свершился — и горячие газы вырвались на простор… Поэтому через несколько тысяч лет после «взрыва» температура достигла вполне привычных для нас значений: 3000–4000°К[12], а плотность вещества упала примерно до 10–20 г/см^3. В этих условиях электроны уже могли соединяться с ядрами и образовывать первые в юной Вселенной легкие атомы — водородные, гелиевые и т. п. В такой среде излучение как бы «отрывается» от вещества, перестает испускаться и поглощаться. Температура этого излучения тоже быстро уменьшается.

Как известно, температура меняется обратно пропорционально расстоянию между любыми удаленными частицами расширяющегося объема, а плотность обратно пропорционально кубу этого расстояния. Вспомним, что плотность вещества в современной Вселенной достигает значения 10–29 г/см^3. Поделив величину плотности вещества юной Вселенной — 10–20 на сегодняшнюю плотность — 10–29, мы получим величину 10^9. Это соответствует изменению расстояния в 10^3, или, говоря иными словами, радиус современной Вселенной в 1000 раз больше, чем той прежней, о которой идет речь. А это означает, что температура «оторвавшегося» излучения должна теперь быть в 1000 раз меньше, то есть соответствовать приблизительно 3°К.

Мысль о том, что такое излучение — «свидетель» первоначального «взрыва» — можно обнаружить в космосе, была высказана еще более 20 лет назад, но, как это часто бывает, ей не придали большого значения: идея была «чуточку» преждевременной. Зато поеле 1965 г., когда реликтовое излучение было открыто, все смогли оценить, насколько она была справедлива. Остается добавить, что температура этого излучения оказалась 2,7°К! Это был еще один триумф современной научной теории. Выяснилось, что разработайные советским ученым А. А. Фридманом в начале 20-х годов модели Вселенной не только качественно, но и количественно вполне реально описывали эволюцию мира. Столь же справедливой оказалась и гипотеза о «горячей» Вселенной.

Наиболее примечательное свойство реликтового излучения — его удивительная однородность, как говорят ученые, изотропность: со всех точек неба оно поступает к нам с одинаковой интенсивностью. И это тоже помогает ученым: ведь исследуя современный реликтовый фон и высчитывая, каким он был на более ранней стадии, можно заглянуть в прошлое Вселенной. Поэтому с полным на то основанием сегодня можно сказать, что в период «отрыва» излучения от вещества Вселенная была более или менее изотропной. Это очень важный вывод, хотя он и не дает нам права судить о более ранних стадиях, когда первичное облако не было «прозрачно» для излучений.

В первые секунды — а может быть, даже дни и годы после «взрыва» Вселенная могла быть сильно анизотропной, то есть обладать любыми неоднородностями. Но постепенно они сгладились, как складки на камере мяча после его накачки. При этом следует учесть также, что на пути к нам кванты реликтового излучения многократно рассеивались и «забывали» о своем далеком прошлом. Вот почему о более ранних стадиях жизни Вселенной мы можем только высказывать гипотезы. Однако не исключено, что об этих периодах нам когда-нибудь смогут рассказать реликтовые нейтрино и гравитационные волны, если ученые когда-нибудь сумеют их поймать.

И все же современная наука сумела совершить громадный прыжок в прошлое нашего мира! Если квазары позволили им приблизиться к моменту «большого взрыва» лишь на 2 миллиарда лет, то реликтовые кванты сократили этот срок до 300 тысяч лет. По сравнению с гигантским временем существования Вселенной это очень мало.

Однако попробуем все же подойти еще ближе к «началу». Согласно «горячей» модели Вселенной Фридмана, через 100 секунд после «взрыва» плотность вещества должна составлять около 100 г/см^3, а температура — 10^9 градусов. Подсчеты говорят, что на этой стадии вещество состояло в основном из протонов, нейтронов и электронов. При этом протоны активно взаимодействовали с нейтронами, образуя главным образом альфа-частицы. Те же немногие нейтроны, которые не успели вступить во взаимодействие, распадались. Таким образом, сразу же после «взрыва» Вселенная состояла на 90 процентов из протонов и на 7–8 процентов — из ядер гелия. Отсюда понятно, что, определив процент гелия в сегодняшней Вселенной, можно было бы существенно подкрепить «горячую» фридмановскую модель. И действительно, у исследователей теперь есть немало оснований утверждать, что гелия во Вселенной много — около 5–10 процентов.

Но и на этом современная теоретическая наука не останавливается. Она стремится проникнуть в еще более ранние стадии существования мира. В тот момент, когда время (Т) было равно всего 0,3 секунды, плотность вещества должна была достигать 10^7 г/см^3, а температура — 3·10^10 градусов. Этот период характеризуется «отрывом» нейтрино от нуклонов. В принципе здесь имело место то же явление, о котором уже шла речь, когда мы говорили о реликтовом излучении. Как и электромагнитное излучение, нейтрино не успевали излучиться и поглощались веществом. Но с уменьшением плотности вещество стало для нейтрино прозрачным. Разница здесь лишь в критических значениях плотности: 10–20 г/см^3 — для электромагнитных квантов и 10–7 для нейтрино.

Считается, что излученные в тот период нейтрино должны были «дожить» до наших дней. Но теперь они уже настолько охладились (температура их с 3·10^10 упала до 2°К), что ученым вряд ли удастся их «поймать» в ближайшее время. Для этого точность существующей у нас аппаратуры нужно увеличить на несколько порядков. Но в принципе поймать реликтовый нейтринный фон можно. И это приблизило бы нас почти к самому моменту «начала». Впрочем, температуру в 2°К дает уже знакомая нам модель с изотропным расширением. Если же ранние стадии были анизотропны, то реликтовые нейтрино должны обладать температурой более высокой, и «уловить» их, конечно, будет легче. Возможно, это и произойдет в ближайшие годы…

Но продолжим наше путешествие во времени, наш «прорыв» к Т-0[13], ко все более высоким плотностям и температурам. Здесь нас ожидают некоторые сюрпризы.

При Т=10-4 секунды плотность вещества уже «ядерная» — 10^14 г/см^3. Это означает, что Вселенная в тот момент еще находилась под властью квантовых законов. С достаточной строгостью мы можем считать такую раннюю Вселенную… громадным атомным ядром со всеми вытекающими из этого последствиями. Поистине удивительное торжество диалектики с ее законами перехода количества в качество! Поскольку общая теория относительности не учитывает квантовость, то вряд ли с ее помощью можно описать эту раннюю стадию.

А при еще более высоких плотностях квантовые законы играли, видимо, большую роль. Мы даже представить себе не можем, сколь необычны были проявления многоликой пространственно-временной сущности в тех условиях! Может быть, все наши современные физические понятия просто не имели тогда никакого смысла. Так что нельзя даже говорить о чудовищной «гравитационной» плотности, которую, возможно, имела Вселенная в самый момент Т-0. Теория пока дает нам умопомрачительную цифру: 4·10^93 г/см^3 — и ничего к ней не добавляет. Помочь тут не могут ни наши сегодняшние знания, ни здравый смысл…

Но разве Человек сделал уже свои самые последние шаги в глубины космоса и микромира?..

Нет! Он стоит ныне на перекрестке дорог, исчезающих в ночи. Пусть он мысленно «обрубил» бесконечности и знает, что в принципе эти дороги где-то кончаются. Но где? И сумеет ли он хоть когда-нибудь дойти туда? Попытаемся же приблизительно оценить количество максимально возможной информации во Вселенной и сравнить его с информационной мощностью человеческого мозга.

Согласно принципу Бреммермана, никакая система не может обработать информации больше чем 1,6×10^47 бит/грамм-секунду. Для простоты предположим, что никакая система не может и выдать большей информации. Тогда, помножив это число Бреммермана на массу и возраст Вселенной, получим и ее информационную емкость: 1,6·10^47 бит/грамм-секунду ×10^58 грамм ×10^18 секунд=10^123 бит. Человеческий мозг в течение жизни способен переработать лишь 10^14 бит, или 10^5 бит/секунду. Вывод из этих расчетов напрашивается недвусмысленный — Вселенная для человеческого разума неисчерпаема.

* * *

Великое единоборство смертного и слабого «мыслящего тростника» с вечной и неисчерпаемой природой — вот извечная задача ученого. Однако даже это реальное соотношение с бесконечным миром все же нисколько не может принизить Человека, как это пытается делать религия, постулируя его слабость и ничтожность перед богом и якобы сотворенным им миром. Ведь любой мифический бог и «божий мир», созданные человеческим воображением многие века тому назад — на ранних этапах познания, выглядят весьма примитивно по сравнению с тем, что сегодня Человек знает и делает, по сравнению с необъятным окружающим его реальным миром. Пусть необозримы бездны времени и пространства, все же люди исследуют и познают их. Именно своей дерзкой способностью осмыслить бесконечность, разумом и взглядом объять необозримое — вот чем силен и славен Человек…

В. Л. Гинзбург, академик, лауреат Ленинской премии

Новая картина мира

В начале 1973 г. широко отмечалось 500-летие со дня рождения знаменитого польского астронома Николая Коперника, опрокинувшего привычную для той эпохи картину мира. Коперниковское учение противоречило религиозному мировоззрению, согласно которому в центре Вселенной находится Земля, а Солнце, Луна и звезды вращаются вокруг Земли.

Несколько десятилетий шли споры вокруг «безумной» гипотезы Коперника. Но вот в начале XVII в. произошла величайшая революция в наблюдательных средствах астрономии: был изобретен или, точнее, начал применяться Галилеем телескоп. Наблюдения неба, сделанные с помощью телескопа, быстро подтвердили правоту Коперника (достаточно упомянуть об открытии спутников Юпитера, вращающихся вокруг этой планеты). Идея гелиоцентризма победила, а накопление данных о небесных светилах стало происходить нарастающими темпами.

До начала XX в. теоретической базой для объяснения физических явлений, происходящих во всех частях Вселенной, служила механика Ньютона с ее важнейшими принципами: независимостью пространства и времени от «наполняющего» Вселенную вещества и возможностью изучать движение небесных тел, используя в качестве привилегированной системы отсчета неподвижный мировой эфир, наполняющий все мировое пространство.

Примерно 60 лет назад выяснилось, однако, что принципы ньютонианской физики должны быть заменены при описании картины мира принципами специальной и общей теории относительности: никакой абсолютной (привилегированной) системы отсчета не существует, пространство и время понятия в известном смысле относительные, гравитация тесно связана со свойствами пространства, модель Вселенной, построенная на основе новых теоретических принципов физики, глубоко отличается от Вселенной Коперника, Галилея, Кеплера и Ньютона, не говоря уже о наивных представлениях седой древности, аккумулированных в библейских легендах.

Ко всему этому в 50-х и 60-х годах нашего века произошла вторая революция в развитии наблюдательной астрономии. Радиотелескопы, рентгеновские телескопы, зарождающиеся методы нейтринной астрономии, разработка аппаратуры для обнаружения гравитационных волн, экспериментальная проверка выводов из теории относительности, обнаружение целого ряда необычных астрономических объектов и явлений (квазаров, пульсаров, реликтового излучения) — все это поставило перед современными астрофизиками задачи, имеющие огромное мировоззренческое значение. Надо было объяснить вновь обнаруженные явления и то, что было известно астрономам раньше, с позиций единой физической теории и построить такую модель Вселенной, которая и соответствовала бы тому, что мы наблюдаем сейчас в окружающем нас пространстве, и отражала бы длительную эволюцию планет, звезд, галактик, всей Метагалактики.

Уже исходя из общих соображений, можно было заключить, что такая модель окажется несовместимой со многими привычными представлениями о строении мира и о «природе вещей», поскольку они, эти привычные представления, соответствуют законам механики Ньютона. Новая же модель должна учитывать эффекты теории относительности, которые становятся ощутимыми при скоростях, близких к скорости света, и при плотностях вещества, превышающих в миллиарды раз плотность воды.

В начале 20-х годов советский физик А. А. Фридман показал путем теоретических расчетов, что статическая релятивистская модель строения Вселенной, предложенная А. Эйнштейном в 1917 г., является лишь одной из огромного числа возможных моделей, и вполне вероятно, что наша Вселенная непрерывно расширяется. Через несколько лет расширение Вселенной было доказано: об этом свидетельствует так называемое красное смещение спектральных линий в спектрах далеких от нас галактик. Картина такова: галактики как бы разбегаются в пространстве, возникнув 10–20 миллиардов лет назад из сгустка вещества колоссальной плотности.

Состояние вещества и ход физических процессов, сами понятия о времени и пространстве в «ранний» период эволюции Вселенной, когда плотность была грандиозна, еще недостаточно ясны и, вероятно, существенно отличаются от понятий физики сегодняшнего дня. Здесь нас ждет много нового, быть может, совсем необычного.

Но качественные изменения во Вселенной происходили не только в далеком прошлом. Имеются теоретические предположения, что при определенных условиях эволюция звезд приводит к образованию так называемых «черных дыр». Поле тяжести у поверхности этих дыр так велико, что силы гравитации «сковывают» в этой части пространства все виды лучистой энергии, в том числе и свет. Поэтому эти массивные звезды становятся невидимыми, если только на них не падает вещество извне. Выяснение того, как при этом все же обнаружить «черные дыры», является одной из интереснейших задач современной астрофизики.

Было бы легкомысленным пытаться в краткой беседе изложить хотя бы в самой общей форме основные достижения современной астрофизики или хотя бы дать сколько-нибудь полное представление об ее содержании[14]. Хочу лишь отметить, что современная астрофизика ставит перед нами грандиозные по трудности задачи построения общей картины мира, соответствующей новым теоретическим представлениям и новым данным наблюдательной астрономии.

Значит ли все сказанное, что борьба за истину, шедшая на протяжении веков, в свете современных знаний теряет свое значение? Значит ли это также, что современная картина динамически развивающейся Вселенной делает бессмысленными старые споры о строении Солнечной системы?

Ни в коем случае. Современная научная картина мира включает в себя как часть, элемент, как относительную истину и гелиоцентризм Коперника, и механику Ньютона. Ведь дело в том, что каких бы достижений ни добилась наука, какой бы вид ни приняла вследствие этого картина мира, она всегда будет противостоять любой догме, пытающейся дать абсолютный (и потому неверный, мертвый, иллюзорный) ответ на вопрос, «как» устроен тот универсум, в котором живет и мыслит человек[15].

Лишь активное познание, свободное от наперед заданных установок и подкрепляющее каждый свой шаг наблюдением и экспериментом, имеет право на существование. И чем дальше мы уходим по бесконечному пути постижения законов природы, тем слабее позиции ложного, метафизического, догматического способа описания природы.

Г. А. Чеботарев, доктор физико-математических наук

Оптимизм нашего знания

Вспоминаю, с какой тревогой рассматривали мои коллеги новейшие фотографии Марса: следы небесной бомбардировки различались на его поверхности так явственно, что он больше напоминал Луну, чем землеподобную планету. И каждый невольно думал: а хорошо, что наша Земля находится далеко от пояса астероидов, где часто падают метеориты.

Небесная механика, которой занимается Институт теоретической астрономии, не так уж богата драматическими событиями. Мы изучаем в основном движение малых небесных тел — астероидов и комет. И хотя они находятся к нам много ближе звезд, но все же держатся обычно на почтительном расстоянии от Земли. Правда, «небесные камни» не раз обрушивались на нашу планету и в различных ее местах оставляли «шрамы», которые заметны до сих пор. В Африке, например, это кольцо Вудворта диаметром 50 километров — след от падения метеорита. Есть предположение, что гигантская, 440-километровая, дуга Гудзонова залива тоже часть метеоритного кратера.

Но изучение малых небесных тел показывает, что их падение не может представлять серьезной опасности для планет. Луна существует миллиарды лет, хотя от небесной бомбардировки ее ничто не защищает (для Земли роль панциря играет атмосфера); крохотный спутник Марса — Фобос, сфотографированный недавно с космического корабля, весь изрыт оспинами от ударов метеоритов, и все же он существует. Конечно, если крупный «небесный камень» упадет на один из городов Земли, то будет беда. Однако такое событие весьма маловероятно.

Может создаться впечатление, что за таким оптимизмом астрономов скрывается фатализм: мол, зачем пугать людей, если грозящую с неба опасность предотвратить все равно невозможно. Но это не так. Нас интересует только истина, только правда, как бы ни была она горька.

Многих интересует, например, что случится, если в результате нестационарных процессов на Солнце его излучение усилится и средняя температура на нашей планете повысится хотя бы на 3–4 градуса? Ведь ясно, что тут дело не ограничится отказом людей от теплой одежды. Такое повышение температуры скажется, вероятно, и на глубинных процессах в биосфере, последствия чего довольно трудно предвидеть.

Бывает, что возникают еще более пугающие вопросы, например: что будет, если недалеко от Солнца вспыхнет сверхновая звезда и в связи с этим на Земле резко возрастет фон радиации? Как отразится это на эволюции жизни?

Такие проблемы обсуждаются ведь не только в научных кругах, но и на страницах печати, они становятся достоянием всех. Нередко их пытаются использовать ревнители религии, пугающие верующих скорым концом света.

Астрономов такие вопросы волнуют не меньше других. Не следует думать, что человеческие тревоги, в том числе и связанные с процессами во Вселенной, им чужды. Но, становясь к телескопу или садясь за расчеты, ученый должен, обязан позабыть на время о том, что его волнует, о своих личных чувствах по этому поводу и заняться кропотливой добычей и объективной интерпретацией реальных фактов. Другого пути к настоящей истине нет.

Именно такой подход неопровержимо говорит нам: вопросы эти достаточно абстрактны. У человечества есть все основания для долгой и счастливой жизни на нашей планете и в Солнечной системе.

Мне вспоминается шумиха, поднятая в свое время вокруг астероида Икар. Кто-то из западных журналистов опубликовал интервью с ученым, из которого следовало, что в 1968 г. эта малая планета может врезаться в Землю. Приводилось даже «научное» обоснование: мол, орбита Икара, простирающаяся от Меркурия до пространства за Марсом, может быть изменена притяжением Меркурия. И сразу же западные газеты начали расписывать все возможные и предполагаемые последствия падения Икара, словно возможность столкновения его с Землей уже была доказана. Говорили даже о том, что СССР и США якобы готовят высадку на этот астероид, чтобы изменить его орбиту. В Мировой центр малых планет, то есть к нам, в Ленинград, в Институт теоретической астрономии, пришел по этому поводу специальный запрос. В ответ на него мы сообщили результаты своих расчетов и вывод, что Икар пролетит вдали от Земли. Так оно и случилось.

Это, конечно, замечательно, когда сбываются оптимистические научные прогнозы. Однако Вселенная разнообразней не только того, что люди себе представляют, но и того, что они вообще могут вообразить. И вот астроном у телескопа встречается с ней как бы один на один. Перед ним — безграничные просторы, его окружает бесконечный океан времени. Не появляется ли при этом у земного наблюдателя, астронома мысль о бессилии науки познать Вселенную?

Мне думается, что самая большая радость для человека — процесс узнавания нового, раскрытия сокровенных тайн природы. Знания, добытые предшествующими поколениями ученых, можно сравнить с горой. Как только молодой человек в процессе учебы взобрался на ее вершину, перед ним раскрываются чарующие горизонты. При всей относительности знаний — а она существует всегда — он видит мир как бы целиком. Перед ним картина, в которой есть и неясные детали, и очень много еще недорисованных мест.

Какие чувства и стремления пробуждает такой вид в молодом ученом? Прежде всего удивление, очарование красотой природы, желание работать, открывать неведомое, служить истине, ибо только на этом пути были сделаны самые большие открытия.

Я вообще не представляю себе, что знание может породить пессимизм, напротив, оно должно являться и является источником оптимизма. Астроном, возможно, лучше других понимает всю сложность и безграничность Вселенной. Но сознание того, что он, так мало живущий человек с ординарной планеты, вмещает в своем мозгу всю эту сложность и безграничность, не может не быть источником гордости за науку, за человечество.

Да, человек смертен! Но посмотрите, какие разные выводы делают из этого очевидного факта материалисты и защитники религии. Первые говорят: трудись, проживи свою жизнь так, чтобы продвинуть вперед человечество на его нелегком пути к знанию и счастью. Вторые же считают земное существование лишь подготовкой к вечной жизни в загробном царстве.

Может ли изучение космоса натолкнуть на невеселые мысли? Да, разумеется… Мы ведь еще очень многого не знаем, а неизвестное всегда тревожит. Так, нам известно, что умирают миры, планеты, звезды, а значит, решаем мы, и человечество тоже не вечно: было у него начало, будет и конец. К такому выводу, конечно, можно прийти в эпоху, когда у нас нет контактов с другими цивилизациями и нам неизвестны иные модели существования разумной жизни. Это, разумеется, невесело. Однако весь ход истории, вся эволюция познания говорит нам; выход всегда находится, нередко очень неожиданный. Так что одно дело — грустные мысли и совсем другое —.пессимизм; астрономия не дает для него никакого повода. Факты науки и ее развитие, осмысленное в свете диалектического материализма, учат нас оптимизму.

Ученый по самой своей природе — рыцарь истины. О великих деятелях науки можно сказать то же, что А. С. Пушкин сказал о музыкантах: «Гений и злодейство две вещи несовместные». Тогда почему же, могут нас спросить, наука нередко употребляется во вред людям?

Что ж, объективные данные науки — это одно, а применение, которое находит им тот или иной правящий класс, — совсем другое. В нашей стране наука служит социалистическому обществу и его гуманным целям. Отсюда и гуманизм советской науки. Совсем другое у нее положение в эксплуататорском обществе.

Конечно же в самой науке содержатся предпосылки к тому, чтобы ученый был человеком высоконравственным. Но нравственность — явление общественное, вот почему и важно, в каком обществе трудится ученый, заказы какого класса он выполняет. Нет ученого и науки вне времени и вне общества. Большую роль тут играет и сама личность ученого — его воспитание, психология, социальное положение, личная судьба и т. д. Однако при всем этом настоящая наука остается наукой, то есть объективным процессом познания мира и его закономерностей, существующих независимо от нас. И такая наука не дает никаких оснований для пессимизма.

Иногда поражаются: как же так — крупный ученый и верит в бога? Я хотел бы заметить, что среди астрономов глубоко верую-щих я не встречал. Для многих таких ученых вера — результат воспитания, дань традиции. Но самое главное: бога они, как говорится, принимают с черного хода и в свою науку не пускают, ибо там, где начинается религия, там кончается естествознание.

Не столь давно умер один из крупнейших астрономов — Жорж Эдуард Леметр. Он был не только профессором университета, но и аббатом, а одно время даже президентом Папской академии наук. Могут спросить: как же в одном человеке совмещались две разные личности? Оставляя эту загадку психологам, обратимся к его научной деятельности.

Он был создателем ныне общепризнанной теории «большого взрыва», согласно которой все вещество известного нам мира было некогда сжато в один ком (Леметр называл его «атом-отец»), потом он взорвался, породив разбегающиеся до сих пор галактики, все звезды и планеты. Сам Леметр был далек от того, чтобы признать это актом божественного творения. Во всяком случае, в его научных трудах я не встречал слово «бог». Президент Папской академии мог бы сказать, как некогда Лаплас, что в этой гипотезе он не нуждался. Однако богословы всех мастей- ухватились за теорию «большого взрыва», а папа Пий XII объявил ее лучшим подтверждением деятельности «творца».

Но, может быть, Ж. Леметр молча соглашался с такой интерпретацией своей теории? На XI Сольвеевском международном конгрессе 1958 г. он весьма недвусмысленно заявил: «В той мере, в какой я могу судить, такая теория полностью остается в стороне от любых метафизических или религиозных вопросов. Она оставляет для материалистов свободу отрицать любое трансцендентное бытие».

Итак, даже будучи аббатом, Леметр вопросы веры и знания не смешивал. Но не следует думать, что вера и наука могут мирно сосуществовать. Между ними — вечная борьба. Иногда она идет в душе одного и того же человека, чаще — между разными людьми.

Бывает, что для доказательства ограниченности нашего познания и утверждения идеи сверхъестественного говорят: узнать о Вселенной все принципиально невозможно. При этом приводят в пример миры, до которых даже свет летит миллионы и миллионы лет. Говорят, что они вряд ли достижимы для познания человеком, жизнь которого так коротка.

На мой взгляд, нет никаких оснований ставить какие-либо пределы человеческому познанию. Все развитие науки подтверждает это. Например, раньше некоторые ученые считали, что человечество никогда не узнает, из чего состоят звезды, так как для этого нужно туда слетать. А вскоре был изобретен спектральный анализ, снявший это ограничение.

В астрономии существуют чрезвычайно сложные проблемы. Например, происхождение Солнечной системы. Нам достоверно известна на сегодня лишь одна семья планет, вращающаяся вокруг своей звезды, здесь пока просто не с чем сравнивать. Или возьмем прогноз движения тысяч небесных тел в нашей Солнечной системе. Для точного решения уравнений с учетом взаимных влияний этих тел пришлось бы произвести невообразимое количество вычислений. Во всех этих случаях мы пока ограничены в средствах: не хватает мощности телескопов, быстродействия ЭВМ или данных для создания теорий. Возможно, некоторые проблемы нам так и не удастся решить. Ну разве, например, нет вымерших видов, которые нельзя уже реконструировать, ибо не сохранились их останки? А разве в истории литературы не было так, что рукопись погибла и гениальное произведение воспроизвести уже никогда не удастся (вспомним хотя бы судьбу второй части гоголевских «Мертвых душ»). Но такие факты не могут служить основанием для пессимизма: ведь общая картина и в том и в другом случае нам ясна, движение науки вперед не остановилось.

Настоящий ученый не может навязывать природе какие-либо априорные представления. Одних угнетает то, что Вселенная бесконечна, других наоборот — что она может оказаться замкнутой. Важно иное: что реально говорят наблюдения, какова она на самом деле! Сегодня, например, мы не знаем способов и не располагаем средствами, которые бы позволили нам заглянуть за грань наблюдаемого мира. Но вспомним историю: человечество всегда ощущало, что живет в замкнутом мире. Когда-то это были Геракловы столбы, потом твердый свод неба и неподвижные звезды… И всегда люди, исходя из современного им уровня науки, не зная, как заглянуть за грань неведомого, в конце концов ее переступали.

Мне кажется, что настоящий ученый прежде всего не должен укладывать факты в прокрустово ложе построенных им гипотез. Такой путь ведет к лженауке. «Все подвергай сомнению» — если бы этот девиз не выдвинули древние, его бы наверняка придумали современные естествоиспытатели.

Однако значит ли это, что в науке нет ничего устойчивого, постоянного? Разумеется, нет! И-законы Ньютона, и положения теории относительности Эйнштейна верны на все времена. Только существуют определенные границы, в рамках которых их можно применять.

То, что уже известно о Вселенной, сравнивают иногда с раздувающимся шаром: чем больше он становится, тем дальше отодвигается граница с неведомым. Разумеется, там, на грани света знаний и тьмы неизвестного, могут временно закрепиться сторонники религиозных воззрений. Но свет наступает неодолимо, и тщетно пытаться паразитировать на не познанных еще человеком проблемах. Материализм по самой своей природе оптимистичен и не оставляет места идеализму в объяснении природы.

Ученые дают интервью

Модели Вселенной

На вопросы отвечает старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга кандидат физико-математических наук А. Л. Зельманов

Поскольку реальная Вселенная существует в единственном числе, то, очевидно, возможна лишь единственная верная теоретическая модель Вселенной. Какую же реальность отражают существующие в настоящее время многочисленные космологические модели?

Возможно, что свойства различных моделей, основанных на общей теории относительности, служат приблизительным отображением свойств различных областей Вселенной, ее «кусков» (включая и ту ее область, которая охвачена наблюдениями), отображением, формально распространенным на всю Вселенную. Но то, что современная теория допускает такое распространение каждой из этих моделей на всю Вселенную и таким образом дает множество моделей Вселенной как целого, представляется принципиальным недостатком теории. Следует добавить, что этот ее недостаток не может быть устранен в рамках существующих основных физических теорий. Под основными физическими теориями мы понимаем теории, содержанием которых являются принципы и законы физики и физические представления о свойствах пространства, времени и движения. Таковы: ньютонова механика; ньютонова теория тяготения; специальная теория относительности; общая теория относительности; квантовая механика; релятивистская квантовая теория. Из них для интересующего нас вопроса и вообще для космологии наибольшее значение имеет общая теория относительности, то есть эйнштейнова теория тяготения.

Мыслимы, как мне кажется, два варианта: или модель Вселенной как целого вообще невозможна, или такая модель возможна, но тогда она должна быть единственной, как единственна сама Вселенная.

Существующие же в настоящее время основные физические теории дают множество моделей. Это принципиальное затруднение в конечном счете является, вероятно, следствием того, что ни одна из упомянутых теорий, включая общую теорию относительности, лежащую в основе современной космологии, не представляет собой наиболее общей физической теории. Такая теория — будем считать, что она возможна, и назовем ее условной единой физической теорией — еще не построена. Возможно, этой теорией станет еще не найденный синтез общей теории относительности и релятивистской квантовой теории.

Для читателей, знакомых с дифференциальными уравнениями, скажем, что под упомянутым синтезом обычно понимают такую более общую теорию, основные дифференциальные уравнения которой являются более общими, чем основные дифференциальные уравнения теорий, синтезом которых она является («частных» теорий), так что основные дифференциальные уравнения этих «частных» теорий могут быть получены из дифференциальных уравнений более общей теории. Однако не исключено, что ожидаемая единая физическая теория вообще не будет содержать наиболее общих дифференциальных уравнений, но сформулирует наиболее общие принципы, которые позволят составлять дифференциальные уравнения для любых допускаемых ею «частных» теорий и частных случаев.

С этой логической возможностью связаны, в частности, надежды на то, что единая физическая теория сможет дать единственную модель Вселенной: множественность моделей в современной космологии является непосредственным следствием того, что основные уравнения существующих физических теорий дифференциальные. А такие уравнения имеют множество решений, зависящих от так называемых начальных и других условий.

Если с развитием науки оказывается, что какая-то из основных физических теорий может быть выведена из более общей, значит ли это, что она не обладает своей спецификой?

Представим себе, что у нас есть две теории, одна из которых частная, то есть менее общая, другая — более общая. Общая теория применима к более широкому кругу явлений, чем частная. У этих теорий разные дифференциальные уравнения. И дело не просто в том, что уравнения общей теории количественно точнее. Между ними есть существенные качественные отличия. Если взять совокупности всех физических величин, входящих в уравнения двух теорий, то окажется, что они различны. Есть некоторые величины, общие для обеих теорий, но есть и разные: в уравнениях общей теории одни, в уравнениях частной — другие. Чрезвычайно существенно, что появление новых величин в более общей теории связано с применением новых понятий.

Когда совершается переход от частной теории к общей, оказывается, что сами понятия частной теории (понятия, а не только уравнения) носят приближенный характер. Новые понятия, применяемые в более общей теории, являются более точными. Таким образом, при переходе от частной теории к общей происходит ломка понятий. Именно поэтому частная и общая теории качественно отличаются друг от друга.

Исторически переход от частной теории к более общей — это революция, требующая непривычных, «безумных» идей, выработки совершенно новых понятий.

Значит, вы считаете, что в современной физике и астрофизике «безумные» теории, то есть резко противоречащие принятым взглядам, имеют право на существование?

Вообще говоря, нормальный путь развития науки состоит в том, что каждое новое явление мы стремимся объяснить на основе уже известных закономерностей. Но когда появляется уверенность в полной невозможности подобных объяснений, наступает время «безумных» идей.

Что же может послужить критерием этой уверенности?

Такого рода критерий подсказывает нам история естествознания. Иногда в науке создается положение, когда совокупность всех известных фактов хорошо укладывается в определенную систему физических принципов. Но обнаруживаются новые факты (явления), которые не могут быть объяснены в рамках прежних теорий.

Может случиться и так, что основные физические теории, хорошо объясняющие разные факты, логически исключают друг друга. Так или иначе создается положение, когда невозможно уложить в одну теоретическую схему все факты, и прежние и новые: одни факты как бы противоречат другим. Так, по-видимому, можно сформулировать критерий революционной ситуации в физике.

В таких случаях необходимы принципиально новые идеи, с точки зрения которых факты перестают противоречить друг другу. Конечно, то, что одни факты противоречат другим, далеко не всегда очевидно, и необходимость новых, «безумных» идей может быть осознана и после того, как они будут высказаны и приведут к созданию новой основной физической теории. В современной физике необходимость «безумных» идей (для построения единой физической теории), по-видимому, не вызывает серьезных сомнений.

Теоретическая астрофизика строится на основе физики. Поэтому «безумные» идеи в астрофизике непосредственно относятся к области физики: это прежде всего те же «безумные» идеи, в которых может нуждаться физика. Вот почему применительно к астрофизике интересующий нас вопрос сводится к следующему: можно ли без логических противоречий объяснить совокупность всех известных в настоящее время астрофизических фактов в рамках существующих основных физических теорий, или же для этого нужны новые, еще неизвестные принципы («безумные» идеи), необходимость которых в самой физи-ке очевидна?

Поскольку основным источником эмпирических сведений в астрофизике служат наблюдения, а не эксперимент, ответить на этот вопрос гораздо труднее, чем на вопрос о необходимости «безумных» идей в физике. Поэтому, пытаясь объяснить всю совокупность открытых фактов на основе известных физических закономерностей, нужно иметь в виду также возможность и вероятность того, что некоторые из этих фактов могут получить правильное объяснение лишь с точки зрения новых, еще неизвестных физических принципов.

Как вы в таком случае относитесь к идее «все более странного мира», открываемого в процессе развития естествознания?

В сущности, появление ньютоновой механики, а затем и ньютоновой теории тяготения; создание специальной теории относительности, а затем и общей теории относительности (то есть эйнштейновой теории тяготения); построение квантовой механики, а затем и релятивистской квантовой теории — все это были революции, открытия «все более странного мира», требовавшие все новых «безумных» идей. Вероятно, то же можно будет сказать и об ожидаемом создании единой физической теории.

Разумеется, всякий раз, когда очередные «безумные» идеи органически входят в науку, они перестают казаться безумными (как это давно произошло с идеями ньютонианской физики). Но на последующих этапах развития науки возникает необходимость в новых идеях, «безумных» с точки зрения тех, которые уже стали привычными. В этом смысле ожидание открытия «все более странного мира» и соответственно ожидание своеобразного «нарастания безумия» основных идей (презумпция нарастающего «безумия») парадоксальным образом оказываются наиболее разумной психологической позицией.

И если вдуматься, это совершенно естественно: ведь «безумные» идеи в науке в конечном счете всего лишь непривычные идеи, с которыми мы раньше не встречались.

А можно ли на основании уже существующих теорий предсказать еще неизвестные нам явления во Вселенной?

Можно. Ведь открытие фактов, лежащих вне круга применимости существующих теорий, не означает, что последние исчерпали себя внутри этого круга. В частности, еще далеко не исчерпаны возможности общей теории относительности в астрофизике.

Встречается ли современная космология с такими процессами, причины которых остаются неизвестными и могут быть при желании истолкованы как проявление сверхъестественных сил?

При желании можно рассматривать как проявление сверхъестественных сил всё неизвестное, необъясненное. Однако история науки показывает, что апелляция к сверхъестественным силам не оправдывает себя: все неизвестное и необъясненное со временем получает естественное объяснение. Существуют явления, причины которых нам с достоверностью пока неизвестны, и мы можем строить о них лишь более или менее вероятные гипотезы. Но и в этих случаях нет никакой необходимости апеллировать к сверхъестественным силам. Либо эти явления найдут объяснение на основе уже известных закономерностей, либо соответствующие объективные закономерности еще не открыты.

В качестве примера можно привести начало расширения Метагалактики. Если это расширение началось от состояния сверхвысокой плотности, то естественно, что ни одна из существующих теорий для описания начала расширения не годится, так как в этом состоянии одинаково существенную роль могли играть и квантовые, и релятивистские, и гравитационные эффекты, а соответствующая физическая теория, о которой было упомянуто выше (единая физическая теория), еще не построена. Но это вовсе не означает, что в начале расширения Метагалактики действовали сверхъестественные силы. Повторяю: просто в ту эпоху существовали такие условия, для описания которых соответствующая физическая теория еще не создана.

А можно ли сказать в настоящее время что-либо определенное относительно того, как возникло то сверхплотное состояние, которое предшествовало расширению Метагалактики?

Плотное или даже сверхплотное состояние материи, характерное для начала расширения, могло возникнуть вследствие предшествовавшего сжатия, вызванного гравитационным притяжением.

Поскольку речь зашла о «начале» Метагалактики, то как понимать высказывания некоторых физиков о том, что в эпоху ее сверхплотного состояния, быть может, не существовало времени. Не противоречит ли подобная точка зрения диалектическому материализму, который утверждает, что пространство и время являются формами существования материи? Может ли существовать материя без времени?

Если Метагалактика прошла через состояние сверхвысокой плотности, то, как было сказано, физические условия могли отличаться от всех нам известных в настоящее время столь радикальным образом, что к ним могут быть неприменимы все существующие физические теории. Более того, к описанию подобных физических условий могут оказаться неприменимыми многие из тех основных понятий, которыми мы пользуемся в современных теориях. Это объясняется тем, что физические свойства материи, пространства и времени могли в ту эпоху существенно отличаться от тех, которые нам известны.

Поэтому когда физики говорят, что при сверхплотном состоянии Метагалактики «не существовало времени», то этим они обычно хотят сказать только то, что не существовало привычного нам времени, то есть времени с теми его физическими свойствами, с которыми имеем дело мы.

Мы постоянно употребляем термин Вселенная в разных Контекстах. Что же такое Вселенная?

Можно сказать, что Вселенная — это предмет изучения астрономии: астрономия — наука о Вселенной. Но астрономия, как и любая конкретная наука, изучает материальный мир со стороны некоторых, данную науку интересующих аспектов. Таким образом, Вселенная — это материальный мир, рассматриваемый со стороны его астрономических аспектов.

Что же представляют собой астрономические аспекты материального мира? Для ответа на этот вопрос нам необходимо обратиться к одному из самых поразительных эмпирических фактов — к факту существования последовательности материальных структурных образований разных масштабов и различной степени сложности — от элементарных частиц до Метагалактики. Эту последовательность иногда называют структурно-масштабной лестницей. Ступенями этой лестницы служат элементарные частицы и атомные ядра, атомы и молекулы, макроскопические тела, космические тела, системы космических тел: планетные системы, кратные звезды, звездные скопления и ассоциации, галактики, кратные системы галактик, группы и скопления галактик, сверхгалактики, Метагалактика, часть которой занимает всю область пространства, охваченную современными астрономическими наблюдениями. Такова известная нам в настоящее время часть структурно-масштабной лестницы. Эта часть охватывает гигантский интервал масштабов, составляющий более 40 порядков — от 10–13 сантиметров до 10^28 сантиметров.

С точки зрения масштабов человек принадлежит к классу макроскопических тел, Земля, на которой он живет, — к классу космических тел. Это обстоятельство — положение человека на структурно-масштабной лестнице определяет применяемые им методы изучения объектов, составляющих различные ступени той же лестницы: от макроскопических тел в сторону меньших масштабов — эксперимент, прежде всего физический эксперимент, от космических тел в сторону больших масштабов — астрономические наблюдения.

Можно сказать, что астрономия изучает ту часть структурно-масштабной лестницы, которая простирается от космических тел в область больших масштабов. Иначе говоря, Вселенная — материальный мир, изучаемый в больших масштабах.

А что вы понимаете под материальным миром?

Понятие материального мира, с моей точки зрения, в принципе равнозначно понятию материи (в различных словосочетаниях слово «мир» имеет разные значения и смысловые оттенки. Мы говорим, например, «мир звезд», «мир, охваченный наблюдениями», и т. п.). В словосочетании «материальный мир» подчеркивается целостность материи, это — материя как целое. Целостность материального мира (материи) — это единство всех его аспектов. А когда речь идет о Вселенной, мы рассматриваем только материю, взятую в больших масштабах, и уже тем самым ограничиваем себя, в частности, рассмотрением неживой материи и вообще отвлекаемся от существования всех других ее аспектов, не связанных с этими большими масштабами.

Кабинет средневекового ученого.

Небесный глобус 1564 г.

Ученый наблюдает небо с помощью примитивного телескопа.

70-сантиметровый рефлектор Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.

Советский телескоп с зеркалом диаметром 6 м — уникальный инструмент для исследования космоса.

22-метровый радиотелескоп Крымской астрофизической обсерватории АН СССР. С его помощью ученые систематически ведут наблюдения за радиоизлучением Солнца, планет и других источников космических излучений.

Старинное изображение системы мира по Н. Копернику.

Сравнительные размеры планет:

1 — Юпитер, 2 — Сатурн, 3 — Нептун, 4 — Земля, 5 — Марс, 6 — Меркурий, 7 — Венера, 8 — Уран.

Спиральная галактика в созвездии Андромеды.

Спиральная галактика в созвездии Волосы Вероники.

Спиральная галактика, видимая с ребра, в созвездии Девы.

Схема радиоизлучения пульсара.

Вид Земли из космоса.

Трудная задача.

Солнце. Современный снимок. Видны солнечные пятна.

Солнечная корона во время затмения.

Один из самых крупных в мире советский солнечный коронограф.

Две стадии развития хромосферной вспышки.

Небольшой город на полуострове Флорида, затопленный ураганными волнами.

Во время землетрясения в югославском городе Скопле (26 июля 1963 г.) было разрушено 85 % зданий; под их обломками погибла тысяча человек.

Одна из улиц Ташкента, разрушенная землетрясением 1966 г. (вверху) и затем восстановленная (внизу).

Озеро Байкал.

Скалы состоят из множества слоев осадочных горных пород, которые отлагались когда-то на дне водоема, превратившегося ныне в скалистый горный массив.

Земля жаждет воды.

Зубры в Беловежской пуще.

Фламинго в Астраханском заповеднике.

Бурый медведь.

Березовая роща.

Но ведь Вселенную изучает не только астрономия, но и космология. В чем различие между ними?

Космология — один из разделов астрономии. Другие ее разделы изучают конкретные космические объекты с различных точек зрения, Космология же претендует на изучение Вселенной как целого. Точнее, космология есть физическое учение о Вселенной как целом, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическими наблюдениями мира как части Вселенной.

В этом определении надо различать понятия «учение» и «теория»: учение здесь предполагается более общим понятием, чем теория. Теория — такое учение, которое может и должно быть проверяемо эмпирическими данными, тогда как учение вообще может быть такой проверке и не доступно. Поэтому теория Вселенной как целого невозможна. Но зато возможна теория всего охваченного астрономическими наблюдениями мира. При этом — поскольку никакая часть Вселенной не является физически изолированной системой — теория всего охваченного наблюдениями мира должна рассматривать его как часть Вселенной. В то же время (поскольку космология основывается не только на эмпирических данных, но и на основных законах физики, то есть основных физических теориях, область применимости которых в принципе выходит сколь угодно далеко за пределы охваченного наблюдениями мира) возможно учение о Вселенной как целом, основанное на этих законах. Выводы этого учения, выходящие за границы охваченного наблюдениями мира, не доступны непосредственной эмпирической проверке. Критерием их правильности может служить их сохранение при смене основных физических теорий, лежащих в основе космологии, новыми, более общими и, следовательно, опирающимися на несравненно более широкий круг фактов.

Разумеется, кроме эмпирических и физико-теоретических данных для космологии существенны философские принципы, поскольку она соприкасается с коренными вопросами философии и, кроме того, не может обойтись без далеко идущих обобщений и экстраполяции.

Следует заметить, что в применении ко Вселенной словосочетание «как целое» имеет существенно иной смысл, чем в применении к материальному миру: «Вселенная как целое» означает Вселенную в ее отношении ко всем ее частям (областям) и все части Вселенной в их отношении ко Вселенной, иначе говоря, единство всех частей Вселенной. В отношении же к материальному миру словосочетание «как целое» означает единство всех его аспектов (сторон).

В научной литературе встречаются термины: «Вселенная Эйнштейна», «Вселенная Фридмана», «Вселенная Леметра», «Вселенная Наана», «Вселенная Зельманова». Как это понимать?

Под этими терминами имеются в виду разные модели (теоретические схемы) Вселенной, соответствующие разным представлениям о ней как целом.

Обычно это — модели, математически хорошо разработанные (из перечисленных таковы однородные, изотропные вселенные Эйнштейна, Фридмана и Леметра), иногда — качественные описания некоторых черт Вселенной. Вселенная Эйнштейна — статическая модель, предложенная до открытия нестационарности Вселенной, Вселенная Леметра — частный случай нестационарной Вселенной Фридмана. Вообще же различия между разными «вселенными» (моделями) определяются рядом причин. Одна из них состоит в том, что исходные эмпирические данные, используемые в космологии, например средняя плотность материи в Метагалактике, темп ее расширения и т. п., известны пока лишь с невысокой степенью точности, а часть этих данных такова, что даже небольшие различия в их значениях могут при их экстраполяции на всю Вселенную приводить к сильно различающимся космологическим моделям.

Другая причина заключается в том, что при космологических построениях используются различные модификации физических теорий. Третья связана с логической возможностью различных представлений о том, в каком отношении находятся характерные черты охваченной наблюдениями части Вселенной ко Вселенной как целому, в частности с логической возможностью различных ответов на вопросы: характерно ли вещество для всей Вселенной, так же как и для известной нам ее части, или же в ней вещество и антивещество играют одинаковую роль («симметричная Вселенная Наана»); можно ли экстраполировать на всю Вселенную предположения об однородности и изотропии, приемлемые для охваченной наблюдениями области Метагалактики?

Однако существует мнение, согласно которому разные теоретические «вселенные» — это действительно реальные космические системы, иначе говоря, в самом деле различные Вселенные.

Каждая из таких «вселенных» представляет собой неограниченную физическую систему, в которой мы живем и которая включает в себя всю охваченную астрономическими наблюдениями область. Но если система, внутри которой мы находимся, не имеет границ, — она единственна.

Совокупностью этих двух признаков — неограниченностью системы и нашим присутствием в ней обладает только Вселенная и не обладает никакая ее часть.

Значит ли это, что вообще не может существовать никаких других неограниченных Вселенных — миров, в которых мы не живем?

Говорить о реальном существовании других Вселенных имеет смысл лишь в случае, если самый факт их существования в принципе допускает проверку непосредственную, эмпирическую, или косвенную, теоретическую. Но возможность эмпирического подтверждения их существования означала бы наличие причинно-следственных связей между ними и нашей Вселенной, то есть означала бы, что все эти Вселенные, включая нашу, являются частями единой неограниченной Вселенной.

Что же касается чисто теоретического подтверждения, то ни одна из существующих основных физических теорий его не дает. Но позволим себе немного пофантазировать и допустим, что из будущей физической теории, которая будет опираться на более обширный круг фактов, чем современные физические теории, будет с логической неизбежностью вытекать множественность Вселенных.

В этом случае новая теория, по существу, свяжет логически факт существования множества Вселенных с какими-то реальными свойствами каждой из них, в том числе и той, в которой мы живем. И тогда наличие этих свойств в нашей Вселенной будет служить доказательством существования других Вселенных. Это будет означать, что между различными Вселенными также существует взаимная связь, хотя и отличная от обычной причинно-следственной. Но и здесь наличие такой связи означает объединение всего множества Вселенных в единую Вселенную. Таким образом, даже и в этом — фантастическом — случае Вселенная единственна.

Что вы можете сказать об однородных изотропных моделях Вселенной?

Однородные, изотропные модели, по-видимому, удовлетворительно описывают свойства и поведение охваченной наблюдениями области Метагалактики в современную эпоху и в предшествующие ей несколько миллиардов лет. Однако поскольку однородность и изотропия не являются неизбежными с точки зрения основных физических законов, то здесь нужно иметь в виду два обстоятельства.

Во-первых, однородность и изотропия могли отсутствовать на самых ранних стадиях расширения охваченной наблюдениями области Метагалактики (в настоящее время распространено мнение, согласно которому изотропия наступила уже через доли секунды после начала расширения). Во-вторых, нельзя гарантировать, что далеко за пределами охваченной наблюдениями области Метагалактики однородность и изотропия имеют место и в настоящее время.

Таким образом, с моей точки зрения, разумно не распространять гипотезы однородности и изотропии на всю Вселенную и на все эпохи ее существования и рассматривать поведение и свойства однородной, изотропной Вселенной в рамках более общей теории — теории неоднородной и анизотропной Вселенной.

Как известно, наши материалистические взгляды на мир в значительной степени связаны с существованием законов сохранения в природе. Можно ли представить себе такие условия, при которых эти законы не действуют? Что в таком случае произойдет? Могут ли существовать в природе закономерности еще более общие?

Современная физика знает ряд законов сохранения, причем не все они универсальны. Некоторые из них, например, при так называемых сильных взаимодействиях выполняются, а при слабых — нет. Но наиболее общие законы сохранения остаются справедливыми всегда, по крайней мере во всех известных нам случаях. К их числу относятся законы сохранения массы, энергии, количества движения, момента количества движения.

Исторически такие законы сохранения, как законы сохранения массы, энергии и количества движения, сыграли важную роль в отстаивании материалистических взглядов на природу. Если бы, однако, оказалось, что и эти законы в каких-то еще не известных нам условиях тоже не выполняются, то это лишь означало бы, что действуют какие-то более общие объективные законы. Наши материалистические представления о мире от этого нисколько бы не пострадали, а лишь уточнились и углубились.

Между прочим, законы сохранения весьма «устойчивы» по отношению к смене физических теорий. Как известно, менее общие теории заменяются в ходе развития знания более общими, но идея сохранения остается (хотя сами законы сохранения и приобретают новую форму). Весьма вероятно, что и фундаментальные принципы будущей единой физической теории также будут связаны с идеей сохранения, хотя и неизвестно, какую форму примут тогда законы сохранения. Но, повторяю, даже если все без исключения известные сейчас законы сохранения окажутся следствием каких-то других, более общих законов, которые не являются законами сохранения, то в этом отнюдь не будет никакой катастрофы.

Чем вы объясните тот факт, что, несмотря на огромные успехи науки в изучении Вселенной, все еще возможны ненаучные представления об окружающем нас мире, отводящие какую-то роль в нем сверхъестественным силам?

Это, по-моему, объясняется, во-первых, тем, что в ряде случаев наука не располагает достаточной информацией о тех или иных явлениях природы. Во-вторых, далеко не всегда удается объяснять те или иные явления при помощи современных физических теорий. Дело в том, что принципиальная возможность объяснения может сочетаться с огромной практической сложностью получения такого объяснения. В-третьих, в настоящее время еще не создана такая наиболее общая физическая теория, которая объединяла бы квантовые, релятивистские и гравитационные явления. И не исключено, что по крайней мере некоторые трудности современной науки связаны именно с этим обстоятельством.

Однако даже когда такая единая физическая теория и будет построена, то и из нее далеко не все можно будет практически вывести — хотя бы из-за чрезвычайной сложности и трудоемкости соответствующих вычислений. Поэтому трудности, связанные с объяснением явлений, вновь открываемых, и новых черт уже известных фактов, будут существовать всегда. Материалист всегда будет интерпретировать подобные трудности как проявление недостаточности современных знаний. И это единственно правильный подход.

История науки показывает, что, какие бы затруднения ни встречались в ее развитии (а она и не развивается иначе, как через затруднения), они обязательно рано или поздно преодолеваются. При этом обычно рождаются новые трудности, иногда в еще большем числе, но преодолеваются и они. Таков диалектический ход развития науки.

Перспективы науки о космосе

На вопросы отвечает Герой Социалистического Труда, академик В. А. Амбарцумян

Имеют ли основания разговоры о том, что в современной астрономии назрела революция, подобная революции в физике, совершившейся на рубеже XIX–XX столетий? Если да, то в чем эта революция состоит?

Фактически эта революция уже происходит. В отличие от физики, которая занимается изучением общих законов природы, астрономию интересует вопрос о том, какие небесные тела существуют, какова природа тех конкретных тел, из которых состоит Вселенная. В физике революция состояла в замене старых законов новыми, более общими. Кстати сказать, в настоящее время эта революция почти закончилась. Современные успехи физической науки — это в большинстве случаев результат применения уже известных общих теорий. Но, конечно, до сих пор наблюдаются «отголоски» этой революции в виде проникновения новых физических теорий и методов в другие науки.

В астрономии революционная ситуация носит несколько иной характер. До недавнего времени считалось, что окружающая нас Вселенная населена звездами, туманностями и планетами. Считалось, что именно из этих объектов состоит каждая галактика. Однако в результате астрономических наблюдений последнего времени мы столкнулись с объектами совершенно нового типа ядрами галактик, квазарами, пульсарами. Явления, происходящие в этих космических телах, совершенно необычны, и их описания в рамках фундаментальных теорий встречаются с серьезными трудностями.

Таким образом, впервые за три тысячи лет астрономы начали исследовать принципиально новые объекты.

Иногда можно услышать мнение о том, что современные астрономия и физика приблизились к исчерпанию основных законов природы. Обоснована ли подобная точка зрения?

Действительно, существует тенденция думать, что вся совокупность известных и даже еще неизвестных явлений природы может быть сведена к современным фундаментальным физическим законам. Но мир бесконечно разнообразен. И потому предположение о том, что бесконечное разнообразие явлений природы может быть понято с помощью фундаментальных законов и теорий, являющихся обобщением ограниченного и недостаточного круга известных нам фактических данных, вряд ли правильно.

Нельзя думать, что система законов теоретической физики, полученная на каком-либо этапе развития науки, окажется окончательной и абсолютно точной. И поэтому надежды на то, что мы уже находимся на пороге создания окончательной картины мира, наивны.

Мир устроен совсем не так просто, как нам хотелось бы. Он бесконечно разнообразен, и поэтому на каждом этапе развития науки наши знания представляют собой лишь определенную степень приближения к истинной его картине. Но всякий раз новые наблюдения расширяют эти представления. Так было и так будет всегда.

Нередко современные физики и астрофизики считают, что выдвигать принципиально новые теории для объяснения новых фактов нельзя до тех пор, пока не исчерпаны все возможности их объяснения с помощью существующих теорий. Считаете ли вы правомерной подобную точку зрения?

Нет! Хотя бы потому, что возможности уже существующих «старых» теорий никогда нельзя исчерпать. И в пределах уже известных теорий всегда останутся новые возможности.

История науки показывает, что принципиально новые идеи, как правило, выдвигались еще тогда, когда попытки объяснения тех или иных явлений с позиций уже существующих теорий были заведомо далеки до исчерпания.

Каким открытиям в области изучения Вселенной вы придаете особенно важное значение?

Наиболее важными мне представляются неожиданные открытия, которые кажутся необычными, диковинными. Хотя это вовсе не означает, что систематические исследования «обычных» объектов не могут приводить к фундаментальным результатам. И все же неожиданное всегда обращает на себя внимание.

На современном этапе мы переживаем эпоху величайших астрономических открытий, при которых вскрываются принципиально новые явления во Вселенной.

Как вы относитесь к той точке зрения, что все бесконечное разнообразие Вселенной можно описать с помощью конечного числа фундаментальных законов, подобно тому, как с помощью десяти цифр можно описать бесконечное множество чисел натурального ряда?

Открытия последних лет в области астрофизики свидетельствуют о том, что эта точка зрения неверна, что истина противоположна этой точке зрения: природа бесконечно глубока.

Теоретический аппарат современной физики не является последним словом нашего познания. Попытки описать диковинные явления, открытые за последние годы, в рамках современных фундаментальных физических теорий встречают во многих случаях серьезные трудности. Это означает, что естествознание идет к признанию «неизбежности все более странного мира».

Каких же явлений можно ожидать за границами применимости современных фундаментальных физических законов?

Основными физическими законами, которые накладывают ограничения на характер происходящих в природе явлений, служат «законы сохранения». Среди них особо важную роль играют законы сохранения энергии, момента количества движения (вращательного момента) и числа барионов. Вполне можно ожидать, что если количество новых открытий в астрономии будет возрастать теми же темпами, что и в настоящее время, то будут обнаружены факты, которые приведут к изменению этих законов.

Значит ли это, что изменятся сами эти законы, их содержание или расширятся лишь границы их применимости, то есть они распространятся на новые, неизвестные ранее формы материи? Видимо, и то и другое. Но при этом следует подчеркнуть, что и старые законы будут, конечно, продолжать применяться к определенной области явлений. Какими бы ни были новые теории, они должны включать в качестве частных или предельных случаев старые — в тех границах, в которых применимость последних экспериментально подтверждена.

Имеются ли какие-либо принципиальные особенности в познании астрофизических объектов?

Разумеется. Астрономия — наука наблюдательная. Наблюдение — основной ее метод. И в этом смысле она весьма существенно отличается от остальных разделов физики, которые являются экспериментальными. Изучение любых объектов основано на сравнении их различных состояний. Экспериментатор, меняя условия опыта, имеет возможность, так сказать, активно, по своему желанию вызывать необходимые изменения сам. Наблюдатель же должен ждать, пока такие изменения произойдут в природе. Еще одна трудность состоит в том, что повторные наблюдения того или иного явления часто оказываются возможными лишь через весьма длительные промежутки времени. Экспериментатор же в принципе может повторить опыт какое угодно число раз.

Однако было бы ошибкой думать, что наблюдательные исследования абсолютно пассивны.

В своих исследованиях космических объектов астрофизики отнюдь не беспомощны. Обнаружив интересное, заслуживающее внимания явление и наблюдая его, астрофизик сознательно подбирает для наблюдений другой объект, где имеются основания ожидать те же явления, но в измененных условиях. Но, конечно, для этого приходится искать, и часто искать довольно долго. Например, меня в настоящее время интересуют явления, происходящие в так называемых «красных карликах». Это — вспышки, продолжающиеся обычно несколько минут, при которых яркость такой звезды неожиданно возрастает в 10 — 100 раз. Возник вопрос: а что произойдет, если во время вспышки яркость звезды увеличится, скажем, в 500 раз? Как получить на него ответ? Физик в таких случаях поставил бы соответствующий эксперимент, астроном вынужден ждать. Но это активное ожидание, поскольку астроном концентрирует свое внимание именно на тех объектах, где интересующее его явление может произойти.

В этом и заключается специфика астрофизических исследований — активно выбирать и ждать. С философской же точки зрения и эксперимент и наблюдение — опыт, только в одном случае более активный, а в другом — более пассивный.

Можно ли предположить, что сложность описания современной наукой некоторых астрономических и физических явлений связана с недостаточностью наших знаний и что со временем это описание станет более простым?

Вообще говоря, степень сложности описания данного явления природы по мере развития науки действительно уменьшается. Но это связано главным образом не с углублением наших знаний, а с прогрессом способов изложения, Например, развитие нового математического аппарата часто позволяет более просто описать те или иные природные процессы. Хотя, разумеется, достижение более простого описания явлений в какой-то степени связано и с расширением и углублением наших знаний. Ведь все наши теории — это не что иное, как обобщение опыта, наблюдаемых фактов. И если нам в процессе познания природы удается прийти к лучшему обобщению фактов, это, естественно, влечет за собой и более совершенное их описание.

Поскольку речь зашла о математике, хотелось бы узнать ваше мнение о ее роли в развитии, например, физики и астрономии. Действительно ли математика столь могущественна?

Я не принадлежу к числу тех, кто склонен слишком преувеличивать роль математики. Не следует забывать, что математическая теория любого явления, какой бы абстрактной она ни выглядела, в конечном счете представляет собой обобщение определенных опытных данных. Поэтому я бы сказал, что математика — скорее орудие исследования. Из одной математики без изучения реальных явлений трудно «высосать» что-нибудь совершенно новое.

Но, разумеется, совершенствование математических методов имеет огромное значение для развития естественных наук.

Какова физическая сущность тех сложных абстракций, которыми довольно широко пользуются современные физики и астрофизики и которые заведомо не обладают наглядностью (многомерные пространства, бесконечности и т. п.)? В какой мере подобные свойства и отношения присущи самой природе?

В большинстве случаев они присущи самой природе. И в этом, вообще говоря, нет ничего удивительного. Так и должно быть. В свое время думали, что природа по своей сути наглядна и возможно построить ее точную механическую модель и что только уровень наших знаний не позволяет сделать этого. Однако мы, материалисты, не можем ожидать, что механизм всякого явления должен допускать наглядное представление и описание. Ведь наглядность связана с особенностями и условиями восприятия человеком окружающего мира. Но сами явления существуют независимо от нашего сознания и потому вовсе «не обязаны» протекать наглядно с нашей человеческой точки зрения.

История физики убедительно подтверждает справедливость данного положения. Были обнаружены многие явления и объекты, механические модели которых не могут быть созданы, например электрон. В настоящее время известен целый ряд явлений, которые заведомо нельзя представить себе наглядно в доступных нам обычных образах, скажем Рима-ново пространство, или четырехмерное пространство, или спин элементарной частицы. Иногда спин, правда, изображают как вращение частицы. Но на самом деле это лишь довольно грубое упрощение — в действительности понятие спина отражает более сложные свойства микрочастицы, которые не могут быть отражены с помощью классических механических понятий.

Но модели не обязательно должны быть «вещественными». Существуют ведь, скажем, математические модели, и в частности модели «Вселенной как целого». Какова их ценность?

Безусловно, такие модели могут отражать существенные стороны реальной действительности, в частности описывать некоторые свойства Вселенной. Именно таким путем, например, было предсказано существование реликтового радиоизлучения и распределение в нем энергии. В настоящее время такое радиоизлучение, как известно, обнаружено. Это, бесспорно, важный успех теории.

А как быть с теми теоретическими моделями Вселенной, справедливость которых еще не подтверждена наблюдениями? Можно ли придавать им сколько-нибудь серьезное значение? Например, космолог А. Л. Зельманов высказал интересную идею о том, что в бесконечно разнообразной Вселенной в принципе можно ожидать реализации любых условий и явлений, допустимых с точки зрения известных нам фундаментальных физических законов и теорий.

Мне кажется, что основная мысль А. Зельманова правильна. Природа действительно настолько разнообразна, что если какая-либо модель возможна с точки зрения существующих законов и теорий, то есть основания ожидать, что в природе действительно могут иметь место явления, которые близки к ней по своему характеру.

Как известно, одной из основных идей, которую вы развиваете, является идея существования сверхплотных тел, которые дают начало различным космическим объектам. О каких формах подобной сверхплотной материи можно говорить в настоящее время?

Одну такую форму мы знаем из физики — атомное ядро, представляющее собой не что иное, как сверхплотное вещество. Согласно теоретическим расчетам, сверхплотные объекты, имеющие массу порядка массы звезды, должны состоять из нейтронов и гиперонов. Такими объектами являются, по-видимому, пульсары и некоторые рентгеновские источники.

Но вполне возможно, что в природе могут существовать и другие сверхплотные объекты. Основание для такого вывода дают наблюдения некоторых необычных процессов, происходящих в ядрах галактик. Однако судить о том, в какой мере эти процессы связаны с активностью подобных сверхплотных масс, позволят лишь будущие наблюдения.

Существование сверхплотных масс можно предположить и там, где происходит процесс звездообразования, возникают новые звездные ассоциации и звездные скопления.

А не могут ли находиться или образовываться сверхплотные сгустки и внутри звезд?

На этот вопрос сейчас трудно дать ответ.

Вполне возможно, что сверхплотное вещество имеется и в недрах некоторых «обычных» звезд. Однако эта проблема требует специальных исследований.

Что вы можете сказать по поводу результатов нейтринных наблюдений Солнца?

До сих пор все наши представления о внутреннем строении Солнца базировались на усиленно разрабатываемой уже двумя поколениями астрофизиков-теоретиков общей теории внутреннего строения звезд. Основная ее идея базируется на гипотезе о термоядерном синтезе как основном источнике энергии их лучеиспускания.

Построенная таким образом теоретиками модель звезды оказалась способной объяснить много известных нам фактов, относящихся к звездам. Однако астрофизиков очень смущало то, что, несмотря на происходящие за последние десятилетия многочисленные новые открытия в мире звезд, ни одно из этих открытий, по существу, не было предсказано теорией их внутреннего строения.

Необходим был какой-то контрольный эксперимент. Он был поставлен. Это была попытка обнаружить предсказанный теорией поток нейтрино от Солнца. Эксперимент показал, что поток не наблюдается.

Какое заключение из всего этого? Необходимо понять, что существующие теоретические модели являются настолько ориентировочными, что не выдерживают точных количественных сравнений, когда речь идет о новых явлениях. Поскольку, однако, выводы, касающиеся внутренних слоев звезды, требуют очень обоснованной теории и точного знания всех входящих в рассмотрение величин, то на данном этапе построенные модели могут иногда вести к грубым ошибкам и просчетам. Несоответствие существующим теоретическим моделям Солнца найденного группой А. Б. Северного (Крымская астрофизическая обсерватория) периода пульсации ярко свидетельствует об этом.

Астрономия, как я уже говорил, наука прежде всего наблюдательная. Одно наблюдательное открытие такого рода, какое сделано в Крыму, стоит больше тысячи теоретических работ, не имеющих под собой точной количественной основы. Будучи сам теоретиком, я решаюсь все же высказать такое мнение. Вместе с тем я призвал бы ко всесторонней проверке и к дополнению выполненных в Крыму очень важных наблюдений — именно они должны лечь в основу новых теоретических построений, касающихся внутреннего строения Солнца.

Из истории науки известно, что во многих случаях исследователям удавалось получать важные результаты благодаря интуиции. Не раз сбывались и ваши предсказания, сделанные тогда, когда для подобного вывода, казалось, еще недостаточно фактов. Что же такое интуиция?

Иногда дело изображается таким образом, что интуиция — это какое-то «прозрение», ни на чем объективном не основанное. Однако «пророчества» в естествознании, намного опережающие свое время, чаще всего исходят из тщательного продумывания имеющихся фактических данных и умения из многих возможных вариантов, их объясняющих, выбрать тот, который имеет некоторый, может быть, едва заметный перевес по сравнению с другими, является наиболее близким к истине. В этом умении правильно оценить ситуацию и состоит искусство естествоиспытателя.

Каковы сегодня основные задачи возглавляемой вами Бюраканской обсерватории АН Армянской ССР?

В первые годы существования Бюраканской обсерватории наши астрофизики занимались преимущественно изучением звезд, входящих в нашу Галактику. Затем они стали инициаторами систематических, ведущихся по развернутой программе наблюдений внегалактических объектов. А сейчас в Бюраканской обсерватории, получившей широкую известность благодаря большому числу астрономических открытий, в частности открытий внегалактических объектов, на повестку дня ставится проблема более тщательного исследования, изучения многочисленных открываемых объектов. Добрую службу тут, в частности, сослужит новый гигантский телескоп с диаметром зеркала 2,6 метра, недавно установленный в обсерватории.

В какой степени данные современной астрофизики способствуют преодолению религиозных представлений о мире?

Современные данные о строении Вселенной и природе космических явлений способствуют преодолению религиозных представлений больше, чем когда бы то ни было.

Мир не только оказался не таким, каким его изображала религия, но даже и не таким, каким его еще сравнительно недавно представляла себе наука. Мы стремимся уложить картину мира в некоторые рамки с помощью тех или иных законов или уравнений. Но природа всегда оказывается богаче. Пожалуй, это самое убедительное доказательство того, что внешний мир существует независимо от нашего сознания. И от всякого сознания вообще, поскольку никаких проявлений подобного, стоящего над природой, сознания наука не обнаружила.

Таким образом, развитие науки подтверждает материалистическую точку зрения и не подтверждает идеалистическую. А всякая религия, как известно, есть примитивная форма идеализма.

Астрономия, философия, мировоззрение

На вопросы отвечает ученый секретарь научного совета АН СССР по комплексной проблеме «Философские вопросы современного естествознания» кандидат философских наук В. В. Казютинский

В условиях современной научно-технической революции происходит неуклонное усиление взаимосвязи науки с другими формами социальной деятельности, возрастает роль науки в жизни общества. Какое место в этом процессе занимает астрономия?

Маркс определял науку как одну из форм «духовного производства», то есть социально детерминированной деятельности, целью и конечным «продуктом» которой является научное знание. Конечно, социальная детерминация научного сознания осуществляется не прямо и непосредственно, а лишь «в конечном счете» и притом через собственную логику развития науки. Тем не менее прогресс науки, в частности естествознания, можно достаточно адекватно и глубоко понять лишь в том случае, если научная деятельность рассматривается как одна из сфер общественного производства (а не как нечто полностью «автономное», то есть развивающееся на основе одних лишь собственных закономерностей).

Социальная обусловленность процессов исследовательской деятельности астрономов может быть прослежена во всех основных ее аспектах. В свою очередь исследования Вселенной оказывают значительное влияние на развертывание научно-технической революции, на духовную жизнь современного общества, включая борьбу философских идей, направлений, мировоззрений. Вот некоторые примеры.

Важнейшую роль в исследовании Вселенной играют средства познания материальные (наблюдательные и экспериментальные приборы, установки или их комплексы, ЭВМ и т. п.) и теоретические (существующая система физического знания, включая ее философские основания, совокупность основных принципов и теорий). Все эти средства познания астрономам предоставляет общество сначала в процессе обучения будущих исследователей, затем в ходе самой исследовательской деятельности. Обстоятельства, которые в процессе развертывания научно-технической революции обусловили впечатляющий прогресс в средствах изучения Вселенной, такие, как развитие радиотехники и радиолокации, создание мощных ракет-носителей для вывода в космос автоматической аппаратуры, а затем и космонавтов-исследователей, появились, как известно, вне собственных потребностей астрономии. Но благодаря этому возникли принципиально новые направления исследований Вселенной.

Далее, в своих исследованиях астрономы не только осуществляют стремление удовлетворить собственное «любопытство» или «жажду познания», но и реализуют — во все большей степени — цели, направленные на решение практических проблем, выдвигаемые развитием современного общества. В конечном счете исследования Вселенной оказываются не только делом отдельных ученых или «сообщества» астрономов, но и всего современного общества, приобретая тем самым ярко выраженные черты социально обусловленной деятельности.

Но современное общество расколото на противоположные социально-экономические системы, и это обстоятельство накладывает отпечаток как на формулировку программ исследования Вселенной, так и на философское осмысление научных знаний в этой области.

Одна из целей современной астрономии (и целого ряда других наук) исследование ближнего космоса как этап на пути его практического освоения; другая — изучение фундаментальных свойств материи в широчайшем диапазоне физических условий во Вселенной — самой грандиозной лаборатории, которую мы можем себе вообразить. Некоторые из добываемых при этом знаний получают практическое применение сравнительно быстро; пути использования других могут долгое время оставаться неясными. Но и они отнюдь не изолированы от различных форм социальной деятельности, от практики. Они представляют собой как бы «моделирование» или «проигрывание» схем будущей практики, позволяющее предсказать — иногда за многие десятилетия и даже столетия вперед — принципиально возможные изменения космических объектов, их свойств, а также способы их практического освоения (этому кругу вопросов посвящены интересные работы доктора философских наук В. С. Степина).

Например, развитие небесной механики, исследования Луны и планет, которые на протяжении нескольких минувших столетий могли казаться образцом «чистой науки», позволили наметить пути практической деятельности в области космонавтики и освоения космоса. Такова же судьба астрофизических исследований: изучения плазмы, ядерных реакций, сверхплотных состояний вещества во Вселенной, поисков новых физических форм материи, свойства которых, возможно, не удастся объяснить в рамках известных сейчас фундаментальных теорий физики. Все это уже сейчас оказывает или сможет оказать в обозримом будущем огромное влияние на практическую производственную деятельность человечества. Огромное воздействие оказывает прогресс системы знания о Вселенной и на культуру современной эпохи, в частности, на борьбу противостоящих друг другу мировоззрений.

Наши знания о Вселенной не только неуклонно расширяются и углубляются, но и во многих важных моментах подвергаются глубокой перестройке. Как, по вашему Мнению, следует охарактеризовать сущность этих изменений?

Этот вопрос вызывает сейчас довольно оживленные дискуссии, в ходе которых высказываются самые различные взгляды, в том числе и диаметрально противоположные. В наших совместных с академиком В. А. Амбарцумяном работах обосновывается точка зрения, согласно которой в астрономии происходит революция, включающая радикальные изменения как в системе исследовательской деятельности, так и в системе знания о Вселенной (хотя ее окончательные последствия и масштабы определить пока трудно, так как до завершения революционных преобразований, видимо, далеко).

Мне кажется, что одна из причин столь резких различий в оценках бурных и, фактически, беспрецедентных событий, охвативших сейчас «первую науку людей» (К. Маркс), состоит в различном понимании сущности революционных переворотов в естествознании. И это не удивительно, так как выяснение природы научных революций является одной из самых актуальных, но пока не до конца разработанных философских проблем, которые с особой остротой поставила современная научно-техническая революция.

С точки зрения материалистической диалектики «революция представляет собой такое преобразование, которое ломает старое в самом основном и коренном, а не переделывает его осторожно, медленно, постепенно, стараясь ломать как можно меньше»…[16]. Ленинское определение полностью применимо и к революциям в естествознании. Обычно естественнонаучной революцией называют такой переворот в теоретическом содержании всего естествознания или какой-либо его области, при котором происходит коренная ломка установившихся оснований (принципов и основных понятий), соответствующих методов познания, стиля мышления. Такие определения естественнонаучной революции разработаны известными советскими философами академиком Б. М. Кедровым и членом-корреспондентом АН СССР М. Э. Омельяновским.

Это определение может быть развито дальше, если применить ленинское определение революции для характеристики коренных качественных скачков в системе научно-познавательной деятельности, взятой в целом, в том числе (но не только и не исключительно) в системе знания, ее основаниях и методологических принципах.

Какова же сущность сдвигов, происходящих в астрономии?

Исходным пунктом современного развития астрономии, бесспорно, явилась революция в физике первой трети XX в. К ней прибавились в дальнейшем успехи физики элементарных частиц, физики плазмы и других разделов современной науки. Революция в физике привела также к перестройке философских оснований естествознания, в том числе и науки о Вселенной. Как неоднократно подчеркивал В. И. Ленин, единственной философией, адекватной развитию современного естествознания, является материалистическая диалектика.

Революционные изменения в философских основаниях и теоретических средствах и методах исследования Вселенной дополняются не менее революционными сдвигами в материальных средствах и, соответственно, в эмпирических методах исследования. Речь идет, во-первых, о коренных усовершенствованиях традиционных для астрономии оптических средств и методов исследования, во-вторых, о появлении ряда принципиально новых средств и методов: радиоастрономии; внеатмосферной астрономии, которая позволила регистрировать рентгеновское, далекое ультрафиолетовое и инфракрасное, гамма-излучения из космоса. Развитие космических исследований сделало возможным прямое изучение Луны, планет, межпланетного пространства. Коренные изменения происходят также в характере производимых астрономами познавательных действий. Достаточно упомянуть все большую автоматизацию наблюдения, происходящую в наземной астрономии, а также полную автоматизацию большинства космических экспериментов, широкое применение ЭВМ для обработки получаемой информации.

Изменения в условиях исследования неизмеримо расширяют познавательные возможности ученых. Все это привело к радикальной перестройке системы знаний в астрономии. Современная картина эволюционирующей Вселенной — не только расширяющейся, но и буквально «взрывающейся», — пожалуй, так же мало похожа на картину статичной Вселенной, которую рисовала астрономия начала XX в., как современные представления о взаимопревращаемости атомов и элементарных частиц на неделимые атомы классической физики.

Говоря о революционных преобразованиях в системе исследовательской деятельности астрономов, вы упомянули появление средств и методов прямого, непосредственного исследования Вселенной. Существует, однако, точка зрения, что основным содержанием астрономии остается исследование излучения космических объектов, тогда как познание планет и комплекса малых тел Солнечной системы экспериментальными методами приводит к возникновению новых наук об этих объектах. Что вы можете сказать об этом?

Такая точка зрения была недавно высказана, в частности, членом-корреспондентом АН СССР И. С. Шкловским («Природа», 1977, № 10). Мысль о том, что целая область исследований, которая всегда была «по департаменту» астрономии, сейчас ускользает из него, фиксирует лишь одну сторону диалектически противоречивого процесса развития науки, а именно дифференциацию наук, выделение из астрономии определенной области исследований. Но нельзя не видеть, что происходит и прямо противоположный интегративный — процесс, который является определяющим: формирование на «стыке» многих наук нового комплексного направления исследований, причем определенное место в нем остается за астрономией.

Возникновение все большего числа комплексных и даже общенаучных проблем или направлений исследования на основе взаимодействия средств и методов многих научных дисциплин — одна из основных особенностей научного познания наших дней. Анализ этих процессов привлекает внимание многих советских философов (особенно следует отметить обстоятельные работы докторов философских наук В. С. Готта и А. Д. Урсула). Именно такой комплексный, междисциплинарный характер приобрели за последние 15–20 лет исследования Солнечной системы.

Любопытно, однако, что революции в естествознании очень часто оказываются «невидимыми» в первую очередь для современников, на глазах которых они развертываются. Иногда это случается по причинам психологического плана: сторонники воззрений, которые в ходе научной революции пересматриваются или даже отбрасываются, бывают склонны долгое время недооценивать порождаемую революцией качественно новую систему знания. В других случаях могут играть свою роль и философские соображения, например влияние разделяемой многими буржуазными естествоиспытателями концепции о чисто эволюционном характере развития науки.

Наконец, даже ученый, признающий в принципе важнейшую роль революционных «переломов» в научном прогрессе, может «не заметить» коренных изменений в своей науке по той причине, что «эталоном» такой революции для него служит (по большей части интуитивно) переворот того типа, который принято называть глобальной естественнонаучной революцией (коренная перестройка системы познавательной деятельности, которая включает появление не только системы принципиально новых представлений о природе, нового видения ее, но и нового логического строя и новых философских оснований естествознания). Между тем гораздо чаще естественнонаучные революции имеют меньшие масштабы. Такие локальные революции коренным образом изменяют систему познавательной деятельности в рамках одной из наук о природе, а микрореволюции — в одной из сравнительно узких областей какой-либо естественной науки.

Что представляет собой современная естественнонаучная картина мира, какую она играет методологическую роль в исследовании Вселенной?

Следует прежде всего отметить парадоксальность ситуации: многие философы считают, что это понятие играет центральную роль в методологии науки, тогда как ряд других даже не упоминают его при систематическом изложении основных проблем, относящихся к области анализа системы научно-познавательной деятельности, в частности средств познания. Отчасти это связано с неопределенностью и многозначностью содержания, зачастую вкладываемого в это понятие различными авторами. По нашему мнению, следует различать узкое и широкое значение понятия «картины мира».

Если говорить о физической картине мира (которая может рассматриваться как «ядро» его общенаучной картины), то в узком смысле это — система фундаментальных конструктов, характеризующих основные свойства физической реальности (пространства, времени, вещества, поля, вакуума); связи между ними представляют собой физические принципы.

Но в работах основоположников современной физики выделяется еще один слой знания, который можно было бы назвать физической картиной мира в широком смысле. Это — формулируемые в терминах особого языка общие представления о физическом мире, которые рассматриваются как наиболее важные и существенные с точки зрения стиля научного мышления данной эпохи. Этот слой знания включает не только фундаментальные принципы, законы и закономерности физической науки, но и (в обобщенной форме) фундаментальные факты.

Например, помимо обычно включаемых в картину мира представлений об атомистическом строении вещества она содержит и обобщенные представления о дискретном строении физических форм материи в масштабах Вселенной (факты существования таких структурных уровней, как планеты и их системы, звезды и системы звезд, охватывающие ряд ступеней иерархии, по крайней мере вплоть до сверхскоплений галактик). Далее, из физической картины мира невозможно было бы исключить, скажем, такие фундаментальные факты, как расширение нашей Вселенной (Метагалактики) или взаимосвязь космологических, астрофизических и микрофизических констант.

Иными словами, с нашей точки зрения, физическая картина мира в широком смысле слова представляет собой определенный «срез» всей системы физического знания, а не «промежуточное звено» между физикой и философией, как иногда считают.

Картина мира представляет собой некоторый целостный образ природы (а физическая картина мира — аналогичный образ физических аспектов природы). Но создать этот образ на основе одних лишь достоверных знаний (теоретических и эмпирических) нельзя: на любом этапе развития естествознания существует ряд фундаментальных научных проблем, нерешенность которых оставляет в системе достоверного знания более или менее значительные пробелы. Механизм их решения состоит в том, что указанные пробелы заполняются системой фундаментальных гипотез, проверка, развитие и обоснование которых служат важнейшим «каналом» возникновения нового достоверного знания, новых теорий.

Одной из таких гипотез является, например, представление о формировании космических систем из диффузного вещества. Зародившееся первоначально в рамках натурфилософских космогонии, оно было затем конкретизировано в картине мира классической физики, а сейчас (на новой основе) развивается в современной квантово-релятивистской картине мира. Не исключено, впрочем, что эта идея, которая уже давно сталкивается с многочисленными трудностями и противоречиями, не обязательно найдет себе место в будущей картине мира. Аналогичными являются, по моему мнению, структура и познавательная роль общенаучной картины мира.

Какие проблемы мировоззрения были поставлены революцией в современной астрономии?

Следует прежде всего отметить, что мировоззрение — это не «общий взгляд на мир в целом» (так его определяют некоторые авторы), а совокупность представлений, норм, оценок, выражающих отношение человека к миру и мира к человеку. Всякое мировоззрение партийно, и если в структуру мировоззрения входят некоторые обобщенные представления о мире (природе, обществе), то они неизбежно преломляются сквозь призму самосознания социальных классов и групп.

Астрономия всегда была тесно связана с наиболее глубокими проблемами мировоззрения. Особенно драматические формы борьба мировоззрений вокруг астрономии приняла в эпоху великой коперниковской революции. Иногда высказывается мнение, что в современной астрономии ничего подобного не происходит, и этот аргумент выдвигается в подтверждение точки зрения, что никакой революции астрономия сейчас не переживает. На самом же деле астрономия наших дней привела к постановке ряда коренных проблем мировоззрения, пожалуй, с такой же остротой, как и во времена Коперника, Бруно, Галилея, хотя их разрешение, конечно, происходит в совершенно иных формах.

Можно напомнить, какие острые столкновения научного, материалистического и религиозного мировоззрения были вызваны разработкой релятивистской космологии. Теория «расширяющейся Вселенной» рисовала совершенно необычную картину пространственно-временных свойств Вселенной в больших масштабах. Ее важнейшей чертой оказывалась нестационарность Вселенной; отсюда вытекало существование «начального момента» в космологической шкале времени. Не удивительно, что те буржуазные естествоиспытатели и философы, которые, разделяя позиции «физического идеализма», говорили о «дематериализации» атома, предприняли многочисленные попытки истолковать это следствие релятивистской космологии, как «научное доказательство» будто бы имевшего место «акта творения» материальной Вселенной демиургом (креационизм).

С другой стороны, некоторые материалисты (стоявшие, по сути дела, на позициях старого, недиалектического материализма) утверждали, что релятивистская космология должна быть отвергнута, потому что она якобы находится в непримиримом противоречии с материалистическим мировоззрением. Само собой разумеется, что подобный нигилистический подход к выводам релятивистской космологии глубоко чужд духу материалистической диалектики. Материалистическое мировоззрение отнюдь нельзя смешивать с механической (как, впрочем, и с любой другой) картиной мира и представлениями, основанными на так называемом «здравом смысле». В. И. Ленин подчеркивал: «Это, конечно, сплошной вздор, будто материализм утверждал… обязательно «механическую», а не электромагнитную, не какую-нибудь еще неизмеримо более сложную картину мира, как движущейся материи»[17].

Открытия «диковинных» явлений при каждом новом прорыве науки в ранее недоступные исследованию области природы относятся к числу наиболее ярких подтверждений диалектического принципа бесконечного многообразия, неисчерпаемости материального мира. Нестационарность Вселенной в больших масштабах, ее расширение занимают в списке таких явлений одно из самых видных мест.

Казалось бы, этот вопрос уже давно и полностью выяснен и на нем нет необходимости останавливаться так подробно. Однако некоторые противники материализма и сегодня склонны приписывать материалистической диалектике взгляды, которые не имеют с ней ровным счетом ничего общего.

В рамках материалистической диалектики на протяжении вот уже нескольких десятилетий развиваются такие истолкования релятивистской космологии, которые позволяют дать обоснованную критику всяческого креационизма. Они различаются между собой решением вопроса: что представляет собой объект «Вселенная как целое», изучаемый средствами космологической экстраполяции? Наиболее распространенной является сейчас традиционная точка зрения, согласно которой Вселенная как целое — это весь материальный мир (то есть «все объективно существующее»), рассматриваемый со стороны его физико-астрономических свойств. Вселенная, с этой точки зрения, — единственная, других Вселенных нет; модель пространственно-временной структуры Вселенной и ее изменения охватывают все пространство — время и т. д.

Но даже если мы принимаем подобную «глобальную» постановку космологической проблемы, картина расширяющейся Вселенной вовсе не нуждается для своего истолкования в апелляции к представлению об «акте творения» материального мира. Состояние сверхвысокой плотности в «начале» расширения Вселенной — это, по сути, крайний предел, до которого возможно экстраполировать в прошлое современную систему физического знания. Но это не абсолютное «начало всего», а лишь одна из фаз бесконечного процесса саморазвития материи. Подобное состояние должно было возникнуть из пока не изученных наукой каких-то предшествовавших ему состояний и форм материи.

Возможна, однако, как мне кажется, — даже более предпочтительна — иная точка зрения относительно этого вопроса (я занимаюсь ее разработкой вот уже 10 лет). Суть ее в том, что Вселенная как объект космологии — это «все существующее» не в абсолютно всеобщем и окончательном смысле, а с точки зрения определенной ступени развития практической и научно-познавательной деятельности. Ни одна из «моделей Вселенной» не охватывает и принципиально не сможет охватить глобальные свойства бесконечно многообразного, неисчерпаемого материального мира.

С этой точки зрения любые варианты креационистских истолкований релятивистской космологии выглядят излишними еще более явно. Если расширяющаяся Метагалактика охватывает не весь материальный мир, а его конечную и притом ограниченную область, то вопрос о ее генезисе в принципе едва ли должен сильно отличаться от вопроса о происхождении таких космических систем, как, например, скопление галактик; и действительно, эти вопросы все чаще рассматриваются совместно.

Концепция множественности Вселенных вносит новый момент и в обсуждение одного из важнейших мировоззренческих вопросов — вопроса о месте человечества в мире.

Не так давно И. С. Шкловский выдвинул точку зрения о практической уникальности земной цивилизации, которая в известном смысле рассматривается самим ее автором как возрождение старой идеи антропоцентризма. Но даже если бы мы стали на подобную крайнюю точку зрения (которая, по нашему мнению, сильно уступает в доказательной силе представлению о множественности космических цивилизаций в нашей Вселенной), то и тогда не было бы никаких оснований априорно отрицать возможность существования жизни, разума, цивилизаций в других Вселенных. Более того, применив и в данном случае принцип бесконечного многообразия, неисчерпаемости материального мира, можно считать правдоподобным, что формы жизни, разума, цивилизаций не только в нашей, но и в каждой из других Вселенных могут значительно различаться между собой. Такое предположение принципиально проверяемо, но практическое его подтверждение или опровержение станет реально осуществимым лишь в ходе будущего прогресса науки — скорее всего, довольно отдаленного будущего.

Что можно сказать о влиянии революционных преобразований в современной астрономии на процесс формирования атеистических убеждений?

Резкое возрастание роли науки, происходящее в современную эпоху приобщение к ее достижениям самых широких масс, несомненно, оказывает — в условиях социалистического общества — все большее воздействие на формирование научно-атеистического мировоззрения. Если говорить о развитии астрономии, то, во-первых, Вселенная оказывается доступной адекватному познанию научными средствами в диапазоне все больших пространственных и временных масштабов; во-вторых, открываемые во Вселенной «диковинные» явления неизменно находят объяснение в рамках естественных законов; есть полная уверенность, что те из них, которые не удается объяснить сегодня, получат объяснение завтра — быть может, в рамках еще неизвестных законов, более общих и точных.

Однако наивной, неосновательной и, более того, глубоко ошибочной является исходная предпосылка представлений, что успехи науки способны сами по себе обеспечить правильное разрешение мировоззренческих проблем. Религия, как показали основоположники марксистско-ленинской философии, имеет не только гносеологические корни (незнание, заблуждение, недостатки атеистической пропаганды и т. п.), но и корни социальные, прежде всего влияние пережитков прошлого.

Другая типичная ошибка в понимании атеистического значения достижений современной астрономии (она, впрочем, тесно связана с первой) состоит в том, что собственно мировоззренческие проблемы нередко подменяются иными, относящимися к осмыслению вклада астрономии в современную естественнонаучную картину мира. Некоторые авторы относят к проблемам мировоззрения такие, например, как проблему «сингулярности» или конкретные способы ликвидации термодинамического парадокса в теории расширяющейся Вселенной, распространенности космических цивилизаций, их сходства с нашей собственной цивилизацией или, напротив, качественного отличия от нее. Несомненно, все эти вопросы имеют первостепенное мировоззренческое значение. Но, взятые сами по себе, они не относятся к проблемам мировоззрения. Неверно, в частности, было бы считать, что религия настаивает, например, на конечности Вселенной в пространстве или на неизбежности тепловой смерти Вселенной или, скажем, на уникальности нашей цивилизации, тогда как марксистско-ленинская философия занимает по этим вопросам прямо противоположные позиции.

В прошлом каждое из противостоящих друг другу мировоззрений действительно было связано с определенной «картиной мира». Но за столетия, прошедшие с тех пор, развитие естествознания наносило религиозным представлениям о мире все более тяжелые удары, с которыми теологи не могли не считаться. Сейчас лишь часть теологов настаивает на существовании какой-то особой, религиозной картины материального мира. Большинство же их ограничиваются попытками истолкования с позиций религиозного мировоззрения той картины материального мира, которую рисует современная наука. Борьба мировоззрений идет в основном вокруг естественных наук, а не внутри собственного содержания этих наук, и касается она не самих по себе проблем строения или закономерностей эволюции Вселенной, а значения современной картины Вселенной для понимания места человечества в мире, определения его возможностей и перспектив познания, а также практического преобразования мира.

Когда инквизиция судила Галилея за обоснование и пропаганду коперниканской системы мира, основной спор шел не столько о том, в какой системе отсчета удобнее описывать движения планет, сколько о том, занимает ли Земля (а значит, и человечество) центральное место в мире, как следует из Библии, или же нет. И все конкретные споры по собственно астрономическим вопросам преломлялись сквозь призму этого главного, мировоззренческого по своему существу вопроса. Совершенно так же обстоит дело в борьбе научного и религиозного мировоззрений и вокруг современной астрономии. Более того, следует учитывать, что многие современные теологи на первый план выдвигают даже не отношение «бог — природа», а отношение «бог — человек» (проблемы смысла и цели жизни, морали и т. п.).

Между тем многие популярные брошюры, статьи, лекции, посвященные обсуждению вопроса об атеистическом значении революции в современной астрономии, до сих пор построены по традиционной, давно изжившей себя схеме: религия утверждает, что Вселенная устроена так-то, астрономия же опровергла эти представления, следовательно, религия представляет собой заблуждение. По моему мнению, эту схему следовало бы уже давно сдать «в архив», заменив традиционную тему «Наука и религия о Вселенной» иной, действительно актуальной — «Человек и Вселенная»; проблемы борьбы научно-атеистического и религиозного мировоззрений должны увязываться в ней с более общими мировоззренческими проблемами. В противном случае пропаганда атеистического значения современных достижений астрономии будет недостаточно эффективной, она будет бить мимо цели.

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Вакуум. — Любая область пространства всегда заполнена веществом или какими-либо другими видами материи — излучениями и полями тяготения, магнитными и т. д. Даже в том случае, если бы из некоторой области пространства удалось «изгнать» все частицы, излучения и поля, то есть получить «абсолютный вакуум», то и в этом вакууме все равно остался бы некоторый запас энергии, который нельзя у него «отобрать» никакими способами. Здесь всегда существуют нерожденные частицы и физические поля всех возможных видов, но их энергия недостаточно велика, чтобы они могли появиться в виде реальных частиц. Такое их состояние получило название «нулевых колебаний вакуума». При определенных условиях «скрытые» частицы могут приобретать дополнительную энергию и превращаться в реальные.

В современной науке высказываются- предположения, что вакуум — та «протосреда», из которой могут образовываться все другие виды материи. В связи с этим некоторые ученые считают, что в будущем на смену современной физической картине мира, оперирующей всевозможными полями, придет вакуумная картина, которая будет исходить из того, что основой всего во Вселенной является вакуум, а все остальное существующее в природе, по меткому выражению одного известного ученого, не более как «легкая рябь» на его по-верхнбсти.

Галактика — звездная система, к которой принадлежит Солнце. В ее состав входит свыше 100 миллиардов звезд с общей массой около 10^44 г, что составляет 10^11 масс Солнца, а также межзвездные пыль и газ, их общая масса — 0,05 массы звезд. Концентрация звезд в галактической плоскости образует на земном небе полосу Млечного Пути.

Поперечник Галактики — около 100 тысяч световых лет. Солнце расположено на расстоянии около 34 тысяч световых лет от центра Галактики, где в гигантских спиралях сконцентрирована основная часть массы этой звездной системы. Остальные звезды образуют так называемую сферическую подсистему — галактическую подсистему — галактическую корону. Вместе с другими звездами плоской подсистемы Солнце обращается вокруг центра Галактики, совершая один оборот за 250 миллионов лет. Центр Галактики расположен в направлении созвездия Стрельца.

Двойные звезды — звездные пары, в которых две звезды связаны силами взаимного тяготения и обращаются вокруг общего центра масс. Согласно современным данным, около 50 процентов всех звезд входят в двойные и более сложные, так называемые кратные системы.

Звездные скопления — группы близко расположенных друг к другу звезд, связанных силой взаимного тяготения и совместно перемещающихся в пространстве. Скопления бывают рассеянные, содержащие от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд, и шаровые, в состав которых входит от десятков тысяч до миллионов звезд. В настоящее время в нашей Галактике обнаружено около 200 шаровых звездных скоплений.

Квазары — объекты, открытые в 1963 г. у границ наблюдаемой Вселенной, на расстояниях порядка 6–9 миллиардов световых лет. В сравнении с галактиками квазары — маленькие «пылинки». Однако полная энергия их излучения в сто раз превосходит энергию излучения самых гигантских известных нам галактик… Природа этого явления до сих пор остается неясной. Бесспорно тут только одно: термоядерные реакции такого колоссального выхода энергии обеспечить не в состоянии. Существует предположение, что квазары — это будущие ядра галактик.

Метагалактика — совокупность галактик, расположенных в доступной современным средствам исследования области пространства радиусом около 10–12 миллиардов световых лет. В эту совокупность входит примерно около миллиарда галактик.

Метагалактика расширяется, при этом все галактики удаляются друг от друга так, что расстояние между двумя любыми из них возрастает со скоростью, пропорциональной этому расстоянию. Это расширение, не имеющее единого центра.

Нейтронные звезды — звезды, почти целиком состоящие из нейтронов с небольшой примесью электронов, протонов и более тяжелых ядер. Радиус нейтронной звезды — от 10 до 20 километров, средняя плотность вещества может достигать сотен миллионов тонн в кубическом сантиметре.

Нейтронные звезды быстро вращаются. Если такая звезда обладает мощным магнитным полем, то возникает направленное радиоизлучение, которое мы воспринимаем как следующие один за другим радиоимпульсы, частота которых соответствует периоду вращения звезды.

Однородность. Изотропия. — Если рассматривать Вселенную в очень больших, мегаскопических, масштабах, принимая за «элементарные объемы» такие области, которые содержат большое количество галактик, то однородность и изотропия означают, что свойства и поведение Вселенной в каждую эпоху одинаковы во всех гигантских областях и по всем направлениям.

Парсек — применяемая в астрономии единица длины (пс), равная 30,8·10^12 километров. Тысяча парсеков называется килопарсеком (кпс), а миллион парсеков — мегапарсеком (Мпс). Один световой год равен 0,307 пс.

Плазма — четвертое (наряду с твердым, жидким и газообразным) состояние вещества, одно из самых распространенных в природе. Обнаружено при излучении Солнца и звезд. Газ или, точнее, газовая смесь, состоящая из ионов, атомов, потерявших часть своих электронов, свободных электронов и некоторого числа нейтральных атомов. В этом состоянии находится вещество звезд, верхние слои атмосфер планет, кометные хвосты; плазма есть и в межпланетном пространстве. Человек широко использует плазму. Созданы плазменные горелки для сварки, плазменные двигатели, плазменные магнито-гидродинамические генераторы для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Плазма — та среда, в которой будет осуществлена управляемая термоядерная реакция.

Постоянная Хаббла. — Чем дальше расположена та или иная галактика от Земли, тем быстрее она удаляется. Отношение скорости удаления к расстоянию называется постоянной Хаббла. Зная эту постоянную и скорость удаления какой-либо галактики, можно вычислить расстояние до нее. Величина, обратная постоянной Хаббла, есть время, прошедшее с начала расширения Метагалактики до настоящего момента (при условии, если скорости разлетающихся галактик все время оставались постоянными). Если исходить из приведенного выше значения постоянной Хаббла, то возраст Метагалактики составляет около 18 миллиардов лет.

Радиогалактики — галактики, обладающие мощным радиоизлучением. Так, двойная радиогалактика в созвездии Лебедь, которая находится от нас на расстоянии около 700 миллионов световых лет, имеет такую же мощность радиоизлучения, как и спокойное Солнце. Эта энергия выделяется в результате бурных физических процессов, протекающих в ядрах некоторых галактик компактных сгущениях материи, расположенных в центральных частях многих звездных островов.

Реликтовое излучение — в 1965 г. было зарегистрировано так называемое реликтовое электромагнитное излучение, возникшее через несколько сот тысяч лет после начала расширения Вселенной. Именно к этому времени расширяющееся вещество сделалось достаточно разреженным, чтобы порции электромагнитного излучения — фотоны могли свободно распространяться в пространстве. До этого момента они сильно поглощались веществом и не могли дожить до нашего времени. Электромагнитное излучение как бы оторвалось от вещества и постепенно заполнило все пространство. Свойства этого излучения могут рассказать о физических процессах, протекавших на ранних стадиях расширения Вселенной.

Сверхновые звезды — название это относится к звездам, которые вследствие каких-то внутренних физических причин неожиданно раздуваются, сбрасывая с себя верхние слои, иногда происходит разлет всего материала звезды. В результате выделяется гигантское количество энергии, яркость таких звезд увеличивается во много раз. Нередко на месте вспышки образуется газовая туманность, например на месте Сверхновой 1054 г. Туманность эта несколько напоминает краба, за что и получила название Крабовидной.

Флюктуация — в широком смысле беспорядочное отклонение случайных величин в обе стороны от их средних значений.

«Черные дыры» — состояние космических объектов, когда очень большая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме и под действием собственного тяготения начинает неудержимо сжиматься. Наступает так называемый гравитационный коллапс — катастрофическое падение вещества в точку, где плотность может достигать чуть ли не бесконечной величины. При этом наступает момент, когда ни одна частица, ни один луч света не могут преодолеть огромного притяжения и вырваться изнутри наружу. Пространство сколлапсированного объекта «захлопывается», и для внешнего наблюдателя он как бы перестает существовать.

Астрофизики предполагают, что «черные дыры» — заключительные этапы в жизни массивных звезд, масса которых превосходит массу Солнца в 3–5 раз. Не исключено, что во Вселенной могут существовать «черные дыры» и с массами меньшими, чем массы звезд. Они могли, например, образоваться на самой первой стадии эволюции мира из-за неоднородного распределения материи.

Экстраполяция — распространение выводов, полученных из наблюдения над одной частью явления, на Другую его часть, на другую часть совокупности, на другую территорию, на другое время.

Эффект Доплера — изменение воспринимаемой частоты колебаний в том случае, если источник волнового излучения приближается к наблюдателю или удаляется от него. В первом случае частота воспринимаемого излучения возрастает (длина волны уменьшается), во втором — частота понижается, длина волны увеличивается. При спектральных наблюдениях эффект Доплера проявляется в смещении спектральных линий — к фиолетовому концу спектра при приближении источника излучения и к красному — при его удалении. В частности, в спектрах удаляющихся галактик наблюдается красное смещение спектральных линий, величина которого пропорциональна скорости удаления данной галактики, а следовательно, и расстоянию до нее.

Макромир: Земля — планета

Природа и разум

Жизнь человека тесно связана с природой. И это вполне понятно; ведь человек — плоть от плоти природы. И в этом смысле его взаимоотношение с окружающей средой, по сути, продолжение и развитие на новом этапе взаимодействия живого мира Земли с условиями его обитания. Ведь переход из царства животных в социальную сферу оказался для человека возможен, помимо прочего, потому, что у него возникли качественно иные по своему характеру связи с природой.

И растения, и животные не только существуют в определенных условиях, но и могут активно на них воздействовать. Известно, например, что развитие растительности повлияло на состав земной атмосферы — очистило ее от избытка углекислоты и насытило кислородом. В науке на этот счет даже имеется специальный термин — «вторичная атмосфера». Растения сыграли огромную роль в формировании почв, особенностей микроклимата определенных местностей, их водного баланса. Или другой факт: коралловые колонии изменяют океанские пространства, порождая острова и рифы. Немало известно науке и о глубоких переменах, происшедших в связи с массовым распространением определенных видов насекомых, птиц, животных.

При всем этом, однако, такие изменения, какой бы масштаб они ни принимали, сводятся, по существу, лишь к изменению форм взаимодействия органической и неорганической материи при сохранении их обменного постоянно воспроизводящегося во времени типа. Эти процессы, происходящие внутри самой природы, носят стихийный, естественный характер. Именно подобный тип взаимодействия отражает ту особенность отношения растений и животных с окружающей их средой, при которой они ассимилируют условия внешнего мира, приспосабливаясь к ним путем изменения своих органов.

Совершенно иное происходит с человеком. Орудия труда, сознательно применяемые для достижения определенной цели, дают человеку возможность активно воздействовать на природу, качественно преобразуя ее себе на пользу.

В таких актах, как обтесывание камня, чтобы сделать топор, рубка дерева для костра, чтобы приготовить пищу, и т. п., заложены не только начало производства, социальных отношений, познания мира, но и начало создания «второй» природы — искусственных предметов, чисто человеческого мира и его гигантского прогресса. Однако в этих актах принципиально иных отношений между живым существом и комплексом окружающих его природных условий заложено также и начало возможного конфликта между прогрессом человеческого общества и развитием естественного комплекса планеты Земля.

Дело в том, как уже отмечалось в начале, что человек до сих пор зависит во многом от природных условий. А еще совсем недавно эта зависимость была более глубокой. Капризы погоды, например, влияют на продукцию сельского хозяйства, климат и другие природные условия — на общий тип быта, на особенности производства, стихийные бедствия (землетрясения) на характер строительства и т. п.

С одной стороны, такая зависимость вызывала усиленную практическую и исследовательскую деятельность, направленную на то, чтобы обезопасить себя, лучше устроить свой быт, с другой — незнание ее причинно-следственных связей порождало в массовом сознании мистические объяснения, веру в сверхъестественные силы, пассивное упование на их покровительство.

Преобразуя природу себе на пользу, человек далеко не всегда правильно осознавал, что же именно движет и управляет окружающим его миром; не понимал, не представлял себе не только свои отношения с окружающей средой, но и то, как эта среда взаимосвязана с другими областями мира, в частности с космосом, какие внутренние и внешние причинно-следственные связи влияют на явления природы, на климат, на циклы развития сообществ живых организмов и т. п. Будучи не в состоянии обнаружить истинные причины этих явлений, люди считали их результатом действия каких-то сверхъестественных сил, проявлением божьей воли.

Такие грозные явления природы, как наводнения, землетрясения, засухи, гигантские приливные волны, бури и пр., трактовались всеми религиями как наказание божье за грехи человечества, отступление от религиозных догм, неверие, или как грозные предзнаменования конца света. Рецепт от всех таких бедствий большинство верующих видит в одном — в укреплении веры, в самом строгом соблюдении всех религиозных предписаний.

Наука же идет здесь по кардинально иному пути — не пассивно смиряться, уповая на бога, а активно исследовать и находить реальные закономерности и причины, вызывающие катастрофические явления природы или ее оскудение. Человеческий разум упорно ищет и уже находит пути, как предсказывать стихийные катастрофы, даже как бороться с ними.

В этом разделе рассказывается о том, как ученые сегодня исследуют и определяют сложнейшие переплетения причинно-следственных взаимосвязей между Землей, процессами и явлениями, происходящими на ней, и космосом. Достижения науки в этой области дают возможность предвидения ряда явлений и управления ими. Они наглядно показывают познающую силу человеческого разума, лишают стихийные явления ореола таинственности, непознаваемости, убеждают, что нет в них ничего сверхъестественного. Все это само по себе имеет глубочайший атеистический смысл.

Активно воздействуя на природу, человек на протяжении длительного исторического периода не в состоянии был понять, осмыслить все гигантское и крайне сложное многообразие факторов, приводимых в действие его деятельностью, и поэтому не мог учесть и сотой доли тех последствий, зачастую отдаленных, которые из всего этого вытекали. Результат этого, как известно, — рождение пустынь на месте некогда плодородных нолей, обмеление рек и озер, обширная эрозия почв и другой ущерб, нанесенный цивилизацией природе.

Сегодня, в связи с гигантским развитием техники, с чрезвычайно быстрым ростом производства и народонаселения, стало особенно наглядно видно, как неразумен чисто потребительский подход к природе, взгляд на нее как на нечто, призванное лишь давать все необходимое для удовлетворения потребностей человека. Ведь если раньше урон, наносимый человеком окружающей среде, носил местный, локальный характер и зачастую не был заметен на протяжении жизни одного-двух и даже большего количества поколений, то теперь он сразу становится ощутим для миллионов людей, приносит им бедствия, вызывает у них опасения за будущее человечества.

В этих условиях четко выявился кардинально различный подход к экологическому кризису (как называют сегодня нарушения в природе, наносимые деятельностью человека) со стороны науки и со стороны религии. Что предлагают здесь ученые? Коротко их рекомендации сводятся к призыву разумно относиться к природе. Комплексный рациональный подход к ней и ее ресурсам, говорят они, обогатит и улучшит ее, даст возможность человечеству еще очень долго пользоваться всеми богатствами планеты. В противоположность ученым, церковь лишь констатирует наличие экологического кризиса и декларирует необходимость защищать природу. Будучи не в состоянии указать реальные пути выхода из этого кризиса, она в то же время пытается использовать его для укрепления сильно пошатнувшейся религиозной веры, для возрождения у людей чувства страха перед гневом божьим. Многие современные богословы утверждают, что проявления экологического кризиса — это предвестники библейского конца света, страшных кар за грехи людские.

Те из ревнителей религии, кто прямо усматривает в экологических нарушениях подтверждение библейской легенды о конце света и воздания за грехи людские, видят только один выход из этого кризиса — покориться воле бога, свято верить в него. И тогда, быть может, всевышний смилостивится… Однако такой подход к создавшемуся в области взаимоотношений человека с природой положению никак не может удовлетворить большинство современных людей. Он не отвечает их миропониманию. Вот почему некоторые богословы ищут сегодня новые трактовки экологической проблемы. И ищут весьма активно…

Так, Всемирный совет церквей созывал даже специальное совещание религиозных теоретиков по темам: «Технология, вера и будущее человека», «Глобальная среда», «Глобальная среда, ответственный выбор и социальная справедливость» и т. п. Вырабатывая свою тактику в связи с экологическим кризисом, теологи обсуждают такие существенные мирские проблемы, как рост населения планеты, роль биологических факторов, человеческая жизнь в обстановке индустриализации и урбанизации. «Христианский мир, — писал в журнале Московской патриархии профессор Ленинградской духовной академии Н. А. Заболотский (1972, № 4), — не может проходить равнодушно мимо проблемы, становящейся, в силу происходящих на Земле изменений, животрепещущей. Проблема эта — развитие человечества и соответствие этому среды обитания».

Высказывания Н. А. Заболотского весьма характерны для современной позиции православия по этому вопросу. За рассуждениями о том, что «человек, пылинка мироздания, представляется венцом творения», что «для православного верующего природа никогда не была безразличной или чуждой», весьма явно вырисовывается признание: «По-видимому, в православном сознании больше утвердилось служебное значение природы для нужд и потребностей человека». И затем дается ссылка на идею католического богослова и ученого Тейяра де Шардена о стремлении «всего создания достигнуть наибольшей сложности и совершенства, чтобы открылся путь для прорыва неосознанного — в разумное, материального — в духовное». А далее экологический кризис уже прямо связывается с греховностью человека, с якобы заложенным в нем изначально злом, требующим искупления перед высшей сверхъестественной силой.

Такая непоследовательность, нечеткость в оценке проблемы характерна и для многих католических и протестантских теологов. Некоторые из них доказывают, например, что бог в нынешних бедствиях людей отнюдь не виноват; что в экологическом кризисе, мол, повинно лишь извечное зло самого человека и спасти его может только вера.

Каких только концепций не выдвигают защитники религии, чтобы спасти, возродить веру в бога в современных условиях. Весьма показательна тут позиция по отношению к экологическим вопросам известного буржуазного философа-идеалиста Арнольда Тойнби.

В статье, посвященной этой жгучей проблеме, он утверждает, что хищническое отношение человека к природе — следствие не стихийного развития производительных сил в антагонистических обществах, а отход общества от идей древних религиозных культов, обожествлявших Землю со всеми ее богатствами. А. Тойнби признает, что монотеистические религии (христианство, иудаизм) сыграли в психологическом настрое людей по отношению к природе отрицательную роль. Но сама по себе религия, утверждает он, имела и имеет решающее значение и в истории общества, и во взаимоотношениях людей со средой. Поэтому «лекарство, нужное современному человечеству, — это отход от монотеистического мировоззрения к политеистическому, более древнему и некогда повсюду распространенному…». И далее: «Мировоззрение, которое вытекает из этих более мудрых и менее агрессивных религиозных и философских традиций, подает нам сегодня надежду на спасение человечества».

Итак, спасение есть, но заключается оно, по сути, опять же в религиозной вере. А как же быть с научным исследованием проблемы и рекомендациями ученых?

Выдвигая свою концепцию, А. Тойнби удивительным образом не замечает, что она ведет к отказу от активного и разумного использования природы для прогресса человечества, к отказу от специфического человеческого способа взаимоотношения с природой, от всех благ цивилизации, но отнюдь не к исправлению ошибок в этих взаимоотношениях.

Истинный путь к решению проблемы есть. И заключается он отнюдь не в возврате к религиозной вере, хотя бы и древней, а в прогрессивных социальных преобразованиях, в строгом научном исследовании, в отыскании и приведении в действие активных способов упорядочения процесса взаимодействия индустриального общества и природы в глобальном масштабе.

Ответ на вопросы, беспокоящие человечество, невозможен также без строго научного мировоззренческого подхода к системе человек — природа. А как известно, такой подход дает лишь марксистско-ленинское учение, раскрывающее материальные закономерности развития природы и общества. Вот почему самый широкий простор для наиболее реального решения задачи урегулирования отношения человека с окружающей средой открывает перед людьми социалистический способ производства, общество развитого социализма, в котором господствует научное, материалистическое мировоззрение.

Ученые рассказывают

Б. М. Валяев, кандидат геолого-минералогических наук

Ритмы Земли и космоса

Ритмы и циклы природных процессов

В июле 1967 г. английские астрономы приняли с помощью радиотелескопа упорядоченные сигналы, которые исходили со стороны одного из небольших, невидимых в обычные телескопы, звездных источников. Сразу же возникло предположение, что эти сигналы посланы разумными существами с какой-то далекой неведомой планеты.

Такое открытие могло стать поворотным в истории человеческой цивилизации. Рискуя приоритетом, четыре месяца английские ученые не объявляли о своем открытии. Они накапливали данные и еще и еще раз анализировали результаты — не помехи ли это? Нет, упорядоченные сигналы были реальными.

Но на протяжении недель и месяцев всплески на записях были монотонными и повторялись со строгой периодичностью, которая по правильности хода могла соперничать с точными часами. С версией о том, что эти сигналы посылались разумными существами с невидимой планеты, пришлось распрощаться, стало ясно, что открыт неизвестный ранее тип звездных объектов. Они получили название пульсаров. В самом этом названии подчеркнута главная особенность деятельности новых космических объектов — ее резко, но правильно колеблющийся, пульсирующий характер, ее периодичность или цикличность.

По частоте всплесков (от нескольких сотых долей секунды до нескольких секунд, чаще 0,5–1 сек.) и регулярности их повторения пульсары, пожалуй, рекордсмены среди космических объектов. Но в целом повторяемость в ходе, в развитии природных процессов самого разного масштаба — это не какое-то редкое, а скорее, наоборот, обычное явление.

Вспомним приливы и отливы в морях и океанах, смену дня и ночи или времен года на Земле, солнечные и лунные затмения. Геологи могли бы подсказать, что и в изменении лика Земли заметна повторяемость: оледенения и отступления ледников, колебания уровня Мирового океана, формирование, высочайших горных систем, а затем выравнивание, великие вымирания и расцвет новых групп фауны и флоры — все это происходило на протяжении геологической истории Земли неоднократно. Но эти процессы не были строго циклическими. Так, оледенения разделены друг от друга разными отрезками времени, да и по силе (по площади распространения) они резко отличались. Поэтому в большинстве случаев правильнее говорить не о цикличности, а о ритмичности, о повторяемости природных явлений лишь в общих чертах.

Ритмичностью природных процессов в последнее время заинтересовались специалисты самого разнообразного профиля. А произошло это потому, что одинаковая ритмичность оказалась свойственной для, казалось бы, совершенно несопоставимых, не взаимосвязанных процессов. Действительно, что может связывать колебания урожаев пшеницы или уловов сельди в Атлантике с изменением числа пятен на Солнце? Или как может зависеть добыча пушнины на севере от числа полярных сияний? Можно напомнить также, что колебания солнечной активности, наиболее отчетливое из которых имеет И-летнюю периодичность, сказываются на интенсивности роста деревьев, развитии эпидемий холеры, чумы, гриппа, смертности от инфаркта миокарда, нашествиях грызунов, саранчи и др. И тем не менее оказывается, что причинно-следственная цепь, связывающая активность Солнца с жизнедеятельностью растений и животных на Земле, существует. Ныне она уже прослежена геофизиками и биологами.

Ну а как объяснить, что в таких различных явлениях, как частота появления комет, падения метеоритов, вспышек новых и сверхновых звезд, проявляется та же 11- и 22-летняя периодичность, что и для солнечной активности. На основании этого некоторые исследователи, например ленинградские ученые Е. В. Максимов, А. В. Шнитников, приходят к выводу о существовании «таинственных» ритмических импульсов, которые приходят из глубины космоса, вызывая ритмические колебания в Солнечной системе и даже во всей Вселенной.

Такая постановка вопроса правомерна. Но следом за ней начинаются сомнения и даже разочарование. А с чем связана таинственная ритмичность процессов в космосе и насколько она сложна? К сожалению, число таких космических пульсов (равно как и их периодичность) установить пока не удалось. Очевидно, оно должно быть очень большим, поскольку уже сейчас можно назвать десятки и сотни природных процессов, происходящих с самыми различными (от долей секунды у пульсаров до сотен миллионов лет для главных эпох горообразования на Земле) периодами.

Можно ли найти доступное для понимания объяснение ритмичности природных процессов? И тем более можно ли научно объяснить проявление одинаковой ритмичности в, казалось бы, несопоставимых процессах, явлениях? Оказывается, во многих случаях можно.

Пятна на Солнце и эпидемии на Земле

Семнадцать лет непрерывных наблюдений диска Солнца немецким любителем-астрономом Г. Швабе с целью открытия еще одной наиболее близкой к нашему светилу планеты в момент ее прохождения на фоне диска Солнца не увенчались успехом. Зато в 1843 г. он сообщил, что изменение числа и конфигурации пятен на Солнце происходит с 10-летней периодичностью. Вскоре швейцарский астроном Р. Вольф нашел более точное значение этого периода 11 1⁄9 года и предложил оценивать солнечную активность по особому индексу, получившему его имя. Индекс Вольфа характеризует «запятнанность» Солнца и равен сумме числа солнечных пятен и удесятеренного количества их групп на видимой его стороне.

Уже на протяжении более ста лет индекс Вольфа остается самым простым и удобным критерием для оценки активности солнечной деятельности, так как образование пятен на Солнце находится в тесной взаимосвязи с возникновением других центров активности в солнечной атмосфере — факелами, вспышками, протуберанцами и др. Проведенные за этот период исследования подтвердили и вывод Р. Вольфа, что главным в деятельности Солнца является 11-летний цикл, хотя продолжительность этого цикла и колеблется в пределах от 7 до 16 лет,

Но, пожалуй, еще более интересным оказалось то, что и для многих процессов на Земле характерна та же самая одиннадцатилетняя периодичность. Так, сто лет назад была установлена прямая зависимость между числом магнитных бурь и полярных сияний в атмосфере Земли и изменением числа пятен на Солнце. В то время представлялось совершенно непонятным, как может Солнце с расстояния в 150 миллионов километров «трясти» магнитное поле Земли и зажигать полярные сияния.

Сейчас, когда исследование околоземного пространства производится не только наземными средствами, но и с помощью искусственных спутников Земли, многое стало ясным. Оказалось, что от Солнца к Земле постоянно идет поток заряженных частиц — корпускул — так называемый солнечный ветер. Он «сдувает» силовые линии магнитного поля Земли, образуя протяженный хвост-шлейф в магнитосфере Земли (рис. 1). В шлейфе постепенно улавливаются заряженные частицы и таким образом скапливается значительное количество энергии, которая может освободиться даже от небольшого толчка. Именно таким толчком может оказаться усиление солнечного ветра — например, в связи с выбросом облака плазмы при солнечной вспышке, — а это приводит как бы к закорачиванию силовых линий. Плазма из шлейфа устремляется к Земле. Заряженные частицы движутся вдоль силовых линий, оканчивающихся в зонах полюсов, и вызывают там возмущения — полярные сияния. Вот причина взаимосвязи солнечных вспышек с возмущениями магнитосферы Земли, с северными сияниями, вот причина одинаковой периодичности этих процессов.

Рис. 1. Магнитосфера Земли, деформированная «солнечным ветром».

Еще в конце прошлого века появились работы, в которых была подмечена связь периодичности в солнцедеятельности с цикличностью атмосферных (погодных) явлений. Это касалось температуры и давления воздуха у поверхности Земли, количества осадков и уровней рек и озер, неравномерности возникновения циклонов, ураганов, смерчей, бурь в экваториальной зоне.

Позднейшие исследования подтвердили и детализировали сделанные выводы, выявив, в частности, что микроклиматическим колебаниям свойствен не столько 11-летний, сколько 6- и 22-летний циклы. Так, в большинстве районов мира особенно жестокие засухи повторяются с интервалом около 22 лет, причем, как правило, вблизи минимума солнечной активности, следующего после максимума в четных солнечных циклах[18]. Кстати, аномальное лето 1972 г., когда в центральных районах европейской части СССР горели леса и торфяники, приходится также на минимум солнечной активности после эпохи максимума (1969 г.) четного двадцатого 11-летнего цикла солнечной активности. 22-летний цикл проявляется и в планетарных колебаниях климата: в максимумах четных циклов атмосферное давление в умеренных широтах повышено, а в приполярной области понижено, а в максимумах нечетных циклов — наоборот.

До последнего времени механизм взаимосвязи пертурбаций погоды и климата с колебаниями солнечной активности оставался неясным. Как известно, Солнце относится не к переменным, а к «спокойным» звездам, характеризующимся высокой стабильностью суммарной излучаемой энергии солнечной постоянной, которая колеблется в пределах 1–2 процентов (почти в пределах точности определения самой постоянной).

Однако солнечные возмущения сопровождаются качественными изменениями спектра излучаемой энергии: резко возрастает доля энергии рентгеновских, ультрафиолетовых и радиоволн, а также электрически заряженных и более «жестких» частиц — корпускул. Высокоэнергичные частицы способны преодолеть и магнитное поле Земли, и верхние слои атмосферы, передавая свою энергию непосредственно в метеорологически активные слои. Правда, количество привносимой при этом энергии не может заметно влиять на температуру и, следовательно, сказываться в циркуляции нижних слоев атмосферы (тропосферы). Но в связи с неравномерным распределением собственной энергии тропосферы и наличием в ней зон неустойчивого динамического равновесия дополнительная энергия может сыграть роль «спускового крючка», провоцирующего лавинообразный процесс нарушения равновесия и перераспределения энергии (а следовательно, и разнообразные метеорологические феномены) в нижней атмосфере.

Рис. 2. Холера в России за 100 лет — с 1823 по 1923 г. (верхняя кривая).

Солнцедеятельность за это же время (нижняя кривая).

Проявление 11-летней ритмичности в биологических процессах также тесно коррелируется с ходом солнечной активности. Основатель нового раздела науки — гелиобиологии — советский ученый А. Л. Чижевский еще в довоенных публикациях отмечал около трех десятков феноменов в органическом мире Земли, изменчивость которых во времени тесно связана с изменениями солнечной активности. В их число попали величины урожаев различных сельскохозяйственных культур, рост древесины, время цветения растений, эпифитии (эпидемические болезни растений), эпизоотии (эпидемические болезни животных), размножаемость и миграции насекомых (саранчи и др.), рыб, животных (грызунов, пушных), разнообразные болезни (гипертония, атеросклероз, инфаркт миокарда, неврозы и т, д.), эпидемии и смертность среди людей и др. В качестве иллюстрации можно привести зависимость между вспышками холеры и солнечной активностью в прошлом столетии (рис 2). Напомним, что и последние вспышки холеры в Одессе и Астрахани (1969 г.) тоже падают на максимум солнечной активности. Воздействие колебаний солнечной активности на биосферу также происходит не прямо, а косвенно через ряд промежуточных звеньев. Один из механизмов проявляется через колебания магнитного поля Земли, провоцируемые пертурбациями на Солнце. К колебаниям магнитного поля чувствительны растения, животные, человек. Эксперименты показали, что электромагнитные волны сверхнизких частот могут непосредственно влиять на мозг человека, поскольку диапазон колебаний излучений Солнца близко совпадает с диапазоном волн электромагнитных излучений мозга человека. Колебания солнечной активности, вызывая изменение погоды, климата — в частности, за счет вариаций увлажненности, — влекут за собой ритмические колебания условий существования в растительном и животном мире.

Не проходят бесследно и колебания в уровне радиации. Численность популяций (количество) животных в пределах отдельных видов тесно связана с изменениями окружающей среды. Неудивительно поэтому, что фиксируется уже упомянутая связь числа убитых пушных зверьков (песцов, лис, зайцев) с количеством полярных сияний. Неудивительно, поскольку вскрыты механизмы влияния и на численность популяций, и на интенсивность полярных сияний солнечной активности, проявляющейся в запятнанности Солнца.

Еще более резко, чем 11-летняя, в биосфере проявляется сезонная и суточная, а также близсуточная (циркадная) ритмичность, механизмы которых, очевидно, связаны с вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Живые организмы адаптировались к ритмической смене параметров среды обитания. В процессе эволюции возникли физиологические приспособления, способствующие согласованию функций организма с условиями внешней среды. Смена сезонов определяет рост, развитие и гибель растений. Суточное вращение Земли сопровождается ритмичными колебаниями температуры, освещенности, влажности, давления, электромагнитного поля, уровня радиации и т. д. Суточный ритм определяет условия обмена веществ в растениях, двигательную активность (фазы бодрствования и покоя) животных.

Ритмический характер физиологических процессов живых организмов сформировался благодаря их способности чувствовать время. Опыты показывают, что и в условиях постоянной освещенности или постоянной темноты суточный ритм жизнедеятельности животных и растений сохраняется, хотя и отклоняется незначительно от строгой 24-часовой периодичности. Следовательно, околосуточный и другие ритмы внутренне присущи, свойственны объектам живого мира, то есть являются эндогенными. Известны эндогенные ритмы с частотой от двух тысяч биений в секунду до одного цикла в год и с более длительным периодом. Среди них можно упомянуть нервные импульсы, дыхание, ритмы сердцебиения, пульса, кровяного давления, суточные ритмы физиологической, двигательной, умственной активности, колебания в глубине сна и т. п.

Безусловно, в выработке биохимических ритмов решающую роль сыграл и естественный отбор, поскольку выжить и развиваться могли только те виды растений и животных, внутренние, эндогенные ритмы биологической активности которых были близки к ритмам изменения условий окружающей среды. Параметры же последней в значительной мере обусловлены периодами вращения Земли, а также неравномерностью работы Солнца.

С чем же связана сама 11-летняя цикличность работы нашей слабопеременной звезды — Солнца? Ясно, что какой-то внешний фактор должен вызывать возмущения, повторяющиеся каждые 11 лет. Единственной очевидной причиной может быть лишь возмущающее влияние на Солнце его сателлитов планет. При обращении планет их притяжение должно волновать поверхность Солнца примерно так же, как притяжение Луны вызывает приливы и отливы в океанах и даже в твердой оболочке Земли. Именно такую идею развивал в начале нашего века английский ученый Э. Браун, хотя впервые сама мысль об управлении планетами работой Солнца была высказана Р. Вольфом.

В том, что притяжение планет может вызывать приливные эффекты на Солнце, нет сомнения, но расчеты показали, что эти силы слишком малы, чтобы вызвать появление на Солнце таких огромных центров активности, как группы солнечных пятен размерами в сотни тысяч километров. Однако за последние годы получены новые данные, подтверждающие «виновность» планет в периодических колебаниях солнечной активности.

В 1965 г. американский астроном П. Джозе отметил, что центр тяжести Солнечной системы не совпадает с центром Солнца. По его расчетам получилось, что Солнце должно обращаться вокруг центра Солнечной системы с периодом 178,77 года. Ранее тот же самый 178-летний период был найден для цикличности солнечной активности при обработке всех имеющихся данных о солнечной активности (индексов Вольфа). А вскоре, в том же 1965 г., английские ученые Р. Вуд и К. Вуд, сопоставив уравнения, описывающие движения планет вокруг нашего светила, с уравнениями, отражающими их гравитационное воздействие на поверхность Солнца, обнаружили все тот же отчетливый 11-летний цикл. Его точное значение — 11,08 года. При этом они учли влияние не только внешних больших (Юпитер, Сатурн и др.) планет, как это сделал П. Джозе, но и внутренних (Меркурий, Венера, Земля и Марс).

Они показали, что в результате вращения планет центр тяжести Солнечной системы непрерывно смещается, а Солнце неустанно стремится к нему. В результате несогласованных «действий» планет Солнце испытывает рывки-джерки («jerk»), которые должны приводить к возникновению вспышек на Солнце и образованию пятен. Этот анализ дал возможность прогнозировать ближайшие вспышки на Солнце, причем точность прогноза оказалась поразительной. С помощью электронно-вычислительной машины американский исследователь Д. Кинг-Хили произвел более точные вычисления возмущающих влияний планет на Солнце и дал прогноз солнечной активности (предсказал значение индексов Вольфа) почти на два десятилетия вперед. Если этот прогноз осуществится — а пока он сбывается, — скептикам придется согласиться, что положение планет играет большую роль в ходе природных процессов на Земле.

Каким же образом карлики планеты способны управлять гигантом Солнцем? Безусловно, образование центров активности на поверхности Солнца не обусловлено возмущающими воздействиями планет. Но в условиях неоднородности работы солнечной «машины», резкой неравномерности выноса энергии с различных участков поверхности Солнца там складывается обстановка неустойчивого динамического равновесия. При таком положении и незначительные возмущения от планет могут становиться дополнительным фактором, вызывающим изменения и создание нового, несколько отличного от прежнего динамического равновесия.

Приливы и климатические катаклизмы

Вспомним о приливах. Даже человек, никогда не бывавший на берегах океана, все равно много слышал и читал о приливах. Приливы проявляются не только в водах морей и океанов, приливы захватывают и верхнюю твердую оболочку Земли — литосферу, а также ее воздушную оболочку. На широте Москвы Земля под нашими ногами каждый день поднимается почти на 40 сантиметров, а мы этого даже не замечаем. Другое дело на побережье морей и океанов. Здесь зачастую условия судоходства контролируются ходом приливов и отливов.

Уже в глубокой древности было замечено, что время наступления приливов связано с положением Луны на небосводе, а их сила — с ее фазами. Теперь мы знаем, что приливы на Земле вызываются силой притяжения Луны и Солнца, то есть существуют лунный к солнечный приливы. Луне нужен почти месяц, чтобы совершить один оборот вокруг Земли. И дважды за это время Луна, Земля и Солнце оказываются почти на одной прямой (то есть плоскости орбиты Луны и Земли расположены под небольшим углом друг к другу). Тогда приливные волны от Солнца и Луны складываются и приливы в морях и океанах бывают максимальными. Такие приливы называют сизигийными. А дважды в месяц, когда Солнце и Луна расположены по отношению к Земле почти под прямым углом, приливы в океанах минимальны, так как солнечный прилив вычитается из лунного, как бы частично его гасит.

Но и сами слагаемые, то есть приливные волны, вызываемые Солнцем и Луной, постоянно изменяются, поскольку Луна и Земля вращаются не по круговым, а по эллиптическим орбитам. Когда Луна находится к Земле ближе всего, в точке перигея, лунный прилив усиливается на 40 процентов. Наклон плоскости лунной орбиты по отношению к плоскости орбиты Земли изменяется, и каждые 18,6 года эти плоскости совпадают, а прилив усиливается. При таком положении солнечные и лунные затмения случаются гораздо чаще. Еще в Древнем Египте тайна цикличности солнечных затмений была разгадана, период вращения в 18,6 года был назван «Сарос». Это позволило египетским жрецам составить календарь затмений на много лет вперед и предсказывать их наступление с большой точностью.

Наконец, через каждые 1800–1900 лет Луна, Земля и Солнце входят в полосу «сверхсароса». В это время не только совпадают орбиты Луны и Земли, но Луна находится на своей орбите ближе всего к Земле, а Земля — ближе всего к Солнцу. И тогда наступает эпоха наиболее сильных приливов.

Таким образом, приливы дают прекрасный пример многослойной ритмичности с полусуточным, двухнедельным, 18,6-летним и 1850-летним периодами. Но что любопытно, с такими же периодами на Земле имеется и множество других ритмически повторяющихся природных процессов.

Рис. 3. Схема ритмов увлажненности материков Северного полушария (по Г. К. Тушинскому).

Выше уже упоминалось о «Саросе» — периоде в 18,6 года для ритмично повторяющейся череды солнечно-лунных затмений. Исследования советских географов, и в первую очередь А. В. Шнитникова, позволили выявить резкие колебания в увлажненности, динамике многих компонентов ландшафтной оболочки, происходящие с периодом в 1850 лет. Именно с таким периодом 8 раз за последние 15 тысяч лет наступали и отступали горные ледники. Как выявилось, наступление ледников контролируется не столько отрицательными температурами (усилием морозов), сколько повышением увлажненности. Колебания увлажненности с периодом около 2000 лет (1850 лет) проявились не только в горах, но и имели глобальный характер. Профессор Г. К. Тушинский приводит целый ряд любопытных и неожиданных сведений о колебаниях климата в Африке, Европе и Азии на основании изучения летописей, наскальных рисунков и других остатков былых цивилизаций (рис. 3). Цветущие оазисы на протяжении истории человека неоднократно превращались в пустыни (Сахара, Средняя Азия), а другие оазисы жизни погребались наступающим ледником (Гренландия).

А. В. Шнитников нарисовал стройную картину причинных взаимосвязей, обусловивших ритмическую миграцию границ ландшафтно-географических зон с периодом в 1850 лет. Она включает колебание приливообразующих сил, внутренних волн океанов, температурного режима океана, ледовитости Арктики, атмосферной циркуляции, температурного режима и увлажненности материков (стока рек, уровня озер, увлажненности торфяников, подземных вод, горных ледников, вечной мерзлоты).

Одним из самых больших стихийных бедствий являются землетрясения. Мы не только не в силах пока их предотвращать, но не умеем даже достаточно уверенно предсказывать их наступление. Любопытно, что и в этом случае фазы Луны помогают делать удачные прогнозы. Как показали исследования бакинского ученого Г. П. Тамзаряна, гораздо более часто землетрясения происходят в дни новолуния или полнолуния, то есть когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой и приливные воздействия в твердой оболочке Земли от Луны и Солнца складываются[19]. Статистически достоверно устанавливаются периодические изменения в сейсмичности на Земле, обусловленные приливными колебаниями с суточным, годовым и 18,6-летним периодами. Конечно, и в этом случае землетрясения происходят не от колебаний напряжений внутри земной коры, вызванных приливными воздействиями. Но слабые дополнительные приливные усилия могут, видимо, приводить к разрядке интенсивных эндогенных полей напряжения, охватывающих литосферу. Таким образом, приливные воздействия можно сравнить с искрами или детонаторами, которые, не обладая собственной большой силой, могут воспламенять заряды и вызывать огромные разрушительные взрывы.

В последнее время выяснилось, что суточная, сезонная и многолетняя ритмичность, обусловленная приливными эффектами, ощущается и в более слабых проявлениях активности недр, например в виде горных ударов и выбросов газа в рудниках и шахтах. Есть и другие случаи нарушения тонкого динамического равновесия напряженного состояния горных пород в активных сейсмических зонах ничтожными проявлениями дополнительных внешних возмущающих сил. Примером могут служить землетрясения, спровоцированные инженерной деятельностью человека (строительством и заполнением горных водохранилищ), а также колебаниями солнечной активности (числа пятен на Солнце), механизмы которых пока остаются не разгаданными до конца.

Приливы изменяют ритмичность

В повторности, периодичности природных процессов, явлений так и видится некая неизменность, закостенелость. Но ведь диалектика утверждает, что все изменяется. И диалектика права — изменяется даже ход процессов, имеющих на первый взгляд строго периодический, циклический характер.

Рассмотрим для примера такие, казалось бы, фундаментальные, неизменные величины, как продолжительность суток или года. Земля совершает один оборот вокруг своей оси, и на нее приходят новые сутки, еще оборот — опять сутки. И так без изменений до бесконечности? Нет. Исследователи, интересующиеся точным временем, знают, что даже на протяжении года Земля вращается неравномерно — в августе сутки самые короткие, в марте — самые длинные. Кроме того, продолжительность суток возрастает от года к году, так как скорость вращения Земли вокруг оси прогрессивно замедляется. Замедляется вследствие опять же приливных эффектов в системе Луна — Земля — Солнце.

Рис. 4. Приливные силы замедляют суточное вращение Земли и ускоряют орбитальное вращение Луны, вследствие чего орбита Луны приобретает вид раскручивающейся спирали. Суточное вращение Земли — С, приливное взаимодействие Земли и Луны — П, орбитальное вращение Луны — О.

Земля вращается вокруг своей оси гораздо быстрее, чем Луна вокруг Земли. Поэтому Земля стремится сдвинуть приливной «горбик» на Луне вперед по ходу вращения Луны, тем самым несколько ускоряя ее движение. Напротив, Луна как бы пытается задержать продвижение приливного «горбика» на Земле, тем самым слегка затормаживая вращение Земли (рис. 4). Вот почему со временем вращение Земли вокруг оси все замедляется и замедляется, а Луна, подталкиваемая Землей, движется по слегка раскручивающейся спирали, все более удаляясь от Земли. Чем же это все может кончиться и что было раньше?

Впервые такой вопрос поставил и дал на него довольно обоснованный ответ Д. Дарвин, сын знаменитого натуралиста Ч. Дарвина. Он рассчитал, что «раскручивание» Луны Землей будет продолжаться до тех пор, пока период оборота Земли вокруг оси не сравняется с периодом вращения Луны вокруг Земли. Произойдет это через много миллионов лет, когда сутки на Земле будут длиться 1320 часов (по уточненным подсчетам американского ученого Дж. П. Койнера — 1200 часов) — столько же, сколько и лунный месяц, а Луна станет видна только одному полушарию Земли.

Воздействие солнечного прилива на Землю имеет двойной эффект. С одной стороны, вращение Земли вокруг оси слегка подтормаживается, а с другой вращение Земли по орбите вокруг Солнца постепенно ускоряется, и Земля переходит на все более высокую орбиту. Получается, что продолжительность земного года, как и лунного месяца, должна неуклонно возрастать со временем. Однако этого не происходит. Изучение кораллов, живших в девонском периоде (370 миллионов лет назад), показало, что тогда год на Земле длился 400 суток. А через несколько десятков миллионов лет, в начале каменноугольного периода, продолжительность года уменьшилась до 390 суток. Но, несмотря на то что количество суток в году постепенно уменьшалось, абсолютная продолжительность года на Земле возрастала, с избытком компенсируясь увеличением длительности суток.

Таким образом, на этих примерах можно еще раз видеть, как слабые воздействия (приливные эффекты) приводят к значительным изменениям изменениям самой ритмичности ряда природных процессов, которые в свою очередь могут вызвать изменения в ритмичности других природных явлений (например, различных климатических факторов).

Год длиною в 200 миллионов лет

Если малозаметные приливные воздействия планет способны в значительной степени регулировать солнечную активность, а приливные воздействия в системе Луна — Земля — Солнце резко сказываются на климате, продолжительности суток и года на Земле, тем более серьезные изменения для Солнечной системы должны проистекать из-за перемещения Солнца в пределах Галактики.

Астрономы установили, что Солнце находится недалеко от плоскости симметрии нашей спиралевидной Галактики и, двигаясь со скоростью 240 км/сек., совершает один оборот вокруг центра Галактики примерно за 200 миллионов лет. Этот период называется галактическим годом. Взаимодействие Солнца с окружающими его звездами не остается неизменным во времени: во-первых, на разном удалении от центра Галактики звезды вращаются вокруг него с разной угловой (и линейной) скоростью. Во-вторых, многие из них имеют собственные движения. Так, у Солнца скорость собственного движения составляет 20 км/сек. И наконец, орбита движения Солнца — в Галактике имеет эллиптический характер, а ее плоскость наклонна к плоскости симметрии Галактики.

Таким образом, при своем движении Солнце дважды в ходе галактического года попадает в области с большей концентрацией звезд (вблизи плоскости симметрии) и, кроме того, находится то ближе к центру Галактики (в перигее), то удаляется от него. Все это должно сильно отражаться на активности Солнца, создавая ритмичность крупного масштаба, мегаритмичность, которую ни отдельный человек, ни все человечество не могут заметить непосредственно. Время существования человеческой цивилизации — это лишь миг по отношению к галактическому году протяженностью в 200 миллионов лет. Мы, наши предки и наши потомки живем, жили и будут жить в галактическом декабре.

А насколько отличаются между собой сезоны галактического года и сказываются лк они серьезно на изменениях лика Земли?

Геологи уже давно установили, что наиболее серьезные изменения на Земле происходили с периодом 180–220 миллионов лет. Именно с таким периодом на Земле сменяли друг друга крупнейшие эпохи горообразования каледонская, герцинская, альпийская, происходило вымирание больших групп фауны и флоры в конце палеозоя и мезозоя, крупнейшие трансгрессии и регрессии (наступление и отступление) океана, резкие климатические изменения (сказывающиеся на характере накопления осадков), изменение интенсивности магматической деятельности и т. п. Многие геологи связывают эту ритмичность с ходом галактического года. И в этом случае ритмичность геологических событий оказывается логично увязанной с очень постепенно происходящей, но тем не менее впечатляющей сменой галактических сезонов.

Прогнозы каверзных стихий

С тех пор как стало ясно, что солнечные и лунные затмения связаны с взаимным положением Солнца, Земли и Луны, их оказалось нетрудно предсказать на десятки и сотни лет вперед. Как показано в предыдущих разделах, многочисленные геофизические параметры и процессы также находятся в тесной зависимости от колебаний приливных воздействий, от взаимной конфигурации планет. Почему же в таком случае не попробовать на основе расположения планет прогнозировать колебания погоды и климата, стихийные метеорологические бедствия (ураганы, засухи, наводнения), «козни Плутона» (фазы активизации вулканов, крупные землетрясения)? Оказывается, такие прогнозы делались уже неоднократно и часто оправдывались.

Вот несколько примеров. Английские астрономы более чем за год предсказали мощную протонную вспышку на Солнце 12 ноября 1966 г. Они же предсказали магнитные бури,

полярные сияния и перебои в радиосвязи 3 и 23 июля, 5 и 26 августа и 15 сентября 1967 г. Французский вулканолог Ф. А. Перрет дал удачный прогноз резкого усиления извержения Этны 27 июля 1923 г. Азербайджанский геолог Г. П. Тамразян в 1955 г. опубликовал прогноз активности грязевых вулканов на 1957–1960 гг. Девять крупных извержений за этот период случилось в «запланированные» сроки.

На основании ритмичности в изменении солнечной активности даны и долгосрочные прогнозы глобальных изменений климата Земли в ближайшем будущем. Так, американский метеоролог К. Уиллет предсказал, что в ближайшие 25 лет на Земле произойдет значительное похолодание. В средних широтах будет меньше продолжительных засух, а в северных широтах будут преобладать периоды с недостаточным количеством осадков, в частности в Канаде и Северной Америке. Десятилетний засушливый период ожидает Африку и Азию. По мнению К. Уиллета, повышение температуры на Земле следует ожидать с 2000 по 2030 г. Затем температура вновь заметно снизится, а с 2100 по 2140 г. наступит «мини-ледниковый период».

Данные по периодичности солнечной активности были использованы А. Л. Чижевским для прогноза вспышек эпидемий и эпизоотии. Зависимость хода многих болезней, осложнения их течения, учащения смертельных исходов в связи с пертурбациями магнитного поля ставит в повестку дня организацию служб прогноза и оповещения больных о резких неблагоприятных изменениях геофизических и метеорологических параметров в связи с колебаниями солнечной активности. Подобная служба уже действует в Польше.: Биологи и врачи установили ритмические колебания самочувствия человека с разными периодами. Еще в конце прошлого века была выдвинута теория биоритмов, согласно которой в жизни каждого человека проявляются три цикла: изменение физического состояния с периодом в 23 дня, эмоционального — 28 дней и интеллектуального (колебаний творческой активности) — 33 дня. Критические дни, проявляющиеся в снижении физической и творческой трудоспособности, развитии эмоциональных депрессий проявляются в каждом цикле. Но особенно неблагоприятны те сутки, в которых периодически совладают двойные и особенно тройные критические дни. Необходимость считаться с последствиями подобных биоритмов несомненна для контроля надежности работы специалистов тех профессий, срывы в которых могут повлечь за собой катастрофы с человеческими жертвами (водители, летчики, операторы сложных установок).

Человек может не только познать ритмику интересующих его процессов природы, но и в нужных случаях активно изменять их ход. Врачи уже сейчас дают рекомендации спортсменам для перестройки их месячных и суточных биоритмов, чтобы максимальный, рекордный результат был достигнут именно в день и час ответственных соревнований. Активно вмешиваться и влиять на биоритмы необходимо не только в случаях болезни (например, при расстройствах сна), но и при подготовке к работе в специфических условиях, при использовании новых методов обучения и т. д.

Несмотря на значительные успехи в изучении ритмичности природных процессов, следует отметить, что во многих случаях еще не удается дать уверенный, точный прогноз динамики (ритмики) тех же процессов в будущем. И связано это, как уже отмечалось, с тем, что для большинства природных процессов свойственна многослойная ритмика, с разной амплитудой и с изменяющимся периодом. С помощью гармонического анализа подобные ритмические изменения можно разложить на несколько правильных гармонических колебаний со свойственными им амплитудами и периодом. Таким путем можно вскрыть иерархию периодических процессов, в колебаниях которых в чистом виде отражаются конкретные воздействия отдельных факторов окружающей среды, оказывающих регулирующее воздействие на изучаемый процесс. Однако суммарный эффект от наложения всех воздействий во взаимодействующих системах с учетом обратных связей оказывается настолько сложным, что порой не поддается точному прогнозу. Вот почему и предсказания, основанные на изучении ритмичности, часто носят статистический характер: например, указывается, что опасность землетрясения или урагана в определенные дни месяца, сезона года значительно возрастает. Но когда речь идет о предостережении людей от таких катастрофических явлений, интерес представляет только абсолютный прогноз.

Ритм пронизывает не только явления естественной природы. Он характерен для динамики и некоторых других явлений. О значении ритма в музыке, поэзии говорить излишне. Пока до конца еще неясно, почему одни мелодии, одни сочетания звуков вызывают в человеке радость, другие боль и гнев, а третьи — расслабляют и угнетают. Время от времени в специальной литературе появляются заметки о чувствительности к музыке, ритму не только человека, но и растений. Ритм проявляется и в пространстве, когда оказывается как бы увековеченным и застывшим в виде конкретных форм. Его нетрудно обнаружить в повторах, чередованиях определенных комплексов, слагающих разрезы горных пород, их обнажения или в закономерном сочетании характерных деформаций складок, разрывов. Ритм легко обнаруживается в творениях архитекторов, начиная с планировки городов и кончая деталями (например, колоннады) шедевров мирового зодчества.

Что же такое ритм? Какие существенные черты, свойства реальных явлений и процессов находят в нем отражение?

Ритм связан с закономерностями движения и развития материальных систем и отражает относительную повторяемость в их движении (как отражение динамики их взаимодействия). В нем отражается взаимодействие различных материальных объектов, которое в философии рассматривается в качестве основного закона — закона единства и борьбы противоположностей. Взаимосвязь и взаимодействие природных процессов может выражаться в ритмичном изменении либо только количественных параметров, либо и качественного состояния рассматриваемых систем. Таким образом, ритм является важнейшей особенностью, категорией развития как чисто эволюционных количественных этапов, так и резких, взрывных, революционных потрясений в существовании разнообразных проявлений неорганического и живого мира. И поэтому именно изучение ритмичности может вскрыть трудноуловимые, интимные, но, однако, самые важные взаимосвязи, казалось бы, невзаимосвязанных явлений и процессов.

В последнее время люди начали понимать, что нельзя бездумно и резко нарушать естественный ход природных процессов на Земле, так как печальные последствия таких действий хотя и не сразу, но тем не менее резко проявляются по принципу обратной связи. Вспомним загрязнение рек, озер и атмосферы промышленными отходами. Хотя Земля и велика, но она не бесконечна. Даже беглое исследование показывает тесную и часто неожиданную взаимосвязь многих ее природных процессов.

* * *

Таким образом, от осознания и изучения механизмов глобальной взаимосвязи природных процессов мы сейчас переходим к пониманию взаимосвязей в космических, галактических масштабах. И несомненно, интенсивное изучение космического пространства, проводимое советскими учеными и исследователями других стран, даст много нового и неожиданного для познания и земных процессов.

Уже сейчас изучение ритмичности природных процессов носит отнюдь не абстрактный, академический характер. Прогноз многих природных процессов и явлений, начиная от стихийных бедствий и кончая стоком рек или ледовитостью морей, может сэкономить не только многие миллионы рублей, но и спасти многие человеческие жизни. А такие прогнозы в значительной мере могут базироваться на познании и понимании механизмов ритмики природных процессов.

М. И. Будыко, член-корреспондент АН СССР, лауреат Ленинской премии

Можно ли преобразовать климат!

За последние десятилетия, особенно в последние годы, мы много слышим и говорим о том, что развитие техники оказывает большое и часто губительное действие на окружающую среду: происходит загрязнение воздушного и водного бассейнов, исчезают леса, мелеют реки, заболачиваются озера, сокращаются рыбные запасы, находятся под угрозой исчезновения многие виды диких животных. С другой стороны, известно, что при соблюдении необходимых мер предосторожности современная цивилизация может мирно «сосуществовать» с окружающей средой, в чем, между прочим, наглядно проявляется факт, что человек постепенно учится властвовать над стихийными природными процессами.

Что же касается климатических условий, то еще недавно казалось бесспорным, что человеческая деятельность не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на среднегодовые температуры, характерные для того или иного района, на количество выпадающих в течение года осадков, на число солнечных дней и т. п. Однако сейчас на вопрос: «Происходят ли в климате изменения, которые могут быть объяснены деятельностью человека?» — уже можно дать утвердительный ответ: да, происходят, правда еще в сравнительно небольших пределах.

Всем, например, хорошо известно: в нашей власти изменить «климат» внутри дома — согреть комнаты в самую лютую стужу или охладить воздух в квартире с помощью кондиционера в жару. Установлено также, что в больших городах за счет сжигания больших количеств топлива и некоторых других факторов происходит изменение микроклимата — в них становится несколько теплее, чем в близлежащих районах. Изменения же среднегодовых температур оказывает в свою очередь определенное влияние на число пасмурных дней, на количество выпадающих осадков. Впрочем, тут действует и еще один фактор, а именно резкое возрастание количества пыли и дымовых частиц в воздухе над городами.

Сильное «запыление» атмосферы может привести даже к более значительным изменениям климата. Многие геологи и климатологи считают, например, что происходившие на Земле неоднократные оледенения были связаны с активизацией вулканической деятельности. Ведь во время извержений в атмосферу выбрасывалось огромное количество дыма и пепла, которые уменьшали прозрачность атмосферы, а следовательно, земная поверхность получала меньше солнечного излучения. Вот почему вслед за периодами бурной вулканической деятельности следовали ледниковые периоды. С другой стороны, некоторое потепление климата, наблюдавшееся в первой половине нашего века, вероятно, связано было с тем, что в предшествующие десятилетия не происходило сильных массовых извержений вулканов. В результате понизилась концентрация пыли в нижних слоях атмосферы, и земная поверхность стала лучше прогреваться.

А вот сегодня человек в процессе своей хозяйственной деятельности начинает в ряде случаев «состязаться» с вулканами: кто больше выбросит пылевых частиц в атмосферу. Впрочем, трудно высказать какие-либо определенные предположения о том, как повлияет запыление атмосферы на климат будущего, — ведь пока неизвестно, насколько сильно изменится концентрация пыли в атмосфере под воздействием человеческой деятельности. С одной стороны, заводские трубы выбрасывают тучи дыма, а с другой — уже принимаются эффективные меры к тому, чтобы уменьшить загрязнение воздуха.

Многие города сегодня разрастаются в так называемые мегаполисы, образуют районы сплошных застроек, тянущихся на сотни километров. Соответственно в этих районах изменяется и микроклимат. Действует на климат и интенсивное промышленное производство — тут счет идет уже на многие тысячи квадратных километров. Собственно, пора говорить об изменении человеком климата в весьма значительных масштабах. По сути дела, речь идет уже не о «микроклиматах», а о «районных климатах», «местных климатах» соответствующего термина еще не выработано, хотя само явление существует.

Но дело не ограничивается тем, что, сжигая топливо, мы буквально согреваем атмосферу, во всяком случае ее приземные слои. Приход и расход тепла в очень большой степени определяется не только наклоном, углом, под которым падают на данную территорию солнечные лучи, но и условиями, определяющими отражение солнечного тепла в мировое пространство. Известно, например, что вода служит прекрасным аккумулятором солнечной энергии. И когда мы создаем огромные водохранилища, то тем самым оказываем воздействие на баланс солнечной энергии. Леса и открытые пространства по-разному отражают солнечный свет. Значит, уничтожая леса, заменяя их пашнями, мы тоже воздействуем на климат.

Еще одно важное обстоятельство. При сжигании топлива выделяются огромные количества углекислого газа. Как известно, его поглощают зеленые растения, усваивающие содержащийся в нем углерод и выделяющие в воздух кислород. Но растения уравновешивают, так сказать, естественный кругооборот углерода и кислорода на планете. Те же добавочные порции углекислого газа, которыми человек в процессе своей деятельности насыщает атмосферу, постепенно накапливаются в ней. Допустимый для нормальной жизнедеятельности человеческого организма предел насыщения воздуха углекислым газом не будет превышен еще в течение сотен, а может быть, и тысячи лет. Но это никак не должно нас успокаивать. Дело в том, что углекислый газ практически прозрачен для световых лучей, но непрозрачен или плохо прозрачен для лучей тепловых. Солнечные лучи поглощаются землей, растительностью, водной поверхностью, которые, нагревшись, сами становятся источниками теплового излучения. А накопление углекислого газа в атмосфере приводит к тому, что значительная часть тепловых лучей, которая раньше уходила в мировое пространство, теперь задерживается в нижних слоях атмосферы. Мы имеем тут дело с так называемым «тепличным эффектом» (подобным образом создается микроклимат в теплицах).

Есть и другие факторы, приводящие к тому, что уже сейчас под влиянием человеческой деятельности наблюдаются некоторые — подчеркнем еще раз: пока что незначительные — изменения климата на довольно больших территориях. Эти изменения ощущались бы гораздо сильнее, если бы ветры не перемешивали атмосферу, не уравнивали условия на огромных пространствах. Но тут возникает еще одна проблема: окажется ли нивелирующее воздействие ветров достаточным, чтобы предотвратить заметные климатические изменения в будущем?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо составить себе представление не только о масштабах воздействия человека на окружающую среду в настоящее время, но и на то, каковы тенденции развития такого рода воздействий.

Установлено, что сейчас производство энергии возрастает во всем мире примерно на 6 процентов в год. Если такие темпы роста сохранятся и в будущем — а никаких признаков возможности замедления прироста пока нет, то последствия могут оказаться весьма серьезными. В самом деле, при шестипроцентных годовых приростах удвоение производства энергии происходит примерно каждые 10 лет. А это означает, что в течение века производство энергии возрастет более чем в тысячу раз. И если сейчас нагрев атмосферы за счет производства энергии еще очень мал по сравнению с тем, как прогревается атмосфера солнечными лучами, то через 100 лет — всего лишь через 100 лет — соотношение природного и промышленного тепла существенно изменится.

Однако и само по себе ежегодное увеличение производства энергии на 6 процентов достаточно для того, чтобы к середине XXI в. началось быстрое повышение планетарной температуры. Расчеты показывают, что влияние дополнительного, связанного с хозяйственной деятельностью человека тепла на единицу площади в любом районе Земли окажется столь же значительным, как и влияние того дополнительного притока тепла, за счет которого происходит повышение среднегодовых температур в районах больших городов. Значит, опасность перегрева всей атмосферы совершенно реальна.

Таким образом, развитию энергетики в будущем может помещать не истощение запасов топлива, а некий «тепловой барьер», определяемый недопустимостью перегрева нашей планеты. В связи с этим возникла идея — у нас ее защищает академик Н. Н. Семенов — о целесообразности широкого использования в будущем для хозяйственных целей солнечной энергии. В этом случае потребление энергии может расти безгранично без угрозы перегрева атмосферы. Ведь использоваться будет та энергия, которая теперь все равно расходуется на нагревание воздуха.

Но тут следует сделать существенную оговорку. Главная опасность состоит не в том, что мы, как печкой, перегреем нашу планету. Гораздо раньше, чем это случится, могут наступить глубокие изменения климата в результате того, что нарушатся отдельные элементы, части той сложной «машины погоды», которая определяет привычные нам климатические условия: влажный и теплый климат побережья Черного моря, сухой и жаркий — в среднеазиатских республиках, резко выраженный континентальный — в большей части Сибири и т. д.

Допустим, что в результате некоторого потепления, вызванного увеличением производства энергии и возрастанием содержания углекислого газа в атмосфере, в какой-то момент начнется медленное отступление полярных льдов, увеличится пространство чистой воды. Вода будет аккумулировать солнечное тепло, которое теперь отражается от поверхности льда. В итоге замедлится замерзание водоемов в зимние месяцы, толщина ледяного покрова, нарастающего в зиму, уменьшится. На следующий год площадь чистой воды за счет этого окажется еще большей. Такая тенденция может в обозримые сроки резко уменьшить поверхность «ледяной шапки», окружающей Северный полюс. А это в свою очередь нарушит установившийся в течение многих тысячелетий характер воздушных потоков, перемещающих холодный арктический воздух в низкие широты. В результате изменится весь годовой ритм «машины погоды». Не исключено, что это отразится — и очень сильно — на распределении осадков на территории континентов. Может начаться наступление пустынь на основные районы земледелия.

А вот вам и совершенно иная перспектива. Реки, впадающие в Ледовитый океан, в первую очередь наши могучие сибирские реки, несут в него не только свои воды, но и огромные запасы тепла — температура речной воды выше температуры воды в этом океане. Существуют проекты изменения речного стока, отведения значительной части стока сибирских рек в районы, страдающие от засух, или в промышленные районы, где потребность в воде уже не покрывается наличным речным стоком. Но если при этом превысить некоторый предел, то баланс тепла в прибрежных районах Ледовитого океана настолько нарушится, что летом лед будет таять гораздо медленнее, чем теперь. Ухудшатся условия плавания по Северному морскому пути, а главное, летнее тепло перестанет аккумулироваться водами самого океана. Как следствие этого, ежегодно начнут сокращаться поверхности, освобождающиеся летом от ледового покрова. И так, стремительно нарастая, начнется наступление льда на материк.

Во взглядах климатологов в последнее время произошли большие изменения. Еще недавно они считали, что радикальные изменения климата могли бы произойти только при существенном увеличении или уменьшении притока энергии к земной поверхности. Теперь уже установлено, что уменьшения притока энергии всего на 2 процента от существующей «нормы» было бы достаточно для того, чтобы вызвать полное оледенение всей Земли.

А единожды изменив климат, вызвав всемирное оледенение или, наоборот, уничтожив полярные льды, будет уже очень трудно восстановить нарушенное равновесие в природе.

В прошлом Земля пережила немало резких климатических колебаний. Наступали и проходили периоды оледенений, каждый из них длился десятки тысяч лет — колебания климата происходили очень медленно. Теперь же возможны изменения в климате, которые произойдут в течение нескольких десятилетий. А это может существенно сказаться не только на нашем привычном быте, но и на всей хозяйственной деятельности. Вот почему уже теперь, когда мы еще не ощущаем сколько-нибудь реально последствий воздействия цивилизации на климатические условия, географы и геофизики серьезно обсуждают проблемы возможных изменений климата Земли под воздействием человека.

И тут мы переходим к еще одной группе вопросов, которыми заняты и советские, и зарубежные специалисты в области геофизики.

Чтобы с уверенностью говорить о возможных последствиях воздействия человека на климат нашей планеты, следует в первую очередь уточнить наши знания о том, какие условия определяют климатические особенности различных зон. Но допустим, сложные механизмы погоды изучены, мы уже знаем все условия, от которых зависит климат того или иного района. Значит ли это, что последствия любого технического проекта, вроде поворота сибирских рек или сооружения на них огромных водохранилищ, могут быть предсказаны с абсолютной точностью? К сожалению, еще нет. Механизмы погоды, условия, определяющие климатические особенности различных зон, настолько сложны, что последствия их изменений возможно учесть только в результате целых серий длительных и трудных исследований. Тут требуются применение методов систематического анализа, создание специальных моделей, позволяющих воспроизводить различные сочетания воздействующих на климат природных и не природных факторов, методы математических расчетов, позволяющие составлять программы исследований с помощью электронно-вычислительных машин. Короче говоря, коль скоро мы «выросли» до такой степени, что собираемся воздействовать на климат, то необходимо заранее подготовиться к этому с полным сознанием ответственности за все возможные последствия.

В принципе эти последствия могут оказаться очень нежелательными, весьма затрудняющими нашу деятельность, наш быт. Но никакой фатальной неизбежности тут нет, никакой злой рок не тяготеет над человечеством. И если мы в понятие «изменение окружающей среды» включаем теперь представление об изменениях климата в масштабах больших районов, континентов, то это в конечном счете означает лишь то, что могущество человека возрастает стремительно, что его научные достижения начинают воплощаться в технические устройства и сооружения гораздо быстрее, чем раньше, что научно-техническая революция коренным образом изменяет прежние представления о соотношении масштабов природных явлений и влиянии на них человеческой деятельности.

Подчеркнем еще раз: хозяйственная деятельность человека может оказать сильное влияние на климатические условия, вызвав необратимые и нежелательные процессы. Однако сама хозяйственная деятельность, во всяком случае в социалистическом обществе, поддается планированию, ее можно регулировать, ею можно управлять. Поэтому в нашей власти предотвратить нежелательные изменения климата. Но чтобы суметь это сделать, необходимо знать, как именно могут повлиять на климат различные стороны хозяйственной деятельности человека.

Как видим, это обязывает нас уделять достаточное внимание изучению механизмов, управляющих природными явлениями, повышает роль науки в жизни человеческого общества, приводит к тому, что научное мировоззрение становится обязательным условием технического и социального прогресса. С этой точки зрения следует, на наш взгляд, оценивать сейчас не только роль таких областей науки, как математика, физика, геофизика — вообще точные науки, но и значение наук общественных, в частности марксистско-ленинской философии. Недаром у нас теперь все чаще проходят плодотворные встречи философов и естественников, а сама философия все в большей степени начинает заниматься решением кардинальных социальных и естественнонаучных проблем.

Ученые дают интервью

Глобальная тектоника сегодня

На вопросы отвечает член-корреспондент АН СССР П. Н. Кропоткин

Научно-техническая революция распространила сферу своего действия и на одну из древнейших наук, — геологию. Но любая революция — это процесс бурный, а геология изучает явления, которые тянутся многие миллионы лет. Можно ли говорить о революции в этой науке?

Наша планета как отдельное небесное тело существует примерно 4 миллиарда 600 миллионов лет. Трудно даже представить себе такую временную протяженность. Мы бессильны увидеть и геологические процессы прошлого рождение и опускание гор, движение континентов, наступление и отступление морей и океанов. Но то, что не во власти отдельного человека, оказывается под силу науке. Геологи, изучая породы Земли от самых древних, насчитывающих миллиарды лет, до самых молодых, которым «всего» сотни тысяч лет, словно перелистывают книгу истории нашей планеты.

Конечно, это сравнение условно, потому что часто более древние пласты оказываются поверх более молодых, старые и молодые слои смещены, а иногда и перевернуты, к тому же следы многих древних процессов, видимо, вообще не сохранились. Можно сказать, что многих страниц истории Земли не хватает, другие же находятся не на своем месте, так что восстановить события прошлых эпох оказывается непросто.

Давайте обратимся к нехитрому приему. Условно примем 100 миллионов лет истории планеты за один год, и тогда возраст ее окажется равен 46 годам. О семи годах «детства» геологи знают очень мало, даже самые древние породы из ныне известных нам много моложе. Можно считать установленным, что до 42-летнего возраста континенты были безжизненны. Пышная растительность, первые животные появились там на 45-м году жизни планеты. Примерно 300 миллионов лет назад все континенты сблизились настолько, что образовался единый огромный суперконтинент Пангея. Однако в геологическом смысле он просуществовал недолго: через 60 — 100 миллионов лет он распался, сначала на три, а потом на шесть известных нам континентов.

В историческом аспекте это эпохальное событие произошло совсем недавно: ему предшествовало около 98 процентов возраста Земли. И вместе с тем это было очень-очень давно: ведь в нашем условном летосчислении «человек разумный» существует всего лишь часы, а его детище — наука насчитывает едва несколько минут. Однако и этих минут хватило на то, чтобы человек увидел свою планету не только в пространстве, но и во времени и понял, что лик ее меняется, и довольно быстро.

Значит, гранитные континенты, эти символы неподвижности, сложившиеся в незапамятные времена, нечто вроде плотов, плывущих по какому-то подземному океану?

О том, что современные материки составляли некогда один сверхконтинент, догадывались еще в XVII–XIX вв. Так, комментатор Библии Лилиенталь писал в 1756 г., что дробление Земли произошло после великого потопа. Некогда же, утверждал он, существовал один материк, что подтверждается «подобием очертаний противоположных берегов многих континентов, отдаленных друг от друга морскими просторами; совпадение их часто столь удивительно, что, будь они расположены рядом, они бы целиком вписались друг в друга, как это можно видеть на примере южных частей Африки и Америки».

Однако сказанное было не более чем догадкой. На научную почву учение о дрейфе континентов впервые поставил немецкий исследователь А. Вегенер; развил эту теорию другой западный ученый — Д. Тойт: их работы относятся к первой трети нашего века. Прошло еще 30 лет, прежде чем их гипотеза получила экспериментальное подтверждение.

В начале 60-х годов геологи, представители сухопутной профессии, вышли в океан. С той поры они стали изучать не только материки, но и неизвестные доселе две трети поверхности Земли, скрытые под водой. На смену местному, региональному подходу пришел другой — общий, глобальный, позволивший изучать явления в их диалектической взаимосвязи. Объектом исследования стала вся планета, а не отдельные горные цепи, возвышенности или плато, как это было раньше.

Что же обнаружили ученые за последние 10–15 лет?

Еще раньше, при изучении строения материков выявилось удивительное сходство отдаленных друг от друга мест разных континентов, которые сотни миллионов лет назад, несомненно, находились рядом, были «состыкованы». Так, слои древних отложений Аргентины и Фолклендских островов находят себе полную аналогию в отложениях такого же возраста в Африке — а ведь расстояние между этими районами больше 5000 километров! Если же мысленно сдвинуть Африку и Европу с одной стороны и обе Америки с другой, то оборванные у берегов океана древние складчатые пояса (остатки прежних хребтов) и полосы одновозрастных морских или наземных отложений отлично состыкуются. Геологические структуры одних материков получат продолжение на других. При этом весьма точно совпадут и современные контуры материкового склона — так, словно их не разделяет ныне Атлантический океан. Материковые склоны совпадут с контурами тех разломов, по которым огромный древний материк Пангея был расколот на части.

Библия утверждает, что бог создал Землю всю сразу — и твердь ее, и воды. Но если бы это было так, то материки и океаны должны быть одного возраста. Что говорит об этом наука?

Последние открытия доказывают, что Атлантический океан значительно моложе, чем окружающие его материки (он моложе и Тихого океана). Так, образцам горных пород, полученным при бурении дна Атлантики с американского корабля «Гломар Челенджер», не больше 140 миллионов лет, тогда как в Африке и на других материках есть породы, образовавшиеся более 3 миллиардов лет назад!

На дне Атлантики, примерно посередине, был открыт огромный так называемый срединный хребет — он как бы делит океан на две части: западную и восточную. Исследованиями этого водного бассейна от берегов Южной Америки до срединного хребта установлено, что образцам, взятым из хребта, не более миллиона лет. Чем ближе к берегу, тем эта цифра солиднее. Возраст горных пород колеблется от десятков до 100–150 миллионов лет. Так что не может быть и речи о том, что все ложе океана образовалось единовременно. Это был очень долгий и сложный геологический процесс.

Последние открытия в геологии позволяют нам представить такую гигантскую картину, как рождение Атлантического океана. Через разлом вблизи хребта (его называют рифтом) поднималась молодая лава, а более старые породы разъезжались вместе с дрейфовавшими континентами. При этом Америка плыла на запад, Евразия — на восток, Антарктида — на юг, если условно считать, что Африка находилась на своем месте (фактически же все материки перемещались относительно друг друга).

Этот дрейф продолжается и сейчас, причем скорость его — несколько сантиметров в год — не так уж мала, за 100 миллионов лет это составит тысячи километров…

Вы изложили точку зрения так, называемых «мобилистов» — сторонников дрейфа континентов. Но существует группа ученых («фиксисты»), которые доказывают, что такие гигантские глыбы, как материки, двигаться не могут. Как можно совместить такие крайние точки зрения?

А их невозможно совместить: либо континенты движутся, либо они стоят на месте — третьего не дано. Но факты говорят в пользу первой гипотезы.

О движении материков свидетельствуют не только совпадение береговых линий и геологическое родство отдаленных структур, но и данные молодой отрасли геофизики — палеомагнетизма. Магнитные полюса Земли почти строго фиксированы (магнитная ось Земли, хотя и колеблется по отношению к оси ее вращения, все же обычно совпадает с ней). Если бы континенты были неподвижны относительно друг друга и как один монолит перемещались бы по отношению к магнитной оси, то на каждом из них запечатлелся бы один и тот же рисунок от движения относительно полюсов. (Дело в том, что лава на материках после затвердения сохраняет в себе остаточную намагниченность и как бы «помнит», где были магнитные полюса Земли в эпоху, когда она сделалась твердой.)

А что же мы здесь видим? На каждом континенте свой «рисунок» от движения магнитных полюсов. Учитывая, что смещались не полюса, а континенты, можно реконструировать эти перемещения. Такая реконструкция отлично совпадает с картиной дрейфа, которую нарисовали «мобилисты».

Возможно ли воссоздание на основе отдельных открытий картины изменяющегося лика Земли? Под силу ли человеку решение этой грандиозной научной задачи?

Современный комплексный научный подход позволяет охватить даже такой огромный объект, как Земля. Например, палеомагнитный метод указывает, что такие древние материковые глыбы, как Индийская и Сибирская, сблизились, столкнулись. На месте столкновения мы видим высочайшие горы Гималаи.

Реконструируя климаты прошедших эпох по распространению теплых морей с кораллами, по останкам растений и животных, исследователи приходят к выводу, что палеоклиматические зоны материков, разделенных сейчас океанами, также соединяются естественным образом. Ледниковые отложения с характерными шрамами и царапинами, оставляемыми ледниками, когда он волочит вмороженные в него камни, позволяют геологам не только определить расположение прежних полярных зон, но и установить те центры оледенения, от которых расползались ледники. Сейчас такими центрами оледенения являются Гренландия и Антарктида, но 250–300 миллионов лет назад подобные центры находились в Южной Африке, в Индии, Австралии, ледниковые отложения были распространены в Южной Бразилии.

Во многих местах Северного полушария было так жарко, что моря испарялись, а на их месте остались огромные залежи соли. Там обнаружены отложения, свойственные теплым, коралловым морям. И если стать на позиции «фиксизма», пришлось бы считать, что одно полушарие нашей планеты находилось в жарком и сухом климате, другое же — в арктическом. Нелепая картина! Реконструкции лика планеты, сделанные «мобилистами», ставят материки на место, в соответствии с царившими на них тогда климатическими условиями.

Точка зрения «мобилистов», подкрепленная последними достижениями науки, получает все большее признание среди геологов. Плитотектоника, или теория движения плит, с которыми связаны материки, помогла собрать в единое целое разрозненные факты геологии, уточнить картину изменчивого лика Земли, хотя ученым еще многое в ней неясно. Какие силы передвигают глыбы плит? Одни исследователи считают, что это делают мощные «текучие» процессы под корой Земли (природа их еще неясна), другие связывают их с тем, что планета наша на протяжении миллионов лет пульсирует, изменяя свой радиус.

Итак, на смену представлениям о неизменной Земле пришла теория динамической планеты, поверхность которой меняется.

Известно, что критерий любой теории — практика, А как «работает» плитотектоника?

Фрэнсису Бэкону принадлежит крылатая фраза: «Знание — сила». Новая теория на многое открывает глаза. Например, прибрежные районы Западной Африки, где находят цинк, олово, золото, алмазы, много миллионов лет назад располагались рядом с Бразилией, что побудило геологов начать изучение джунглей Амазонки. Не обнаружатся ли и там, в сходных с африканскими геологическими условиях, похожие месторождения? Недавно в Бразилии были открыты залежи соли — дефицитного здесь сырья. Но ведь соляные куполы вскоре нашли и на африканском берегу, в Габоне!

Этот пример показывает, как, зная истинную историю континентов и океанов, можно искать полезные ископаемые более осмысленно, а не наугад.

Хотелось бы услышать о землетрясениях, которые во все времена приносили человеку неприятные сюрпризы. Церковь утверждает, что люди бессильны перед этой «божьей карой». Может ли человек помериться силами с такой могучей стихией?

Отвечу вам примером. Известно, что крупнейший город США Сан-Франциско расположен в беспокойной сейсмической зоне, у гигантского разлома Земли Сан-Андреас. В начале века разлом освободил накопившуюся в нем энергию, произошло одно из самых разрушительных землетрясений. Разлом продолжает проявлять свою активность, но сейчас, в свете глобальной тектоники, становится яснее, что здесь происходит.

Сан-Андреас — это трансформный разлом, участок границы между двумя огромными плитами земной коры, Американской и Тихоокеанской, которые трутся друг о друга. Местами они расходятся, местами сдавливаются. Край Тихоокеанской плиты перемещается здесь на северо-запад со скоростью около двух сантиметров в год. В результате отрыва и смещения большой полосы побережья, включающей Калифорнийский полуостров и район к северу от Лос-Анджелеса, в тылу этой глыбы образовался раздвиг шириной в 300 километров, занятый нынешним Калифорнийским заливом. Движение это происходит неспокойно. Время от времени края гигантских плит то в одном месте, то в другом внезапно проскальзывают относительно друг друга, порождая землетрясения, и, чем реже высвобождается энергия, тем разрушительней трясение Земли.

А нельзя ли заменить эти сильные ударные волны серией более слабых, хотя и более частых, то есть, иными словами, вызвать искусственные слабые землетрясения? Американские инженеры предложили закачивать в разлом воду, чтобы помочь более плавному скольжению огромных плит. Однако на густонаселенном Сан-Андреасе экспериментировать нельзя: а вдруг неожиданно высвободится большая энергия? Инженеры нашли аналог Сан-Андреасу в более пустынном районе — на Аляске. Теперь эксперименты проводятся там. Ученые надеются, что будут выработаны средства для предотвращения сильных землетрясений в Калифорнии.

Когда говорят о дрейфе континентов, то чаще упоминают Америку, Африку, Антарктиду и гораздо реже Евразию. Не означает ли это, что положения теории «мобилистов» неприменимы, к территории нашего континента?

Наша страна расположена на древних платформах, и сравнительно недавние тектонические процессы ее почти не коснулись. Однако следы перемещений очень древних плит есть и у нас. Уральские горы — это, вероятно, результат столкновения двух субконтинентов, Азии и Европы, последний акт в формировании суперматерика Пангея. А вот Байкал — рифт, как бы гигантский разрыв в земной коре. И хотя он и расположен несколько изолированно от мировой рифтовой системы, возникновение самой системы впадин озера Байкал, длинной котловины у подножия Тункинских Альп, связано с дрейфом материков.

Вековые движения земной коры приводят к тому, что в недрах Земли накапливается огромная энергия. Нередко она внезапно освобождается во время горных работ. С этим столкнулись много лет назад строители знаменитого Симплонского туннеля в Альпах. При разработке очень прочных пород в апатито-нефелиновых рудниках Горной Шории и Джезказгана не раз наблюдалась «стрельба»: от стен подземных коридоров — штолен и штреков — с треском отслаивались куски, горные породы сами разрушались. Здесь действовали когда-то мощные тектонические силы. Это они «завели» каменную пружину недр, которая «разворачивалась» с появлением горных выработок. Вот почему ученые стремятся определить напряженные состояния в земной коре: зная, как они распределяются в горном массиве, можно лучше определить направление горных выработок, удачнее выбрать их форму и крепление стенок. В нашей стране этим занимаются коллективы Горно-металлургического института Кольского филиала АН СССР и другие научные учреждения.

Теория плит позволяет прогнозировать, где именно слои недр находятся под напряжением. Так, наш Кавказ представляет собой район, где Грузинская плита, опускаясь, давит на Кавказские горы. Недра Кавказа напряжены, и это приходится учитывать строителям туннелей. Южнее — Аравийско-Сирийская плита, двигаясь на север, сминает в складки слои горных пород в хребтах Тавра и Загрос, протянувшиеся в южной части Турции и Ирана. Не случайно здесь нередки сильные землетрясения.

Беспокойны и недра Северного Забайкалья, где проходит центральный участок трассы БАМа. Он соседствует с «живым швом» Земли — Байкальским рифтом. Это усложняет строительство Байкало-Амурской магистрали. Ведь туннели, пробитые сквозь хребты, должны быть надежными, а железнодорожное полотно защищено от осыпей и разрушений.

Сейчас на многих участках БАМа ведутся исследования. Сотрудники Института земной коры Сибирского отделения АН СССР разведывают «подземную погоду» на трассе и прогнозируют поведение недр в этом районе на много лет вперед. Путь к океану должен быть надежным и безопасным.

За чистоту на нашей планете

На вопросы отвечает лауреат Ленинской премии Герой Социалистического Труда академик. И. В. Петрянов-Соколов

Как бы вы ответили на вопрос, который в последние годы приковывает к себе всеобщее внимание: не является ли слишком дорогой платой за научно-технический прогресс и его блага тот ущерб, который наносится при этом природе?

Существуют по крайней мере два полярных ответа на поставленный вопрос. Тут есть сторонники курса на «упрощение» и сторонники курса на «усложнение».

Первые говорят: давайте, пока не поздно, вернемся к добрым старым временам: к лошадям вместо автомобилей, к деревням вместо городов. Будем жить в домах без бетона и кирпича, без лифтов… С такой точкой зрения даже неудобно всерьез спорить. Достаточно лишь напомнить о том, что научно-технический прогресс (и сопутствующий ему рост культуры) дал людям разнообразную и питательную пищу, гигиеническую одежду, комфортабельное жилье, возможность интеллектуального развития; что побеждены многие болезни, веками преследовавшие человека; что научная медицина (и медицинская промышленность — одна из отраслей техники) уже продлила человеческую жизнь на десятилетия. Однако, как выяснилось в последнее время, далось все это весьма дорогой ценой. О ней очень верно сказал известный исследователь океана Жак Ив Кусто: «Прежде природа угрожала человеку, а теперь человек угрожает природе…»

Но отводить угрозу природе, по моему мнению, надо не отказом от уже завоеванных благ, а трезвым, критическим переосмыслением того, что допустимо, а что нет, что может быть дозволено, а что нет в отношениях человека с природой, выработкой четкого продуманного плана исправления уже нанесенного вреда. Нужна тщательно подготовленная и научно обоснованная программа гармонического сосуществования человеческого общества со средой, в которой оно должно жить.

Моя позиция; нужно не меньше, а больше науки и техники, но на разумной основе.

Взаимоотношения человека с природой носят сложный характер. Есть немало примеров ее рационального использования, но бывает, что люди нерасчетливо расходуют невосполнимые запасы сырья. Можно привести и немало печальных фактов, когда засоряется среда нашего обитания. Каким же должен быть выход?

Человек с самого начала своего существования стремился отделиться от природы, сделать себя все в большей степени независимым от ее изменений и капризов. Об этой тенденции развития человечества задумывалось немало светлых умов. К. Э. Циолковский, гениальный провидец и первый теоретик звездоплавания, писал о том, что когда-нибудь человек превратится в жителя космоса, способного жить в пространстве, используя лишь солнечную энергию. Землю Циолковский полагал только временным домом человечества, его колыбелью, из которой оно когда-нибудь выйдет в просторы Вселенной. Близкие по духу, но более конкретные соображения на ту же тему высказал другой великий ученый и мыслитель — академик В. И. Вернадский. Он говорил, что рано или поздно человечество станет автотрофным, то есть сможет питаться без веществ, извлекаемых из живой природы.

В каком-то смысле человечество действительно идет по этому пути. Вспомним, что некоторые насущные наши потребности в пище, крове, одежде уже сегодня в большой степени удовлетворяются веществами, которых в природе нет. Но научиться делать искусственные вещества еще не значит стать автотрофным. Например, мы стали изготовлять искусственную шерсть, однако в каком-то смысле это означает еще большую зависимость от природы — нужно сырье, заимствованное от нее.

Я думаю, что дело не в простой замене, а в том, что следует сократить бессмысленное расходование того, что мы берем у природы. Может быть, не надо пытаться создать вечный хлеб, но о вечной электрической лампочке, право, уже пора бы подумать инженерам! Совершенно необходимо возвращать природе то, что взяли у нее. Человек должен вписаться в природу так, чтобы возвращать ей все взятое, причем возвращать в таком виде, в каком оно может включиться в круговорот веществ.

Самое время задуматься людям над разрешением сложившихся конфликтных ситуаций во взаимоотношениях между человеком и природой — таких, например, как порча среды обитания (воздуха, почвы, воды), засорение ее отходами производства. Тем более что масштабы этого явления, к сожалению, глобальны.

Тепловые электростанции нашей планеты ежегодно выбрасывают в атмосферу несколько миллионов тонн золы и сернистого ангидрида. К этому прибавляются пылевые выбросы многочисленных заводов и фабрик, воздух загрязняется также при агрохимической обработке почв с самолетов. Пылят почвы, разрушающиеся от эрозии. Атмосфера Земли перенасыщена пылью искусственного и естественного происхождения — ее сейчас в воздухе на 20 процентов больше, чем было в начале XX в. В результате воздух теряет прозрачность, пропускает меньше солнечных лучей, превращается в экран, отражающий солнечную радиацию. Если и впредь атмосфера будет непрерывно запыляться с такой же интенсивностью, то в конце концов может даже наступить новый ледниковый период.

Но имеется и противоположная опасность — перегрев планеты, причиной которого может стать тепловая перегрузка биосферы. Индустриально развитые страны вырабатывают сейчас тепла почти столько же, сколько получают их территории от Солнца. Кроме того, в атмосфере становится все больше углекислоты, и это тоже грозит перегревом.

Значит, с одной стороны, — призрак холодного, покрытого пылью Марса, а с другой — призрак раскаленной безжизненной Венеры. Можно предполагать, что в природе эти две противоположные тенденции — к похолоданию и к перегреву взаимно компенсируются. Но это пока наукой не доказано.

Еще одна важнейшая среда, состояние которой внушает опасение, — Океан. Только за последние годы в океанские воды попало в результате аварий 4 миллиона тонн нефти. А она, как известно, разливаясь по поверхности воды, образует тонкую пленку, нарушающую обмен воды с газами атмосферы и жизнь морского планктона, который поставляет кислород и первичное органическое вещество в Океан. Страдают морские животные, гибнут птицы.

Не буду говорить подробно о судьбе пресных водоемов и рек, многие из которых оказываются сейчас в не менее трудном положении, чем Океан. Так, отходы химических заводов превратили некоторые из них в зловонные клоаки. Заводы черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающие, целлюлозно-бумажные предприятия насыщают речную воду экологически вредными веществами. Такая картина наблюдается повсеместно в Западной Европе и в США.

Немалый вред природе приносят неразлагающиеся токсические соединения, применяемые в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями. Они вымываются из почв и таким образом попадают в пруды, в реки, на мелководья и дальше во внутренние и внешние моря. Здесь от них гибнут или заражаются ими морские организмы. Вспоминаются строки Уолта Уитмена:

Этим-то земля и пугает меня, она так тиха и смиренна,

Она создает такие милые вещи из такого гнилья,

Чистая и совсем безобидная, вращается она вокруг оси, вся набитая трупами тяжко болевших,

И такие прелестные ветры создает она из страшных зловоний,

И с таким простодушным видом каждый год обновляет она свои щедрые пышные всходы,

И дает всем людям такие дивные вещи, а под конец получает от них такие отбросы в обмен…

Для себя я так перевожу эти строки на язык науки: современная технология вовлекает в производственный процесс огромные материальные потоки — сырье, топливо, воду, воздух (включая вентиляционный). И немалая часть этих поистине гигантских потоков перерабатывается в лучшем случае в бесполезные, а чаще — во вредные: в токсичные производственные отходы, заражающие среду жизнедеятельности человека, превращающие ее в бесплодную пустыню.

Неудивительно поэтому, что во многих странах Запада начинают раздаваться проклятия в адрес науки и техники, хотя еще вчера их считали чуть ли не рогом изобилия, из которого могут сыпаться только всевозможные блага.

В чем же тогда суть тезиса: «Больше науки и техники, но на разумной основе»?

В том, что нужен более глубокий и всесторонний научный подход к производству и к его прогрессу. Необходимо уточнить, а во многом, наверное, и пересмотреть представления о том, какой быть технологии завтрашнего дня. Требуется большее осознание ответственности и анализ всего, что уже известно сегодня.

А известно тут уже многое, например то, что проблема промышленных отходов имеет решение, и даже не одно, а несколько. Более того, уже сегодня эти решения не представляют собой научной загадки и освоены на практике. Мне вспоминается краткая и выразительная оценка самого существа этой проблемы, данная несколько лет назад академиком А. Н. Несмеяновым. Это было во время выездной сессии Отделения общей и технической химии Академии наук СССР в заводском городе Дзержинске. После доклада Несмеянова ему задали вопрос: «Как вы относитесь к проблеме очистки воды и воздуха?» Несмеянов ответил: «Отношусь резко отрицательно». И добавил: «Не надо чистить воздух и воду, гораздо важнее их не загрязнять».

Это глубоко верно! Я убежден, что корень проблемы — не столько в недостаточной очистке выбросов, сколько в несовершенстве самой технологии производства, позволяющей таким выбросам появляться. Это несовершенство есть результат ограниченности нашего сегодняшнего технологического мышления.

Заводы без труб — такой я представляю себе промышленность будущего. Индустрия без стоков в реки и без выбросов в атмосферу. Я знаю: многие сторонники такой же точки зрения уверены, что рассуждения о беструбной и безотходной технологии можно адресовать лишь в неопределенное будущее. Они совершенно неправы. Создавать такие предприятия можно сейчас, при сегодняшнем состоянии науки и техники.

Мы должны уже теперь проектировать предприятия комплексного использования сырья, заводы, не знающие отходов. Девизом такой промышленности должны стать слова видного химика прошлого века: «В химии нет грязи; грязь — это химическое соединение в неподходящем для него месте». Например, мощные тепловые электростанции, представляющие сейчас, пожалуй, одну из самых больших угроз чистоте воздуха, вполне можно превратить в энергохимические комбинаты. Тогда кроме электрической энергии они будут производить прекрасный и дешевый строительный материал (из золы и шлака, с которыми сейчас иногда не знают, что делать) и серную кислоту (из сернистого ангидрида, который сейчас выбрасывается в атмосферу, загрязняя ее). Даже выбрасываемый сейчас в атмосферу в огромных количествах углекислый газ может приносить пользу. Если поблизости от электростанции расположить тепличные хозяйства, его можно использовать как воздушное удобрение для увеличения урожаев овощей. То же относится и к излишкам тепла.

Возможно, кто-нибудь предположит, что мои рассуждения о беструбной и безотходной технологии лишены сегодня реальной почвы. Это не так. Подобные идеи высказывались и раньше, более того, они даже претворялись в жизнь.

Около сорока лет назад в Донбассе, в городе Горловке, работал скромный азотнотуковый завод, производивший в основном удобрения. Однако, изготовляя удобрения, призванные улучшать плодородие почвы, завод сам плодородие земли отнюдь не увеличивал. Отходы его производства отравляли воздух, уничтожали растительность. А кроме того, со сточными водами, которые завод спокойно спускал в соседний овраг, он терял каждый год 2 тысячи тонн серной кислоты, 900 тонн азотной, 700 тонн аммиачной селитры, тысячу тонн аммиака продукцию чуть не целой небольшой фабрики.

Начали было проектировать очистные сооружения. Но дело это оказалось весьма дорогим. И тогда заводские инженеры пришли к иному решению, совершенно парадоксальному для практики химических предприятий того времени: целые цехи вообще отрезали, изолировали от промышленной канализации! Вещества, которые причиняли ущерб заводу и вред местности, в которой он расположен, теперь собирали и находили им применение. Разумеется, это была достаточно сложная работа. Однако успех был достигнут. Я думаю, он был достигнут благодаря мудрости, подлинно государственному отношению к делу взявшихся за него людей. За несколько лет Горловский азотно-туковый завод превратился в предприятие, работающее почти без вредных стоков.

До полностью бессточного производства оставались считанные шаги, когда началась война и работу пришлось прервать. Тем не менее этот скромный опыт, при котором в условиях несовершенной техники 30-х годов широко мыслящие люди поставили и решили благородную и глубокую задачу общегосударственной, я бы даже сказал, общечеловеческой важности, — этот опыт не пропал зря.

Можно привести и другой пример: советские химики, машиностроители и энергетики создали принципиально новый метод синтеза азотной кислоты, при котором ядовитые окислы азота выделяться вообще не будут. Это означает, что появляется возможность навсегда избавиться от «лисьих хвостов» буро-рыжего ядовитого дыма над трубами заводов, производящих миллионы тонн азотных удобрений и одновременно губящих растительность…

Повторяю, такие решения уже доступны или вскоре будут доступны промышленности. И поэтому в самом ближайшем будущем развитие производства должно будет пойти именно по такому принципиальному пути: комплексные предприятия, не знающие отходов.

Общество уже просто не может позволить себе тех огромных расходов, которые затрачиваются ныне на очистку загрязненных вод и воздуха. Они нередко достигают 30–40 процентов стоимости настоящего производства. Выгоднее перестроить всю технологию так, чтобы предприятие перешло на систему полного превращения всех поступающих в производство материалов в полезные продукты. Следует отметить, что такое проектирование подлинно комплексных предприятий, всесторонняя перестройка, нацеленная в будущее, под силу только социалистическому обществу, в котором вся экономика и ее механизмы находятся в руках государства.

Значит, главное, что поможет решить проблему взаимоотношений человека с окружающей средой, — наш социальный строй. И это не просто фраза, а единственный реальный путь решения проблемы.

Что же нужно сделать для того, чтобы забота о будущем дома, в котором мы живем, овладела каждым?

Для этого мало только нашего желания и имеющихся сегодня возможностей науки и техники. Все яснее становится, что чистая вода и чистый воздух вопрос уже не научно-технический, а социальный.

В такой позиции, может быть несколько заостренной, есть свой серьезный и глубокий резон. Будущее человечества зависит теперь и от того, насколько осознает каждый человек лежащую на всех нас ответственность и перед современниками, и перед нашими потомками.

Конечно, взывать только к сознанию, только к чувству ответственности мало. К сожалению, можно назвать не так уж много стран, где действуют реальные общегосударственные меры против загрязнения биосферы. Одна из таких стран — СССР, где приняты законы об охране природы. Более того, обязанность бережного отношения к природе закреплена в нашей стране конституционно — определена Основным Законом государства.

Законы, основанные на глубоком понимании нашей зависимости от биосферы, помогут решить и проблему комплексного, безотходного производства. Именно государственные установления будут способствовать обществу в том, чтобы оно заинтересовало всех своих членов в необходимости практического решения этой трудной задачи.

Как следствие новых законов — а нам, очевидно, предстоит еще и еще дополнять их и привыкать к ним, — постепенно будет меняться общественная психология, понимание того, что можно и что нельзя в наших взаимоотношениях с природой. Мы, например, только тогда научимся правильно определять общенародную пользу производства, когда сумеем выразить ее в числах. И если окажется, что ущерб, наносимый обществу тем или иным предприятием, больше, чем прибыль, то такой процесс производства вообще не имеет права на существование.

Этот социальный подход возможен для нашего государства. Больше того, только социалистическое государство может осуществить такой подход недоступный правительствам тех стран, где земля и заводы находятся в частном владении.

Ничто другое в мире не обнажает с такой очевидностью необходимость единства людей на Земле, как надвигающийся на нас кризис во взаимоотношениях с биосферой.

Не может быть никаких сомнений в том, что каждый народ, каждое государство беспокоятся прежде всего о своих ресурсах, о своих водах и о воздушном бассейне над своими землями. Но сегодня этого уже недостаточно. Экологическая проблема глобальна, и решить ее в рамках отдельных стран невозможно. Объединить усилия придется самым разным государствам, независимо от их общественного и политического строя. Именно такой подход к делу характерен для Соглашения о сотрудничестве в области охраны окружающей среды, заключенного в 1972 г. между Советским Союзом и Соединенными Штатами Америки, — оно исходит из того (цитирую текст соглашения), что «экономическое и социальное развитие с учетом интересов будущих поколений требует охраны и улучшения окружающей человека среды уже в настоящее время».

Путь этот не будет ни простым, ни легким. Многим странам, в первую очередь самым богатым и промышленно развитым, придется развернуть особые государственные программы по восстановлению того ущерба, который уже нанесен биосфере. Известно, например, что в США на очистку уже загрязненных водных источников нужна будет сумма, достигающая, по некоторым оценкам, 500 миллиардов долларов… И тем не менее национальные и международные программы по проблеме биосферы необходимы, даже если это потребует временного замедления темпов роста промышленного производства.

Мы будем стремиться к тому, чтобы обе части нашего мира — его естественно сложившаяся биосфера и техносфера, созданная нами, — смогли уживаться, дополняя друг друга. Их необходимо совместить, и сосуществование должно быть обязательно мирным, потому что в случае катастрофы потери обеих «сторон» окажутся столь огромными, что неизвестно, удастся ли им вообще уцелеть.

А чтобы достичь такого мирного сосуществования человека и Земли как можно скорее, недостаточно принятых законов, научных исследований, экономических обоснований, инженерных расчетов и единогласия биологов и технологов. Соображения глобальной экологии должны стать самоочевидными для всех людей, должны измениться и миропонимание человечества, и вся общественная психология. Для этого потребуется соответствующее воспитание. Знание законов сосуществования цивилизации с биосферой, представление о «биотехносфере» должно стать — и несомненно станет — само собой разумеющимся для нового поколения. Экология — учение о взаимоотношениях живых организмов — должна быть одним из краеугольных камней науки. Ее будут преподавать от детского сада до университета, формируя новое, «экологическое» мировоззрение.

Забота о будущем лежит в самой основе общественного устройства нашей страны. И мы должны сделать все, чтобы поколение, рождающееся на пороге 2000 года, считало совершенно невозможным уничтожение леса, отравление воздуха, порчу воды… Я верю, что наши дети и внуки забудут о ядовитом дыме над заводскими трубами (а может, и о самих трубах) и об испорченном воздухе городов. Они будут дышать воздухом, богатым кислородом, знать только чистые озера и реки, лишь живой Океан. Сделать такое будущее возможным — первейшее дело всех людей и государств. Только активные действия будут способствовать тому, чтобы дом, в котором мы с вами живем, стал по-настоящему чистым, пригодным для долгой, счастливой жизни человечества.

Природа под охраной

На вопросы отвечает первый заместитель председателя Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике Л. Н. Ефремов

Научно-технический прогресс в нашей стране и в других социалистических странах неотделим от постоянной заботы об охране природы и рациональном использовании природных ресурсов. Огромное внимание проблемам сохранения окружающей среды было уделено на XXV съезде КПСС. Какое место занимают эти проблемы в жизни современного общества? В чем заключаются преимущества социалистического общества перед капиталистическим в постановке и решении глобальных экологических проблем?

Многие проблемы, стоящие ныне перед человечеством, продовольственная, энергетическая, задачи промышленного и социального развития — не могут быть успешно решены без охраны и улучшения природной среды.

Исторический опыт свидетельствует, что наиболее глубоко и полно проблема взаимодействия человека и природы может быть решена в условиях социализма. Отсутствие частной собственности на орудия и средства производства, планируемая социалистическая экономика позволяют всеобъемлюще учитывать разнообразные воздействия человека на природные комплексы, разрабатывать планы развития народного хозяйства страны с учетом экологических требований.

Генеральный секретарь ЦК КПСС, Председатель Президиума Верховного Совета СССР товарищ Л. И. Брежнев отмечал, что «использовать природу можно по-разному. Можно — и история человечества знает тому немало примеров оставлять за собой бесплодные, безжизненные, враждебные человеку пространства. Но можно и нужно облагораживать природу, помогать природе полнее раскрывать ее жизненные силы. Есть такое простое, известное всем выражение «цветущий край». Так называют земли, где знания, опыт людей, их привязанность, их любовь к природе поистине творят чудеса. Это наш социалистический путь».

В докладе Л. И. Брежнева на XXV съезде партии говорилось: «…по мере развития народного хозяйства, роста городов и промышленных центров все больше средств будет требовать сохранение окружающей среды, — только в текущей пятилетке на эти цели выделяется 11 миллиардов рублей. И эта сумма будет увеличиваться». Чем, по вашему мнению, вызвана необходимость увеличения средств на эти цели? Какие мероприятия намечено осуществить в десятой пятилетке для охраны природной среды?

Рост ассигнований на охрану природы — проявление постоянной, всевозрастающей заботы партии, государства о хозяйском отношении к природным ресурсам.

Уместно в этой связи напомнить, что выполнение заданий десятой пятилетки по охране природы позволило значительно расширить объем работ в этой области. Построены сотни километров крупных магистральных ирригационных каналов, орошены сотни тысяч гектаров засушливых земель. Сооружены крупные водохранилища. В строй действующих вступили несколько тысяч комплексов для очистки сточных вод, уменьшился объем молевого сплава, выполнены значительные работы по подъему затонувшей древесины.

Предприятия, которые были введены в строй, оснащены высокоэффективными установками для очистки газов и улавливания пыли. Увеличились площади, где применялись биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений. Практически все основные порты нашей страны оснащены плавучими нефтемусоросборщиками, а в ряде портов построены береговые приемоочистные сооружения. Всего, что осуществлено по охране природы, здесь не перечислить.

Важнейшие задачи природоохранительной работы в десятой пятилетке четко сформулированы в «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976–1980 годы», одобренных XXV съездом КПСС. Здесь речь идет о применении новейших научно-технических средств исследования природных ресурсов, контроля за состоянием окружающей среды, о развитии научных основ разумного использования и охраны почв, недр, растительного и животного мира, воздушного пространства, о резком уменьшении вредного воздействия отходов, о совершенствовании прогнозирования влияния производства на окружающую среду и о многом другом.

На отдельных примерах покажу, что это даст нам уже в ближайшие годы. Широко известно, какую цену в наше время приобретает вода, сколь важно ее разумно использовать. Во всех отраслях промышленности будет осуществляться переход на использование оборотных вод. Значительно увеличится объем сточных вод, очищаемых различными методами. В химической промышленности, несмотря на значительный рост объемов производства, сократятся сброс промышленных сточных вод в водоемы и вредные выбросы в атмосферу, а расход свежей воды на производственные нужды в 1980 г. останется на уровне 1975 г. Все введенные в эксплуатацию новые предприятия оснащены высокоэффективными установками для очистки газов и улавливания пыли.

Большое внимание уделяется подготовке специалистов в области охраны природы. Вузы страны уже начали подготовку специалистов, чьей профессией станет постоянная забота о сохранении биосферы.

Проблема охраны природной среды приобретает ныне интернациональный характер.

Социалистические страны успешно сотрудничают в области охраны природы как на двусторонней основе, так и в рамках СЭВ. За последние годы Советский Союз заключил соглашения о сотрудничестве в этой области и с целым рядом капиталистических стран — США, Англией, Францией, Бельгией, Данией, Финляндией, Канадой, Швецией, Италией, Ираном. Предложения о совместной работе по защите окружающей среды были внесены делегациями СССР, ГДР и Венгрии на общеевропейском совещании по безопасности и сотрудничеству в Европе. Они нашли отражение в Заключительном акте хельсинкского совещания.

Большой международный резонанс вызвало предложение, выдвинутое Генеральным секретарем ЦК КПСС товарищем Л. И. Брежневым, о созыве общеевропейского совещания, посвященного проблемам окружающей среды.

В соответствии с решениями XXV съезда КПСС с целью повышения эффективности научных исследований еще в 1976 г. в нашей стране был проведен переход от координационных планов исследований к научно-техническим программам. Естественно, что это коснулось и научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, связанных с созданием новых экономичных технологических средств и методов предотвращения вредного воздействия различных технологических процессов на природу и человека. Каковы первые результаты работы по научно-техническим программам?

Прежде всего надо отметить, что все эти программы, в том числе по охране природы и рациональному использованию ресурсов, имеют межотраслевой характер. В процессе подготовки они были проанализированы различными подразделениями Госплана СССР, чтобы обеспечить их необходимыми капиталовложениями. Природоохранительные программы нацелены на решение таких задач, как рациональное использование водных ресурсов с учетом переброски части стока северных рек в южные районы страны; разработка новых методов и создание совершенного оборудования для очистки природных и сточных вод, улавливания газовых и пылевых выбросов в атмосферу; утилизация и переработка отходов. В программах предусматривается также создание комплекса приборов и систем контроля за состоянием природной среды. Предусмотрено и проведение исследований по созданию научно обоснованных методических основ стандартизации, разработке прогноза состояния среды на длительный и пятилетний сроки и многое другое.

Кроме программ по охране природы большое количество научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ведется в рамках программ, обеспечивающих технический прогресс в таких отраслях промышленности, как химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая, в черной и цветной металлургии, энергетике и в ряде других областей народного хозяйства.

Приведу лишь несколько примеров.

С 1976 г. успешно развиваются работы по созданию бессточных систем водоснабжения для Тобольского нефтехимического комплекса, Краснодарского комбината биохимических и витаминных препаратов, калушского производственного объединения «Хлорвинил». Ввод в строй этих систем намечен на конец пятилетки. Опыт, накопленный в ходе этого строительства, будет использован для проектирования аналогичных систем и в других отраслях промышленности. Однако уже сегодня на основе имеющейся практики удалось создать первый вариант методических указаний по созданию бессточных систем водоснабжения промышленных предприятий, которые после необходимой доработки будут рекомендованы в качестве обязательных для всех проектных организаций.

Закончено проектирование и начато строительство в городе Можайске сооружений для биологической очистки городских сточных вод с флотационным разделением иловой смеси, что позволит значительно сократить площади под очистные сооружения за счет компактности флотационных камер.

Досрочно создана и разработана в промышленных условиях система очистки и охлаждения газов в производстве нефелина, позволяющая сократить одну ступень очистки и обеспечить соблюдение санитарных норм. Реализация этой системы позволит при реконструкции старых химических комбинатов вдвое сократить площади, занимаемые газоочистными сооружениями.

Важные исследования и технические разработки, в особенности по совершенствованию технологии, проводятся в рамках отраслевых программ.

В нефтехимической промышленности, например, в 1977 г. осуществлено внедрение новых технологических процессов на Кадиевском заводе технического углерода и бакинском заводе «Нефтегаз», а также на Нижнекамском нефтехимическом комбинате. Это позволит прекратить сброс сточных вод за счет их использования в системах оборотного водоснабжения.

В химической промышленности разработан процесс получения серной кислоты под давлением, позволяющий в 2–3 раза сократить выбросы в атмосферу. В 1979 г. на Гомельском химическом заводе планируется ввод в действие опытной установки для отработки указанного метода.

На никелевых предприятиях Министерства цветной металлургии СССР отработаны высокоэффективные процессы очистки газов, что позволило резко уменьшить выброс пыли в атмосферу. Для Ачинского глиноземного комбината выданы рекомендации на реконструкцию газоочистных систем печей спекания. Это позволит не только устранить выбросы, но и даст ощутимый экономический эффект, так как «уловленная» продукция снова будет возвращаться в производство.

В нашей стране создана первая опытная установка, где отслужившие свой срок автопокрышки «превращаются» в технический углерод, а также в ряд жидких и газообразных углеводородов. Дальнейшая отработка этого процесса на опытно-промышленных установках позволит решить одну из сложных проблем утилизации твердых отходов.

Для решения одной из самых грандиозных задач в области перераспределения водных ресурсов научно-исследовательские организации различных министерств и Академии наук разработали основные положения технико-экономического обоснования переброски части стока северных и сибирских рек в Среднюю Азию, Казахстан и южные районы европейской части нашей страны.

Хотелось бы еще заметить, что программы по защите природной среды не суть что-то застывшее, окостеневшее. Они непрерывно совершенствуются. Так, например, за последние два года в задание по разработке новых методов и оборудования для утилизации отходов были введены дополнительные темы по созданию методик экономической оценки эффективности их переработки, а также по организации исследования санитарно-гигиенического воздействия ее на природные и биологические ресурсы. Эта работа, в результате которой задание приобретает полную логическую завершенность, поручена Академии наук Украинской ССР и Министерству здравоохранения Азербайджанской ССР. Минбумпром СССР совместно с другими министерствами и ведомствами в настоящее время завершает выполнение другого дополнительного задания создания и внедрения бессточной системы водоснабжения на Байкальском целлюлозно-бумажном комбинате.

Не остаются без внимания и так называемые вторичные минеральные ресурсы, то есть промышленные отходы. Госкомитет по науке и технике совместно с министерствами приступил к созданию специальной программы, реализация которой позволит не только уменьшить вредное воздействие на природу, но и даст заметную экономию природных ресурсов. Достаточно сказать, что, согласно экономическим расчетам, от полного использования золы и шлаков тепловых электростанций народное хозяйство получит до 400 миллионов рублей в год. Подобный же эффект даст и использование шлаков черной металлургии, фосфоросодержащих шлаков в химической промышленности и многих других отходов.

Но я бы согрешил против истины, если бы остановился лишь на наших успехах в деле охраны окружающей среды. К сожалению, здесь есть еще немало недостатков и нерешенных вопросов.

Министерствам необходимо улучшить контроль и повысить ответственность за своевременный ввод в действие опытных и опытно-промышленных установок по очистке сточных вод и газовых выбросов, по переработке отходов.

Принимая меры для ускорения научно-технического прогресса, необходимо повышать требования ко всем хозяйственным органам и организациям по усилению практической деятельности в области охраны окружающей среды. Борьба за качество в десятой пятилетке предусматривает значительное улучшение и качества окружающей среды, ибо это объективная необходимость в деле более полного удовлетворения материальных и духовных потребностей всех членов социалистического общества.

Известно, что еще в октябре 1917 г. II Всероссийский съезд Советов по предложению В. И. Ленина принял основополагающий законодательный акт Декрет о земле. Знаменитые ленинские декреты о создании заповедников, об охране памятников природы, садов и парков, о лесах, о недрах земли и другие природоохранительные акты были подписаны в тяжелейшие годы гражданской войны. Сегодня правовой порядок охраны окружающей среды в нашей стране основывается прежде всего на Конституции СССР, в соответствии с которой земля и ее недра, леса и воды, богатства растительного и животного мира являются всенародным достоянием. Именно на этих положениях нашего Основного Закона зиждется законодательство СССР и союзных республик по вопросам охраны природной среды. Не могли бы вы подробнее рассказать о современной системе правовой охраны природы и рационального использования природных ресурсов, действующей в нашей стране?

Сохранение, использование и воспроизводство природных ресурсов, бережное отношение к природе — составная часть деятельности социалистического государства, его политики, а качество природной среды, окружающей человека, — существенный элемент его материального благополучия. Эта сторона деятельности Советского государства нашла отражение в новой Конституции СССР. Статья 18 Конституции СССР гласит: «В интересах настоящего и будущих поколений в СССР принимаются необходимые меры для охраны и научно обоснованного, рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воздуха и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей человека среды». Развитие науки и техники не только дает возможность удовлетворить потребности человечества в продовольствии, сырье и энергии, но и создает новые возможности для сохранения, восстановления и улучшения природных условий на Земле.

Незыблемую основу организации наиболее правильного использования природных богатств составляет у нас социалистическая государственная собственность на землю, ее недра, воды, леса. В этом важном деле трудно переоценить также роль политики партии и государства, законов, правовых актов по охране природы, воспитание людей в духе строжайшего соблюдения действующих законов. Рациональному природоиспользованию в нашей стране активно содействуют проводимые в плановом порядке разнообразные организационно-хозяйственные и идейно-воспитательные мероприятия, а также широкая система природоохранительных норм.

За последние годы приняты важнейшие законы и постановления по защите природной среды. Это постановление Верховного Совета СССР (сентябрь 1972 г.) «О мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов», Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах, Основы водного, земельного и лесного законодательства. В стадии завершающей разработки находится проект закона об охране атмосферного воздуха.

ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли важные постановления: о мерах по дальнейшему улучшению охраны природы и рациональному использованию природных ресурсов, о мерах по защите Каспийского моря, бассейнов рек Волги и Урала, сохранению богатств озера Байкал, о предотвращении загрязнения вод Черного и Азовского морей, Балтийского моря и др. Ныне во всех союзных республиках действуют законы об охране природы, согласно которым государственной охране подлежат все природные ресурсы — уже вовлеченные в хозяйственный оборот и те, что еще не эксплуатируются,

Подытоживая огромную работу в этой области, товарищ Л. И. Брежнев подчеркнул на XXV съезде партии: «Мы привели юридические нормы в соответствие с новым уровнем, достигнутым нашим обществом. Были подготовлены законоположения, касающиеся таких сфер жизни, которые раньше оставались вне рамок правового регулирования, как, например, охрана окружающей среды, в том числе водоемов, недр, воздушного пространства и т. д. Очень хорошо, что теперь у нас есть обоснованные юридические нормы, позволяющие целеустремленно вести работу в защиту природы».

Мероприятия по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов стали неотъемлемой частью ежегодных государственных планов экономического и социального развития. Они выделяются в самостоятельный раздел, и по ним установлена соответствующая государственная отчетность.

Таким образом, меры по охране природы и рациональному использованию естественных ресурсов приобретают силу закона для всех органов государственной власти и управления. Улучшение природоиспользова-ния подкрепляется разносторонней пропагандистской и воспитательной деятельностью партийных, комсомольских, профсоюзных и других массовых организаций трудящихся.

В Верховном Совете СССР имеются постоянные комиссии по охране природы. Доклады и предложения этих комиссий в необходимых случаях обсуждаются на сессиях Верховного Совета СССР, в Президиуме Верховного Совета СССР или по его поручению Советом Министров СССР, а также общесоюзными министерствами и ведомствами. Комиссии по охране природы созданы и действуют также в местных Советах народных депутатов.

Совет Министров СССР направляет, координирует и контролирует деятельность министерств и ведомств СССР в области охраны окружающей среды, разрабатывает комплексные мероприятия в масштабе страны, отдельных крупных регионов и принимает соответствующие постановления. Аналогичная работа проводится Советами Министров союзных и автономных республик. На Госплан СССР возложена обязанность рассматривать вносимые министерствами и ведомствами СССР, а также Советами Министров союзных республик годовые и пятилетние планы по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов, обеспечивать материальные возможности для их осуществления.

С целью проверки исполнения законодательства о природе некоторые министерства и ведомства наделены функциями государственного контроля за деятельностью предприятий независимо от их подчиненности. Так, Министерство сельского хозяйства СССР осуществляет контроль за соблюдением законов о земле, правильным ведением охотничьего хозяйства, сохранением и обогащением полезной фауны и флоры, а также по всем вопросам работы заповедников. Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР контролирует рациональное использование вод, выполнение мероприятий по охране водоемов, следит за работой очистных сооружений и сбросом сточных вод. В ряде союзных республик — на Украине, в Белоруссии, Грузии, Азербайджане, Литве и Молдавии образованы республиканские комитеты по охране природы. Недавно создан Государственный комитет СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды.

Научно-технический прогресс в области охраны среды в нашей стране обеспечивается также программами ГКНТ, в соответствии с которыми разрабатываются новые высокоэффективные методы очистки сточных вод, газовых выбросов, переработки отходов, создается система контроля состояния окружающей среды, комплексно решаются задачи улучшения использования водных ресурсов, а также изучаются многие другие вопросы природоохранительной деятельности.

Важные задачи по научному обоснованию принимаемых решений, в выработке единой технической политики в области охраны природы возложены на созданный при Государственном комитете СССР по науке и технике Междуведомственный научно-технический совет. В его составе — ведущие специалисты и ученые в области наук о Земле, медицины, градостроительства, знатоки промышленной технологии, эксперты по охране земельных, водных, лесных и других биологических ресурсов. Членами этого совета являются также партийные, государственные и общественные деятели.

На своих заседаниях совет рассматривал такие вопросы, как ограничение влияния сточных вод целлюлозно-бумажного комбината на озеро Байкал, проблемы окружающей среды в районе Кавказских минеральных вод, состояние заповедников нашей страны. Были также изучены различные методики экономической оценки природных ресурсов. «Конечная продукция» Междуведомственного научно-технического совета — конкретные предложения для директивных органов.

В Академии наук СССР также работает научный совет по проблемам биосферы. Он координирует усилия многих научных учреждений, разрабатывающих теоретические аспекты проблемы рационального использования и охраны естественных ресурсов, методы экономической и экологической оценки их использования.

В настоящее время совет при ГКНТ разрабатывает комплексный научно-технический прогноз возможных изменений в биосфере на ближайшие 20 30 лет. Он будет служить научной основой для всех природоохранительных мероприятий, проводимых в СССР.

Несколько слов о деятельности общественных организаций, связанных с охраной окру-жающей среды. Широко известна работа Всесоюзного совета научно-технических обществ и его органов и первичных организаций НТО. Так, например, Академией наук СССР вместе с ВСНТО в 1977 г. была проведена 1-я Всесоюзная конференция «Научно-технические основы безотходного производства», которая имела большое значение для дальнейшего совершенствования технологических процессов, исключающих вредное воздействие на биосферу. Члены НТО активно содействуют выполнению мероприятий по охране природы, разрабатывают многие инженерные решения, осуществляют общественный контроль за строительством и эксплуатацией очистных сооружений. Много делают в этом направлении Всероссийское общество охраны природы, насчитывающее в своих рядах более 26 миллионов членов, а также общества охраны природы в других союзных республиках. Разностороннюю пропагандистскую работу в области охраны природы ведут организации общества «Знание».

В одной беседе трудно осветить все стороны многогранной работы по охране природы, проводимой в нашей стране. В заключение хотелось бы еще раз подчеркнуть, что забота о сохранении природных богатств стала у нас воистину всенародным делом. И она должна из года в год усиливаться, становиться более действенной, эффективной. Этого требуют интересы коммунистического строительства, к этому призывают решения XXV съезда КПСС.

«Не только мы, но и последующие поколения должны иметь возможность пользоваться всеми благами, которые дает прекрасная природа нашей Родины» — эти слова Л. И. Брежнева как нельзя лучше характеризуют курс на охрану природы и ее ресурсов, который был взят партией с первых лет существования нашего государства и который сегодня неуклонно проводится в жизнь.

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Биосфера — от греческих слов «биос» (жизнь), «сфера» (шар), буквально — «сфера жизни». Биосфера — одна из земных оболочек, пространство, где обитают или обитали в прошлом живые организмы. Она охватывает тропосферу (нижний слой атмосферы высотой 10–15 км), гидросферу (водную оболочку), а также часть литосферы — твердой оболочки Земли до глубины 2–3 километров.

От состояния биосферы непосредственно зависит существование человека, так как зеленые растения, составляющие неотъемлемую часть биосферы, аккумулируют солнечную энергию в сложных органических соединениях, обеспечивая тем самым пищей животный мир нашей планеты, в том числе и человека. Биосфера является единственным каналом, через который к человеку поступает энергия, необходимая для жизни.

Создателем учения о биосфере является выдающийся русский и советский ученый, академик В. И. Вернадский. Наряду с биосферой он ввел также понятие ноосферы — материальной оболочки Земли, меняющейся в результате воздействия человека. «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого… Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете», — писал он.

Глобальные проблемы — проблемы, связанные с изучением природных или других процессов и явлений, охватывающих всю нашу планету. К числу подобных процессов относятся, например, атмосферные явления, определяющие изменения погоды и климата. Для познания закономерностей глобальных процессов их необходимо изучать в масштабах всей Земли, вести одновременные наблюдения определенных явлений по единой программе. Во второй половине XX столетия был осуществлен ряд подобных международных научных мероприятий, в которых приняли участие ученые многих стран. К их числу относятся Международный геофизический год (МГГ), Международный год спокойного Солнца (МГСС), а также ряд других международных исследований. В 1979 г. намечается провести глобальный эксперимент по изучению метеорологических процессов. В течение нескольких месяцев наблюдения по согласованной программе предполагается одновременно вести на всем земном шаре.

Магнитные полюса и магнитная ось Земли — изучение магнитного поля Земли показало, что в первом приближении оно совпадает с полем магнитного диполя (магнитный диполь — магнит, состоящий из двух жестко связанных друг с другом магнитных зарядов, положительного и отрицательного, то есть северного и южного), находящегося в центре Земли. Ось этого диполя расположена под углом 11° к направлению оси вращения нашей планеты. Поэтому точки пересечения оси диполя с поверхностью Земли — магнитные полюса не совпадают с положением географических полюсов, хотя и находятся от них не так далеко.

Согласно современным представлениям, земной магнетизм порождается в результате самовозбуждения магнитного поля вследствие движения электропроводящего вещества в ядре Земли (так называемый динамо-эффект).

Палеомагнетизм, или остаточный магнетизм. Им обладают многие горные породы, из которых состоит земная кора. Его возникновение относится к тем временам, когда эти породы, изверженные из земных недр, находились в разогретом состоянии. Под действием земного магнитного поля происходило их намагничивание. При остывании направление этого поля как бы закрепляется в веществе и впоследствии может быть обнаружено. Следы магнитного поля Земли хранятся и в осадочных породах. Когда мелкие зерна осадочных пород оседают на дно водоемов, они ведут себя подобно маленьким магнитным стрелкам, ориентируясь в соответствии с направлением земного магнитного поля в данном месте.

Сопоставляя эти данные с возрастом тех или иных пород, который определяется одним из имеющихся в распоряжении ученых методов, можно установить, какое направление имело в том или ином районе нашей планеты земное магнитное поле в определенные исторические эпохи.

Тектоника — тектонические процессы — процессы, протекающие в земной коре (ее толщина — несколько десятков километров: около 35 км на материках, 5–7 км под дном океанов) и связанные с движениями вещества, происходящими под влиянием различных причин. С тектоническими процессами, в частности, связаны такие катастрофические явления природы, как землетрясения.

Техносфера — физико-географическая среда, преобразованная человеком и предельно насыщенная продуктами человеческой деятельности.

Микромир

I. В глубины вещества

«Странный» мир

В этой главе мы познакомимся с некоторыми достижениями одной из наиболее фундаментальных областей современного естествознания — физики микромира, занимающейся изучением строения материи на уровне микропроцессов — атомов, атомных ядер и элементарных частиц.

Пожалуй, нет другой области науки, где бы с такой отчетливостью и убедительностью происходила периодическая смена представлений, где бы «привычное» постоянно уступало место «непривычному», иногда весьма странному, где бы углубление знаний неуклонно вело ко все большему отходу от «наглядного», к отрыву от непосредственно окружающей нас реальности и где бы, несмотря на все это, неизменно умножалось число все более кардинальных практических приложений. По существу, вся короткая история атомной физики и физики элементарных частиц — сплошная цепь удивительных открытий.

По мере все более глубокого проникновения в тайны строения материи физика неоднократно сталкивалась с явлениями, которые вначале казались исключительными, парадоксальными. Например, теория относительности А. Эйнштейна показала, что с увеличением скорости масса тел не остается неизменной, а растет, что не существует единого времени — его течение происходит по-разному в различных материальных системах, движущихся относительно друг друга.

С не менее удивительными фактами столкнулась и атомная физика. В частности, выяснилось, что в области так называемых молекулярно-атомных процессов, характеризующейся пространственно-временными интервалами 10–6–10–11 см и 10–17–10–22 секунды, невозможно одновременно точно определить скорость движения микрочастицы и ее положение в пространстве (так называемый принцип неопределенности). Таким образом, оказалось, что движение микрочастиц (например, электронов в атомах) существенным образом отличается от движения обычных макроскопических тел, которые всегда в тот или иной определенный момент занимают вполне определенное положение в пространстве и обладают вполне определенной скоростью.

Тем самым уже на одном из начальных этапов проникновения в микромир обнаружилось, что привычные понятия классической механики не только не могут быть автоматически перенесены на микроявления, но и совершенно недостаточны для их описания.

Проникновение в тайны строения атомов потребовало экспериментов с энергиями от нескольких электрон-вольт до сотен тысяч электрон-вольт. Когда же были достигнуты еще более высокие энергии — до сотен миллионов и, наконец, миллиардов электрон-вольт, — то оказалось, что при таких энергиях поведение микрочастиц отличается уже не только от поведения макроскопических тел, но и от поведения элементарных частиц в обычных условиях, например электронов в атомах.

Было обнаружено, что при достижении определенного, достаточно высокого уровня энергии начинаются сложные взаимопревращения частиц. Частицы одних типов превращаются в частицы других типов.

В течение последних десятилетий эта область науки бурно прогрессировала. Еще какие-нибудь 20 лет назад физикам было известно всего около десятка элементарных частиц и казалось, что именно из этих частиц и состоят все объекты окружающего нас мира. Но затем благодаря введению в строй гигантских ускорителей и применению электронно-вычислительной техники было открыто множество новых частиц, и сейчас их число измеряется сотнями.

На первых порах мир элементарных частиц казался разрозненным — в нем трудно было усмотреть общие закономерности, связывающие различные частицы между собой. Однако в результате усилий сначала экспериментаторов, а затем и теоретиков удалось обнаружить некоторые закономерности, позволяющие систематизировать элементарные частицы и построить их классификацию, подобную периодической системе Менделеева. И подобно тому как система Менделеева позволила предсказать существование неизвестных химических элементов, система элементарных частиц, построенная физиками, дала возможность предсказывать новые неизвестные явления, открывать новые частицы с весьма необычными свойствами.

Теория элементарных частиц наряду с астрофизикой всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира. В частности, современная теория элементарных частиц не только знакомит нас со все новыми и новыми объектами, но и подводит к новым представлениям о том, что такое элементарность. Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем — от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим повседневным здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше и сложнее любой из составляющих его частей.

Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Так, протон на очень короткое время распадается на протон и пи-мезон, а каждый пи-мезон — на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас представление об элементарности.

Эти новые представления, разумеется, весьма необычны. Но в том, что по мере проникновения в тайны микроявлений подобные необычные представления возникают, нет ничего неожиданного. Теория элементарных частиц по мере своего развития ведет нас в глубины «все более странного мира», к открытию все более необычных, диковинных явлений. Но еще В. И. Ленин подчеркивал, что открытие диковинных явлений — «это только лишнее подтверждение диалектического материализма»[20].

Казалось бы, развитие физики, и в первую очередь тех ее разделов, которые изучают строение материи, должно «автоматически» служить укреплению атеизма, подрывать позиции религии.

Однако в действительности все обстоит значительно сложнее. Когда воздвигнутая классической физикой стройная картина, в которой все было строго определено и не оставалось места для каких-либо сверхъестественных сил, уступила место более глубокой, но зато и более сложной картине, «нарисованной» физикой XX столетия, теоретики богословия заметно оживились. Из революции, совершившейся в физике, они постарались сделать нужные им выводы: если классическая физика, отрицавшая идею бога, оказалась несостоятельной, значит, несостоятельны вообще любые попытки отрицать существование бога с точки зрения науки.

Как известно, в процессе становления новой физики выяснилось, что применение физических понятий за границами их применяемости неизбежно ведет к неполному и даже неверному описанию реальной действительности. Следовательно, в природе всегда существует некоторый круг явлений, описание которых остается за пределами возможностей современной науки. По-своему толкуя это бесспорное обстоятельство, теологи сделали вывод о том, что существует и такая область, в которую науке не удастся проникнуть никогда, — область сверхъестественного.

«У науки есть свои пределы… — утверждал известный теоретик православия митрополит Николай. — Но есть другая область, область другого, особого знания — это область веры»[21].«…Откровение вступает в действие там, где наука теряет возможность что-либо объяснить», — провозглашает, например, один из видных теоретиков современной католической церкви, епископ О. Шпюльбек.

Однако все разговоры о пределах, о том, что за этими пределами будто бы исчезает материя, что существуют нематериальные, сверхъестественные силы, лишены какого бы то ни было основания. Конечно, возможность ссылаться на «нечто», что недоступно пока научному объяснению, у богословов сохранится всегда. Но может ли факт существования явлений, еще не познанных, служить сколько-нибудь серьезным аргументом в пользу религии?

Разумеется, нет. Тем более что весь опыт развития естествознания вообще и физики в частности убеждает в том, что не познанное сегодня затем неизменно получает естественное объяснение и экспериментальное подтверждение, сводится к естественным объективным закономерностям окружающего мира. Это правило не знает исключений.

Не оставляют богословы попыток толковать в пользу религии и некоторые выводы современной физики.

Как известно, главными основами науки являются законы сохранения: закон сохранения энергии, сохранения заряда, сохранения импульса, сохранения барионного числа и т. д.

Они лежат и в фундаменте теории элементарных частиц. В частности, исходя из того, что не может нарушаться закон сохранения энергии, физики предсказали существование такой частицы, как нейтрино.

«Однако закон сохранения энергии, — заявляет все тот же епископ Шпюльбек, — не имеет больше… всеобщей силы. С тех пор как стало известно, что энергия может излучаться из массы и, наоборот, энергия протонов может превращаться в массу, закон сохранения получил тяжелый удар. Массу необходимо рассматривать как форму энергии…» И это написано в 1957 г., то есть тогда, когда физики на страницах множества книг и брошюр популярно разъясняли, что ни о каком переходе массы в энергию нет и не может быть речи, что в действительности совершается переход вещества в излучение (поле), то есть переход одной формы материи в другую, при которой выделяется некоторое количество энергии.

Другие богословы используют более отвлеченные рассуждения для нападок на принцип сохранения. Никто не может доказать, утверждают они, что со временем не будут открыты такие факты, которые окажутся несовместимыми с принципом сохранения…

Может ли на самом деле произойти что-либо подобное? В принципе это возможно, то есть может быть, что сохранение как свойство материи также имеет свои определенные границы и в природе существуют условия, при которых это свойство не проявляется. Однако последовательный материалист и диалектик не увидит в этом факте ничего угрожающего его взгляду на мир. В конце концов важно не то, подчиняется или не подчиняется то или иное явление законам сохранения, а то, что любое явление всегда и во всех случаях подчиняется тем или иным объективным принципиально познаваемым законам.

Это положение, непосредственно вытекающее из принципа единства мира, носит фунда

ментальный характер. Оно имеет первостепенное, можно сказать, решающее значение для естествознания, для всего процесса познания человеком мира. Важно подчеркнуть и обратное. Тот факт, что в действительности реальный мир, даже такие его сокровенные глубины, как элементарные частицы и атомные ядра, на практике поддается научному исследованию, — наиболее убедительное свидетельство в пользу его материального единства, отсутствия области действия сверхъестественных сил.

Развитие физики микромира, несомненно, еще поставит перед наукой немало сложных философских и методологических проблем. Но, опираясь на основополагающие работы В. И. Ленина в области философии естествознания, ученые-материалисты, безусловно, смогут правильно осмыслить любые новые явления природы.

Явлениям микромира в нашей естественнонаучной атеистической пропаганде, к сожалению, уделяется значительно меньше места, чем астрономии или физике вообще. Причина ясна. Как известно, религия, уделяя весьма значительное внимание вопросам мироздания, положения Земли и человека во Вселенной, строения Солнечной системы и движения небесных тел, почти совершенно не касалась вопросов строения материи, особенно глубинного. Это объясняется тем, что космос привлекал пристальное внимание людей еще много веков тому назад. Атомная же физика и физика элементарных частиц, реально показавшие всю неисчерпаемость, противоречивость и многообразие микромира, появились, по сути, лишь в начале XX в. Популяризация диалектико-ма-териалистического осмысления достижений науки в сфере микромира — насущная задача атеистической пропаганды, тем более, что теологи и идеалисты всех мастей при каждом удобном случае стараются обратить в свою пользу открытия в этой области знания.

Ученые дают интервью

Неклассическая наука и современный рационализм

На вопросы отвечает профессор Б. Г. Кузнецов

В последние годы в ряде стран резко усиливаются нападки на разум и науку. Их рассматривают как угрозу человечеству и противопоставляют им алогическое мышление и религиозную веру. На чьей стороне в этом вековом споре между защитниками и противниками разума теория относительности и квантовая механика?

На стороне разума. Более того, современная неклассическая физика дает рационализму такие аргументы, каких он никогда еще не получал от науки. Вместе с тем она требует от рационализма, от апологии разума дальнейшего развития. Теория относительности изменила представление об евклидовой геометрии мира — многовековую основу рациональной познаваемости Вселенной. Напомню, что Достоевский в «Братьях Карамазовых» говорил об евклидовой геометрии мира как о рациональной схеме мироздания и о неевклидовой — как об иной, но также рациональной его схеме. Квантовая механика изменила саму логику рационального, научного мышления. Когда-то Лаплас писал, что человеческий разум испытывает меньше трудностей, когда он продвигается вперед, чем тогда, когда он углубляется в самого себя. Наука сейчас подошла к периоду очень быстрого «углубления разума в самого себя», очень быстрого перехода от одного логического строя к другому, от одного стиля научного мышления к другому.

Нужно подчеркнуть, что и в современной науке, стоящей на пороге систематического анализа парадоксальных процессов в космосе и в ультрамикроскопическом мире, и в современной культуре в целом речь идет не об отказе от рационалистического анализа, от детерминизма, не о каких-либо границах познания. Речь идет о более сложном, более парадоксальном рационализме, о более сложном детерминизме, о новых, еще более далеких от классических эталонов путях познания.

Мне кажется, в XX в. неклассическая физика перешла от характерного для науки XIX в. игнорирования элементарных процессов в макроскопической картине мира к переносу центра тяжести на индивидуальное, на то «элементарное», которое стало в современной науке очень сложным и тесно связанным с космическими процессами, со Вселенной в целом. Сейчас такая тенденция в физических представлениях о космосе и микрокосме стала еще более отчетливой. — С другой стороны, сейчас яснее видна связь неклассической физики с преобразованием энергетики и технологии, с характером труда, со стилем современного мышления, с судьбами современной культуры в целом.

Современный рационализм физической теории не может ограничиться познанием законов бытия, он включает трансформацию познавательных норм, логических правил, аксиом самого познания, и вместе с тем он ведет к рациональному преобразованию бытия. Классическая физика, и прежде всего законы механики, изложенные в «Математических началах натуральной философии» Ньютона, в известном смысле претендовали на роль вечных скрижалей науки. Большинство мыслителей XVIII–XIX вв. думали, что законы механики Ньютона представляют собой незыблемый фундамент естествознания. Классическая наука — это не только определенные аксиомы, но и уверенность в том, что это действительно аксиомы. Что же такое неклассическая физика? Иногда ее определяют чисто негативным образом: она «не классическая», в общем случае она отказывается от фундаментальных постулатов, из которых исходит классическая физика.

Но это лишь часть дела. С новыми открытиями в физике изменилось не только представление о самой науке. Теория относительности и квантовая механика не только заменили старые фундаментальные физические законы новыми. Эти новые законы уже не претендовали на окончательное решение основных проблем бытия.

В XIX в. Гельмгольц видел высшую и конечную цель науки в сведении всей картины мира к центральным силам, полностью подчиненным механике Ньютона. Современный же физик вообще не ставит перед собой какой бы то ни было окончательной цели. Подобные иллюзии утеряны навсегда. Неклассическая физика — это здание, которое не только растет вверх, но и углубляется в поисках все более глубокого фундамента, который, однако, никогда не будет последним.

Каждая эпоха в науке характеризуется некоторыми идеалами физического объяснения природы. Современный идеал науки отличается от классического не только своим содержанием, но и своей динамичностью. Современная наука даже в том идеале объяснения мира, к которому она стремится, видит нечто меняющееся уже на глазах одного поколения.

В чем же состоит этот динамический идеал науки второй половины XX в.? В чем состоят связанное с этим идеалом радикальное обновление стиля фундаментальных исследований и те новые принципы науки, которые несут в себе зародыш новой, послеатомной цивилизации?

Исходная область новой научной революции — теория элементарных частиц. Видимо, ближайшая ступень этой теории будет состоять в систематизации уже известных частиц и тех, что будут открыты. Есть также основания думать, что общей тенденцией дальнейшего развития науки будет уже наметившаяся тенденция, направленная к объяснению известных из эксперимента основных свойств элементарных частиц, к ответу на вопрос, почему частицы данного типа обладают именно такими, а не другими массами и зарядами.

Второй путь, который ведет к принципиально новым основаниям научной картины мира, — это современные космология и астрофизика. Оба эти пути все больше сливаются в один.

При рациональной организации общества этот путь развития науки приводит к существенному преобразованию роли человеческой личности: человек становится инициатором радикальных преобразований картины мира, характера труда, структуры производства, баланса используемых природных ресурсов. Современное учение о пространстве, времени, движении, веществе и жизни, наиболее фундаментальные исследования, которые иногда называют меганаукой, становятся непосредственным импульсом для самых радикальных, технических, экономических и экологических трансформаций. Отсюда — небывалый интерес в очень широких кругах к физике, к ее воздействию на другие науки, к возникновению и развитию неклассической науки, которая получает от современной физики импульсы, заимствует у нее понятия, применяет и конкретизирует ее выводы. И этот широкий интерес является существенным вкладом в современную идейную борьбу. Он направлен против иррационализма, он укрепляет доверие к разуму, он дает очень важную гарантию прогресса современной культуры.

По-видимому, практическое применение неклассической физики является одной из основ того интереса, о котором вы говорите?

Да, конечно. Важно отметить, что для такого применения требуется очень смелая постановка собственно познавательных задач. Здесь важны уверенность в том, что фундаментальные исследования не могут не принести важных практических результатов. Но эти результаты далеко не всегда можно предвидеть. Когда экспериментатор хочет установить новую, еще неизвестную закономерность, результат предстоящих исследований не может быть заранее известен. Когда мыслитель обдумывает кардинальные вопросы, на которые дадут ответы новые ускорители или новые телескопы, каждый из этих будущих ответов может поставить под сомнение самый смысл заданных вопросов. И во всяком случае, каждый такой ответ может быть совершенно неопределенным в смысле практических выводов. В космос и в микромир человека прежде всего ведет стремление к решению познавательных задач. Каковы бы ни были возможные практические результаты будущих астрофизических исследований или сооружения сверхмощных ускорителей элементарных частиц, отнюдь не эти результаты, которые нельзя определить заранее, служат непосредственным стимулом указанных исследований.

Теория относительности стала источником такого радикального практического результата, как атомная энергетика, именно благодаря общему, отвлеченному и чисто познавательному характеру поставленных в начале столетия вопросов о пространстве, времени, движении, массе, энергии… Сейчас перед наукой, и в первую очередь перед физикой элементарных частиц и астрофизикой, стоят еще более общие и еще более фундаментальные вопросы. И они, конечно, будут решаться независимо от определенности их будущих практических приложений.

Поэтому принципиальная уверенность в ценности разума, в ценности науки так важна сейчас для темпа исследовательской работы в области фундаментальных наук.

Все же можно ли сейчас нарисовать хотя бы самые общие контуры тех сдвигов в производстве, которые вызовет фундаментальная наука в ближайшие десятилетия?

Перспективы, скажем, до 2000 г. просматриваются довольно ясно и однозначно. К указанному сроку атомная энергетика станет преимущественной компонентой электроэнергетического баланса. Она будет опираться на реакторы-размножители, которые дают больше ядерного горючего, чем потребляют его. К этому времени основой технологии станет квантовая электроника. Кибернетика будет введена в основные производственные процессы. Молекулярная биология и особенно радиационная генетика позволят преобразовать органическую жизнь. Химия приблизится к возможности делать «все из всего» и коренным образом изменит сырьевую базу производства. Экономический эффект: в нашей стране производительность труда будет возрастать не только с большой скоростью, но и с непрерывным ускорением.

Что же касается более далеких прогнозов, которые еще не обрели хронологической определенности, то для них исходным пунктом являются теоретические коллизии современной физики и некоторые экспериментальные направления. Сейчас физика занята подготовкой вопросов, которые будут заданы природе с помощью новых, чрезвычайно мощных ускорителей частиц. Я имею в виду ускорители, которые будут превосходить самые мощные современные установки в десятки раз. Они дадут возможность проникнуть в очень малые пространственно-временные области — порядка 10–13 сантиметра и 10–24 секунды. Можно ожидать, что в этих областях наука столкнется с принципиально новыми явлениями. В частности, есть основания предполагать, что здесь частицы не движутся в обычном смысле, а возникают и исчезают, то есть основная проблема состоит не в поведении, а в бытии частиц.

Очевидно, развитие этого направления потребует не только огромных экспериментальных, но и весьма больших интеллектуальных усилий, преобразования логики научного мышления. А это в свою очередь не может не сказаться на общем интеллектуальном потенциале науки.

В свое время теория относительности не только привела к таким практическим выводам, как использование внутренней энергии атомного ядра, но и оказала заметное воздействие на цивилизацию вообще преобразованием самого стиля научного мышления. Современная физика, опираясь на изучение микромира и космоса, идет к еще более радикальному преобразованию научного мышления.

Можно ли сейчас сказать что-либо определенное о возможностях человеческой цивилизации, когда она овладеет тайнами микромира? Как будет выглядеть эта «послеатомная» цивилизация — эпоха, которая наступит тогда, когда практическое применение получат не только достижения атомной физики, но и физики элементарных частиц?

Контуры «послеатомной» цивилизации можно наметить лишь весьма неопределенно. Однако не исключено, что центральную роль в практических применениях «послеатомной» физики будут играть процессы трансмутации частиц, в том числе аннигиляции пар частица — античастица.

Сейчас такие процессы относятся к числу довольно экзотических. Но весьма вероятно, что именно они станут исходным научно-техническим звеном «послеатомного» века, подобно тому как экзотические для конца 30-х годов процессы деления ядер урана стали исходным звеном атомного века.

Процессы трансмутации частиц в принципе могут освободить всю энергию, соответствующую всей массе покоя вещества. Это примерно в тысячу раз больше, чем при делении ядер урана.

Если удастся изолировать античастицы, отделив их от частиц, мы получим аккумулятор, который сможет накапливать в каждом грамме вещества 9·10^20 эрг энергии. Подобные сверхаккумуляторы найдут себе применение в космических кораблях и позволят достичь периферии Солнечной системы, а может быть, даже выйти за ее пределы.

С помощью достижений физики элементарных частиц станет возможной аккумуляция энергии в очень малых по размерам приборах, в которых на миллиметровых или еще меньших уровнях создаются мощные электромагнитные поля, высокие напряжения, температуры, давления… Высокоэнергетическая миниатюризация может радикально изменить всю технологию и силовой аппарат производства. Подобные сверхаккумуляторы найдут широкое применение и в медицине.

По-видимому, мир, который открывается перед современной физикой, — это все более «странный» мир?

Да, это так, но «странность» его — особая, специфическая для нашего времени. Очень крупные, эпохальные открытия всегда раскрывали «странную», непривычную, парадоксальную реальность. Такой реальностью была, например, гелиоцентрическая система.

Парадоксы неевклидовой геометрии стали парадоксами бытия, схемой реального «странного» мира в нашем столетии в рамках общей теории относительности и релятивистской космологии. Но даже не в этом специфическая «странность» современной картины мира. Сейчас новые фундаментальные представления о мире не перестают быть странными, не становятся традиционными. Из всех исторических традиций науки современная физика берет прежде всего «традицию антитрадиционализма» и делает ее необходимым условием научного творчества. Но именно в этом — отличие разума от рассудка: немецкая классическая философия присвоила рассудку функцию подведения наблюдений под известные законы, а разуму — функцию изменения законов. Современная наука (именно в этом «странность» ее результатов, именно в этом — смысл понятия «меганаука», именно в этом — основа характерной для нашего времени связи фундаментальных исследований с практикой) — апофеоз разума. И тем самым — беспрецедентное исключение иррационализма во всех его модификациях из современной культуры.

Д. А. Франк-Каменецкий

От мегамира к микромиру[22]

Какое значение для теории происхождения химических элементов имеет открытие новых необычных объектов во Вселенной, излучающих громадные количества энергии, в частности квазаров?

Эта проблема принадлежит к числу еще не решенных вопросов современной астрофизики. Существует довольно распространенная точка зрения, согласно которой для решения всех вопросов, связанных с происхождением элементов, достаточно рассмотрения процессов, происходящих в звездах. Что же касается космических процессов катастрофического характера (в частности, взрывных явлений), то они здесь ничем помочь не могут.

Однако я не согласен с подобной точкой зрения. Дело в том, что за последнее время накопился ряд данных, заставляющих предположить, что мы знаем еще далеко не все космические процессы, ответственные за фактически наблюдаемое распределение химических элементов во Вселенной. Вот хотя бы «проблема гелия». Согласно теории расширяющейся «горячей» Вселенной, в космических объектах должно содержаться не меньше 25–30 процентов гелия. Данные же астрономических наблюдений дают более низкое число — не больше 20 процентов. Известны отдельные звезды, в которых содержание гелия еще значительно ниже. С другой стороны, привести к почти полному разрушению гелия термоядерные процессы не могут. В связи с этим возникает подозрение, что в дозвездной стадии существования материи, теорию которой развивает В. А. Амбарцумян, могли происходить не термоядерные процессы, а процессы, связанные с очень высокой концентрацией электромагнитной энергии, способные приводить к разрушению гелия.

Вторая проблема — это «проблема дейтерия», тяжелого водорода. Дело в том, что в «земном» водороде содержится около одной шеститысячной доли дейтерия. Как известно, водород — самый распространенный химический элемент во Вселенной. Однако содержание в нем дейтерия пока еще точно неизвестно. Но если оно совпадает с тем, что мы наблюдаем в земных условиях, возникает трудноразрешимая задача. Ведь при термоядерных реакциях в недрах звезд дейтерий очень быстро уничтожается, «выгорает». Между тем одна шеститысячная — это очень высокий процент содержания дейтерия в водороде. И если химические элементы образуются исключительно при термоядерных реакциях в звездах, то совершенно непонятно, как эти реакции могли обеспечить столь высокий процент.

Правда, высказывается предположение, что «земной» дейтерий образовался в результате так называемых холодных плазменных процессов в процессе образования Солнечной системы и, следовательно, его должно быть больше, чем вообще в космосе. Однако подобная гипотеза имеет много уязвимых мест. В частности, в реакции, о которой идет речь, должны принимать весьма существенное участие так называемые тепловые нейтроны. Но если бы таких нейтронов в период формирования Земли действительно было много, то некоторые редкоземельные элементы, поглощая их, должны были бы исчезнуть. А они существуют…

Так что есть основания ожидать, что и во Вселенной процент содержания дейтерия в водороде приближается к одной шеститысячной. Если наблюдения покажут, что это в самом деле, так, мы получим весьма убедительное свидетельство в пользу того, что химические элементы образуются не только при термоядерных реакциях в звездах, но и в результате плазменных процессов — холодного ускорения частиц.

Какую же роль во всем этом играют квазары?

Как известно, квазары являются источником очень мощного радиоизлучения. Согласно современным физическим представлениям, оно возникает при движении релятивистских электронов в мощных магнитных полях (так называемое синхротронное радиоизлучение). Однако в мощных магнитных полях могут ускоряться не только электроны, но и атомные ядра. А значит, создаются условия для холодных ядерных реакций.

Существует ли связь между изучением термоядерных, процессов во Вселенной и исследованиями физиков по управляемым термоядерным реакциям?

Исторически эти проблемы связаны между собой очень тесно. Ведь сама мысль о возможности земного технического применения термоядерных реакций возникла в результате изучения источников звездной энергии. На первых порах физики, работавшие в этой области, широко пользовались в качестве исходных данных количественными закономерностями, выведенными при изучении термоядерных реакций в звездах. Однако в дальнейшем эти две области исследований — наука о звездной плазме и об управляемых термоядерных реакциях — довольно сильно разошлись.

Дело в том, что существенно различается физика этих процессов. В звездах плазма удерживается мощной силой тяготения. В искусственных же условиях подобным методом воспользоваться нельзя, так как для этого потребовались бы гравитационные силы, в сотни раз превосходящие силу тяготения Земли. Земная физика пошла другими путями для удержания плазмы, она, например, стремится использовать электромагнитное поле[23].

Более общий вопрос: считаете ли вы, что все основные физические законы уже открыты и любое новое явление может быть объяснено с их помощью?

Конечно нет! Такому предположению противоречит хотя бы то обстоятельство, что физики непрерывно открывают все новые и новые элементарные частицы, общая полная теория которых пока не построена.

Это ответ на ваш вопрос, так сказать, с точки зрения эксперимента. Если же взглянуть на дело с точки зрения теории, то во всяком случае современная физическая теория не может считаться внутренне замкнутой. Существует теория, описывающая квантовые явления, но не включающая гравитации, и гравитационная теория, не включающая квантовых явлений[24].

Как, по вашему мнению, должно сказаться на мировоззрении современного человека то обстоятельство, что развитие фундаментальных физических представлений все еще совершается вопреки здравому смыслу?

По существу, так было всегда. Вспомните хотя бы историю с антиподами. Разве легко было в свое время нашим предкам привыкнуть к мысли о том, что где-то на другой стороне Земли люди ходят «вниз головой»? Разве это не противоречило здравому смыслу того времени?

Разница состоит лишь в том, что сейчас наука развивается быстрее и потому приходится гораздо чаще, чем прежде, приспосабливаться к новым идеям.

Я хотел бы подчеркнуть следующее. Идеалисты, как объективные, так и субъективные, считают, что все законы природы заложены в некоем духе мировом или в духе данного индивидуума. Но если бы дело действительно обстояло так, то в любых самых экстравагантных законах природы мы не должны были бы видеть ничего противного нашему здравому смыслу. То обстоятельство, что науки, и в первую очередь физика элементарных частиц, все чаще открывают законы и закономерности, вступающие во все большие противоречия со здравым смыслом, на мой взгляд, является одним из самых убедительных аргументов против религиозно-идеалистической точки зрения. Это свидетельствует о том, что сознание формируется под влиянием внешнего мира, а не наоборот.

Какие идеи в современной теоретической физике, на ваш взгляд, представляются наиболее интересными?

Лично мне весьма импонирует идея так называемых квазичастиц. Как известно, современная теоретическая физика исходит из идеи квантово-волнового дуализма. Элементарная частица рассматривается либо как частица, либо как волновой процесс. С другой стороны, любой волновой процесс можно «проквантовать», то есть разложить на частицы. Именно так в физике появились «частицы» света — фотоны, «частицы» тяготения — гравитоны и т. п.

В то же время любой вообще физический процесс может быть представлен как волновой, а следовательно, и проквантован. В этом смысле можно говорить о звуковых «частицах» — фононах, о плазменных «частицах» — плазмонах и т. д. Рассмотрение подобных «частиц» или, лучше сказать, квазичастиц имеет важное значение. Во-первых, оно лишает элементарные частицы их особых привилегий и позволяет взглянуть на разнородные физические явления с единой точки зрения. Во-вторых, изучение свойств квазичастиц имеет для современной физики ничуть не меньшее значение, чем исследование свойств элементарных частиц.

В связи с квазичастицами я хотел бы подчеркнуть еще одно, как мне представляется, чрезвычайно важное обстоятельство. Быть может, самая великая революция в физике состоит в том, что современная наука приходит к пониманию того факта, что не всегда сложное построено из более простого. Атом, разумеется, сложнее электронов и протонов, из которых он построен. Однако, проникая еще дальше в глубь атомного ядра, мы обнаруживаем, что там все обстоит еще значительно сложнее. И приходим к поразительному выводу: может быть, простое строится из сложного.

В поисках единой теории

На вопросы отвечает доктор физико-математических наук В. С. Барашенков

Каково, на ваш взгляд, современное состояние теории элементарных частиц?

После некоторого периода кажущегося застоя в этом разделе современной физики произошел серьезный сдвиг. В частности, в области теории идут исследования проблемы объединения различных известных типов взаимодействия, в первую очередь слабых и электромагнитных, а также сильных. И делается все это на очень глубоком — кварковом уровне. Однако теоретических моделей, описывающих мир элементарных частиц, пока еще слишком много, и в настоящее время трудно какой-либо из них отдать предпочтение.

Важное значение для дальнейшего развития наших представлений об элементарных частицах будет иметь недавнее открытие так называемых пси-частиц, обладающих необычными свойствами. Хотя теоретические предпосылки, допускающие наличие в природе подобных частиц, существовали, само их экспериментальное обнаружение явилось все же довольно неожиданным.

С другой стороны, открытия новых частиц стали важным аргументом в пользу гипотезы кварков. Дело в том, что без этой гипотезы было бы очень трудно объяснить свойства частиц. Более того, существование пси-частиц подтвердило, что кварков должно быть не три, а четыре. К тому же мы сейчас знаем, что каждый из этих кварков имеет три различных «цвета».

Кстати, хотел бы заметить, что мысль о существовании трехцветных кварков еще несколько лет назад была высказана известным советским физиком-теоретиком академиком Н. И. Богомоловым. Теперь она получила убедительные подтверждения.

Какое место занимает теория элементарных частиц в современном естествознании?

Наряду с астрофизикой она всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира. Так, она подводит нас к новым представлениям о том, что такое элементарность.

Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем — от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше любой из составляющих его частей.

Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Например, протон на очень короткое время распадается (диссоциирует) на протон и пи-мезон, а каждый пи-мезон на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, о простом и сложном, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас представление об элементарности. Появилась идея «прекварков» — еще более фундаментальных частиц, из которых состоят сами кварки.

Пожалуй, наиболее поражающим воображение обстоятельством является постепенно открывающаяся нам все более глубокая взаимосвязь между микропроцессами и макроскопическими явлениями, в том числе явлениями космического порядка. Становится все более ясно, что многие важные свойства космических объектов определяются в конечном счете свойствами микрочастиц.

Как известно, одним из основных положений материалистической диалектики является утверждение о всеобщей взаимосвязи явлений природы. Взаимосвязь микро- и макропроцессов — одно из конкретных выражений этой связи. В качестве объектов, где связь микро и макро реально проявляется, можно привести черные дыры с радиусом 10–13 сантиметров. Их масса должна составлять 10^8 тонн. Экспериментальное обнаружение таких удивительных объектов — одна из интереснейших задач современной физики.

Чего вы ждете в ближайшем будущем от теории элементарных частиц?

Прежде всего построения единой теории сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий. Кроме того, должна быть понята природа кварков и получен ответ на вопрос, почему их не удается наблюдать. Не исключена возможность, что кварки представляют собой особый тип образований, которые могут существовать только в совокупности и которые принципиально невозможно разделить.

Весьма интересных результатов можно ожидать и от дальнейшего изучения нейтрино, играющего очень важную роль в слабых взаимодействиях.

Нуждается ли, по вашему мнению, современная теория элементарных частиц в каких-то принципиально новых идеях?

Экспериментальных данных в этой области сейчас очень много, немало и непонятного. Не исключено, что стараниями теоретиков удастся преодолеть существующие трудности и объяснить экспериментальный материал, не прибегая к каким-то принципиально новым представлениям. Но могут потребоваться и совершенно новые идеи, в том числе и весьма необычные.

Считаете ли вы, что развитие теории элементарных частиц ведет к открытию «все более странного мира»?

Это и в самом деле так. Теория элементарных частиц ведет все дальше от наглядных представлений, она обрастает все более сложными математическими и другими образами, у которых нет аналогий в непосредственно окружающем нас мире.

С другой стороны, новые, непривычные понятия — непривычные даже для физика — постепенно осваиваются, входят в обиход и незаметно становятся привычными. Один из физиков как-то привел показательный пример. Когда он был молодым, в Физическом институте Академии наук однажды обсуждался вопрос о потенциальном барьере для альфа-частиц. И докладчик, чтобы сделать для присутствующих это новое тогда понятие более наглядным, сравнил этот барьер со слоем Хэвисайда, ионизированным слоем земной атмосферы, отражающим короткие радиоволны. А спустя несколько лет — это было уже в послевоенные годы — этому же физику пришлось стать свидетелем того, как один студент, объясняя другому, что такое слой Хэвисайда, сравнил его с потенциальным барьером для альфа-частиц.

Таким образом, по мере развития науки и освоения новых знаний происходит своеобразная переоценка ценностей. Совершается непрерывный процесс открытия и в то же время освоения «все более странного мира».

Если уж мы заговорили о «странном мире» элементарных частиц, то невольно возникает вопрос о так называемых сверхсветовых частицах, или тахионах. По этой проблеме в последние годы публикуется множество работ. Хотелось бы знать ваше мнение на этот счет.

Проблема, бесспорно, увлекательная. Само предположение о возможности существования сверхсветовых частиц не может не поражать воображение. Но если взглянуть на дело с чисто физической точки зрения, то окажется, что гипотеза. о существовании тахионов не противоречит специальной теории относительности. И даже не только не противоречит, а, наоборот, делает эту теорию более симметричной и внутренне согласованной, распространяя ее на мир, лежащий за световым барьером. Таким образом, гипотеза тахионов может быть верной или неверной, но она очень естественно вписывается в специальную теорию относительности, создавая цельную замкнутую картину. Разумеется, справедливость этой гипотезы может доказать только эксперимент.

Но, как известно, одним из основных положений специальной теории относительности является утверждение о предельном характере скорости света. Нет ли тут противоречия с предположением о существовании сверхсветовых частиц?

Я уже говорил, что идея тахионов теории относительности не противоречит. Это связано с тем, что запрет сверхсветовых скоростей не есть следствие, вытекающее из теории относительности, а лишь одна из аксиом, положенных в ее основание. Таким образом, специальная теория относительности в принципе не может запретить сверхсветовых процессов.

Согласно основному предположению, если тахионы действительно существуют, то они «обитают» за сверхсветовым барьером и не вступают ни в какое взаимодействие с «досветовыми» частицами нашего мира. Таким образом, речь идет о своеобразном распространении специальной теории относительности на гипотетические физические явления, протекающие по ту сторону сверхсветового порога. Мир тахионов, если он действительно существует, нигде не пересекается с миром досветовых скоростей. Эти миры, видимо, между собой не взаимодействуют.

В настоящее время физикам известны два типа частиц, между которыми не существует перехода, — «досветовые» и «световые», то есть частицы, движущиеся с досветовыми скоростями (протоны, нейтроны, электроны и т. п.) и со световыми скоростями (фотоны и нейтрино). Если бы оказалось, что тахионы действительно существуют, они составили бы третий тип частиц. Частица, принадлежащая к одному из этих типов, не может перейти в частицу другого типа ни при каких известных нам взаимодействиях. Я подчеркиваю: ни при каких известных нам взаимодействиях. На очень глубоком, еще не изученном современной физикой уровне это может быть и не так.

И все же возникает ощущение, что гипотеза сверхсветовых скоростей является чем-то вроде физической бессмыслицы?

Все дело в том, что вообще называть «физически бессмысленным». Соотношение или процесс, которые невозможны в круге привычных для нас явлений, могут реализоваться в другой области явлений. Иными словами, наши представления о возможном и невозможном носят относительный характер. Физически бессмысленными можно считать лишь такие теоретические выводы, которые вступают в противоречие с тем или иным известным фундаментальным законом природы в той области, где этот закон достаточно хорошо проверен. Гипотеза же тахионов, как мы видели, в подобные противоречия не вступает.

Но в таком случае при сверхсветовых сигналах должна нарушаться причинность: следствия могут опережать свои причины.

Да, действительно. Хотя гипотеза о сверхсветовых сигналах формально и не вступает в противоречие со специальной теорией относительности, предположение о существовании сверхсветовых частиц ставит ряд проблем принципиального характера. И главная из них связана с нашими современными представлениями о причинности.

Дело в том, что, согласно специальной теории относительности, два события А и В, происходящие в одной системе отсчета (скажем, на платформе железнодорожной станции), с точки зрения другой системы отсчета, движущейся относительно первой с некоторой скоростью (например, из окна подходящего к станции поезда), будут располагаться во времени несколько иначе.

В теории относительности вычислить, как меняется промежуток времени между двумя событиями при переходе от одной системы отсчета к другой, можно с помощью особых математических формул, которые носят название «преобразований Лоренца». Чем быстрее движется поезд, тем короче будет этот промежуток. Но хотя по мере приближения к скорости света промежуток между А и В будет становиться все короче и короче, последовательность событий останется одинаковой и для наблюдателя на платформе, и для пассажира поезда.

А если бы скорость поезда превосходила скорость света, то с помощью преобразований Лоренца мы обнаружили бы, что в этом случае промежуток времени между событиями А и В для наблюдателя в поезде сделался отрицательным. Другими словами, в этой системе отсчета события А и В меняются местами во времени — следствие возникает раньше причины. Предположение о существовании сверхсветовых частиц ведет к выводу, что в природе существуют процессы с неопределенным направлением развития, и можно выбрать такую систему отсчета, в которой причины и следствия поменяются своими местами.

Но в таком случае с помощью тахионного пучка можно было бы, так сказать, проникнуть в минувшее?

Да, можно было бы, скажем, создать телефон, направленный в прошлое. Или, например, выстрелить сейчас таким пучком и застрелить самого себя вчера, в 11 часов утра… Таким образом, возникают парадоксы. Кстати, если рассматривать область, где существуют только сверхсветовые взаимодействия, то в этой области никаких парадоксов нет. Они возникают лишь в тех случаях, когда сверхсветовые сигналы соседствуют с досветовыми. И если в подобной ситуации для микропроцессов нарушений причинности еще можно избежать, то для обычных макроскопических процессов они возникают с неизбежностью.

На языке современной физики это означает, что, допуская существование тахионов, мы приходим к нарушению принципа причинности — одного из фундаментальных положений современной науки. Наиболее общая его формулировка дана известным советским физиком академиком Н. Н. Боголюбовым: «Любое событие, происходящее в физической системе, может оказать влияние на эволюцию этой системы лишь в будущем и не может оказывать влияние на поведение системы в прошлом». В обычных условиях принцип причинности никогда не нарушается, по крайней мере нам такие случаи неизвестны.

Очевидно, можно сказать, что для процессов, протекающих со сверхсветовыми скоростями, противопоставление прошлого и будущего приобретает условный, относительный смысл?

Именно так… В процессах со сверхсветовыми сигналами временной порядок событий — какое из них происходит раньше, а какое позже — зависит от выбора системы координат. А направление потока информации, которое составляет основу причинно-следственной связи, при замене одной системы координат другой не меняется. Именно поэтому и происходит нарушение причинности. Кстати, при этом нарушается не только причинность. Для макроскопических явлений обратный во времени поток информации означает также нарушение такого фундаментального закона сохранения, как второй закон термодинамики — закон, запрещающий переход тепла от более холодных тел к более нагретым.

Вы не могли бы для наглядности привести пример какого-либо физического процесса, в котором при наличии сверхсветовых сигналов происходит нарушение причинности?

Представим себе, что в точке А расположен источник тахионов, в точке В — их приемник, а между ними находится щель, изменяя ширину которой мы можем менять интенсивность тахионного пучка, или, как говорят физики, его модулировать. Но так как тахионы движутся со сверхсветовой скоростью, то можно подобрать другую такую систему координат, в которой процесс будет протекать в обратном направлении, то есть тахионный пучок будет исходить из точки В. При этом он окажется модулированным еще до подхода к щели. Получается парадоксальная ситуация: щель как бы знает, как именно ей надо колебаться. В промежутке между точкой В и щелью факт модуляции тахионного пучка будет восприниматься как самопроизвольное, беспричинное, необъяснимое явление.

Существуют ли в таком случае какие-либо подходы к решению проблемы сверхсветовых частиц?

Некоторые зарубежные физики предлагают пересмотреть само понятие причинности — считать, что причина не обязательно должна опережать следствие, что это всего лишь некоторая связь, корреляция событий. Логически построить подобную схему, может быть, и можно, но такой подход противоречит физическому эксперименту. Во всяком случае, до расстояний 10–15 сантиметра никаких нарушений причинности в обычном понимании обнаружить не удалось. К тому же подход, о котором идет речь, неудовлетворителен и с методологической точки зрения: он отбрасывает самое главное — генетическую связь между событиями, то принципиальное обстоятельство, что одно событие порождает другое. В реальных физических процессах и экспериментах мы всегда предсказываем будущее по прошлому, а не наоборот.

Другое направление связано с попыткой пересмотреть специальную теорию относительности. Быть может, парадоксы возникают потому, говорят сторонники подобной точки зрения, что мы пытаемся применять соотношения этой теории за границами их применимости? В принципе подобная точка зрения неуязвима, ибо любая физическая теория имеет определенные границы применимости. Однако с практической точки зрения подобный подход ничего не дает. Если пойти по такому пути, то придется «выкинуть» всю современную физику.

Еще одна возможность состоит в признании того, что в природе существует некая «выделенная система координат» (выделенное не важно чем), в которой отсутствуют нарушения причинности. В такой системе специальная теория относительности заведомо неверна, и ее соотношения соблюдаются не обязательно. В принципе в природе подобная система отсчета, возможно, существует — это система, связанная с реликтовым излучением, возникшим на ранней стадии расширения Вселенной. Это единственный известный нам источник излучения во Вселенной, обладающий столь высокой изотропией и однородностью. Не исключено, что именно с этим обстоятельством могут быть связаны некоторые отклонения от теории относительности. В этом направлении, между прочим, открываются определенные возможности экспериментального поиска тахионов.

И все же наиболее интересный путь состоит в том, чтобы проанализировать сущность нарушений причинности, с которыми мы сталкиваемся при попытках ввести сверхсветовые сигналы, и попытаться выяснить, что они в действительности означают.

А как обстоит дело с экспериментальной точки зрения? Есть ли какие-либо экспериментальные указания на возможность существования тахионов и можно ли надеяться такие указания получить вообще?

Пока таких доказательств получить не удалось. Но, может быть, дело в том, что в подобных экспериментах не учитывались какие-то неизвестные нам пока свойства тахионов.

Одна из интересных возможностей — попытаться обнаружить тахионы по так называемому черенкозскому излучению. Теория утверждает, что при движении в вакууме сверхсветовые частицы должны излучать электромагнитные волны. Впрочем, если это и так, измерить подобное излучение будет весьма нелегко.

В последние годы много пишется и говорится о взаимосвязи между микропроцессами и явлениями космического порядка. Каково космологическое значение теории элементарных частиц в ее современном состоянии?

Взаимосвязь микро- и макропроцессов — одно из конкретных выражений диалектики природы, всеобщей взаимосвязи ее явлений.

Уже сейчас в ряде случаев трудно разделить, где космология, а где теория элементарных частиц. В центре внимания современной астрофизики находятся объекты, отличающиеся чрезвычайно высокой плотностью, а иногда и очень малыми размерами (вспомним об упоминавшихся выше микроскопических черных дырах с массой около 10^8 тонн). Подобные экстремальные состояния материи не могут быть описаны в рамках одной лишь общей теории относительности Эйнштейна, так как при столь больших плотностях неизбежно возникают специфические квантовые эффекты. Поэтому одной из важнейших задач современной физики является построение квантовой гравитационной теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую физику.

Чем, на ваш взгляд, поучительна теория элементарных частиц и история ее развития?

Эта область физики поучительна прежде всего тем, что здесь с особенной силой проявляется мощь научной теории. Ведь не случайно, например, кварки были изобретены, а не обнаружены в опыте. Поучительно и то, что в процессе развития этой теории то и дело возникает масса неожиданных понятий и образов, потрясающих привычные основы. Достаточно опять-таки напомнить о кварках. Тем самым наглядно и убедительно демонстрируется неправомерность любой абсолютизации научных знаний. Физика как наука никогда не исчерпаема.

Какие философские проблемы связаны с современной теорией элементарных, частиц?

Помимо выяснения сущности явления элементарности, о чем уже говорилось, одна из основных проблем, имеющих важное философское значение, состоит в выяснении того, что представляет собой пространство — время в физическом смысле. Еще одна важная проблема — обобщение существующего понятия причинности, которое в ряде случаев может оказаться недостаточным. Необходимо также понять, что означает несохранение направления времени при К-распадах.

Есть и еще ряд проблем методологического характера, так или иначе связанных с изучением элементарных частиц. Что значит — хорошая теория? Что значит — объяснить? Что значит — единая теория? Что предпочтительнее система уравнений или модель? И ряд других…

Существуют ли гравитационные волны!

На вопросы отвечает доктор физико-математических наук В. Б. Брагинский

Что дает основание для вывода о существовании гравитационных волн?

Вывод о возможности существования волн тяготения (гравитационных волн) — одно из следствий общей теории относительности Эйнштейна. До сих пор каких-либо оснований сомневаться в справедливости этой теории у нас не было. Целый ряд предсказанных ею космических и физических явлений, в том числе такой фундаментальный факт, как расширение Вселенной, получили наблюдательные и экспериментальные подтверждения. Поэтому мы вправе ожидать, что оправдаются и другие ее предсказания, в частности и относительно существования гравитационных волн.

Всем хорошо знакомы электромагнитные волны. Они образуются в тех случаях, когда возникают возмущения электрического или магнитного полей. Эти возмущения отрываются от источника и распространяются в пространстве со скоростью, равной скорости света. Аналогичное явление в принципе должно происходить и при возмущениях поля тяготения, гравитационного поля…

Всякое ли возмущение поля тяготения приводит к возникновению гравитационных волн?

Нет, как показал Эйнштейн, только при определенных условиях возмущение гравитационного поля может оторваться от источника и начать самостоятельную жизнь. В космосе их могут, например, порождать двойные звезды (две звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс) или столкновения двух звезд. По-видимому, гравитационные волны могут возникать и при вспышках сверхновых звезд, а также при гравитационном коллапсе — в момент образования «черных дыр».

Какое научное значение имело бы открытие гравитационных волн?

Прежде всего, тем самым получила бы добавочное подтверждение общая теория относительности Эйнштейна. К тому же гравитационные волны от внеземных источников, если они будут обнаружены, могут стать чрезвычайно важным каналом для поступления астрофизической информации. В частности, с их помощью можно будет получать интереснейшие данные о гравитационном коллапсе звезд, о рассеянии материи космическими объектами, о динамике многих других космических процессов.

Они также способны принести уникальные сведения буквально о самых первых мгновениях расширения Вселенной.

Вы сказали: «Если удастся обнаружить». Как это следует понимать?

Все дело в том, что заключение о существовании гравитационных волн не является однозначным выводом из общей теории относительности. На пути от уравнений этой теории к интересующему нас выводу делаются различные допущения физического порядка. При этом одни ученые считают, что подобные допущения вполне оправданны, а другие разделяют прямо противоположную точку зрения. Лично я придерживаюсь того мнения, что гравитационные волны существуют. Но, разумеется, окончательным судьей в этом споре может быть только эксперимент.

В свое время в печати появлялись сообщения о том, что американскому физику Веберу удалось зарегистрировать гравитационные волны. Что бы вы могли сказать по этому поводу?

Вебер сконструировал специальные антенны для обнаружения всплесков гравитационных волн от внеземных источников. Чтобы исключить влияние каких-либо иных физических процессов, например сейсмических толчков, две установки были разнесены на 1000 километров одна от другой. Учитывались только те воздействия, которые фиксировались одновременно обоими детекторами. И уже в первых сериях наблюдений был зарегистрирован ряд таких совпадений. Сообщения об этом произвели настоящую сенсацию, в ряде стран стали спешно создаваться аналогичные устройства для повторения подобных наблюдений. Эта своеобразная «гонка», продолжавшаяся около двух с половиной лет, закончилась, однако, ничем. Никому результатов Вебера повторить ни разу не удалось. Видимо, он все-таки ошибся. Хочу, впрочем, подчеркнуть, что ошибка эта отнюдь не относится к категории тривиальных. Ведь речь идет о длительных, многомесячных измерениях весьма малой физической величины, измерениях, которые к тому же требуют абсолютной гарантии от каких бы то ни было помех.

В таком случае возникает естественный вопрос: что же регистрировали в действительности приборы Вебера?

Еще в 1972 г. сотрудники одного из советских научно-исследовательских институтов провели интересное исследование. Они вложили в электронно-вычислительную машину результаты наблюдений Вебера, а также данные о ходе ряда других природных явлений за тот же период, в том числе и о вариациях магнитного поля Земли, пятнах и вспышках на Солнце. Оказалось, что между всеми этими явлениями существует определенная взаимозависимость. Впоследствии аналогичную работу проделали американские ученые и пришли к такому же результату.

А как вы относитесь к предположению о том, что Веберу удалось зарегистрировать гравитационное излучение, исходящее из центра нашей Галактики?

Как я уже сказал, Вебер, видимо, вообще регистрировал не гравитационные волны. Что же касается гравитационного излучения из центра нашей Галактики, то в принципе те физические процессы, которые там происходят, вероятно, могут порождать гравитационное излучение. Но если бы оно действительно оказалось таким, каким его зарегистрировал Вебер, то всего за 100 тысяч лет вся центральная часть нашей звездной системы должна была бы превратиться в гравитационное излучение. Совершенно очевидно, что подобный результат вступает в явное противоречие с многомиллиардным возрастом Галактики.

Каковы же перспективы дальнейших исследований в области изучения гравитационных волн?

В настоящее время в разных странах, в том числе и в Советском Союзе, ведутся интенсивные работы по созданию новых, более чувствительных приемников гравитационного излучения. Я думаю, в ближайшем будущем в этой области появятся новые результаты, которые значительно расширят наши знания о фундаментальных закономерностях мироздания.

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Античастицы. — В конце 20-х годов текущего столетия знаменитый английский физик Поль Дирак разработал теорию движения электронов в атомах. Из этой теории вытекало, что элементарные частицы могут отличаться не только массой, но и своими электрическими и магнитными свойствами. В частности, его теория предсказывала существование «антиэлектронов» — частиц с массой электрона, но обладающих положительным зарядом.

Прошло всего четыре года, и в 1932 г. при изучении космических лучей американский физик К. Андерсон обнаружил частицу, свойства которой совпадали со свойствами «антиэлектронов» Дирака. Новая частица получила название позитрона. В настоящее время физикам известны антинейтроны, антипротоны и многие другие античастицы. Любопытно, что частицы и античастицы не могут сосуществовать. При соприкосновении друг с другом они аннигилируют — взаимно уничтожаются с выделением большого количества энергии, полностью превращаясь в излучение.

Атом водорода. — Водород — простейший и в то же время самый распространенный химический элемент во Вселенной. Атом водорода состоит из положительно заряженного ядра — протона и движущегося вокруг него электрона. Электрические заряды электрона и протона одинаковы, но противоположны по знаку. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона. Масса атома водорода в граммах составляет 1,67·10–24 грамм.

Масса электрона — 9,1·10–28 грамм. Диаметр атома водорода не может быть точно определен, его граница размыта, приблизительно он равен 10–8 сантиметра. Эта единица, равная одной стомиллионной доле сантиметра, в честь шведского ученого Андерса Ангстрема названа ангстремом.

Радиус протона примерно в 100 тысяч раз меньше радиуса атома водорода. Он составляет 1,3·10–13 сантиметра. Длина 10–13 сантиметра принята за ядерную единицу длины. Она получила название ферми в честь знаменитого итальянского физика Энрико Ферми. Плотность вещества в протоне фантастически велика — около 200 миллионов тонн в кубическом сантиметре. Приблизительно такова же плотность вещества во всех атомных ядрах.

Дейтерий. — Кроме обычного водорода в природе существует еще так называемый тяжелый водород, или дейтерий, который был открыт в 1932 г. Электронная оболочка атома дейтерия, так же как и у водорода, состоит из одного электрона, но его ядро — дейтон — примерно вдвое тяжелее и состоит из двух частиц — протона и нейтрона.

Дейтерий применяется в современной ядерной технике как взрывчатое вещество. В будущем он будет использоваться как горючее в термоядерных энергетических установках. Запасы термоядерной энергии дейтерия, имеющиеся в воде земных океанов, примерно в 100 миллионов раз превосходят запасы энергии ископаемого топлива (угля, нефти, газа, торфа).

Инвариантность — неизменяемость. В математике и физике инвариантные величины — величины, не меняющие своего значения, при том или ином классе преобразования играют весьма важную роль.

В широком — философском — смысле инвариантность — это независимость от способа описания.

Камера Вильсона. — В конце прошлого столетия физик Ч. Вильсон, работая на горной обсерватории в Шотландии, обратил внимание на любопытные оптические явления, возникающие при освещении солнечными лучами облаков и тумана. Ученый решил воспроизвести подобное явление в лаборатории и провел несколько экспериментов, получая искусственные облака путем расширения паров. Эти опыты натолкнули Ч. Вильсона на плодотворную идею, которая и легла в основу знаменитой камеры для регистрации элементарных частиц, названной его именем. В камере Вильсона пролетающие частицы оставляют видимые следы из капелек воды в парах, образующихся в результате быстрого расширения. Эти следы можно фотографировать.

Масса и энергия. — Из теории относительности следует, что полное количество энергии, содержащейся в некотором количестве материи, равно произведению массы этой материи на квадрат скорости света в вакууме. Поэтому в физике высоких энергий массы измеряются в единицах энергии — так называемых миллионах электрон-вольт (мэв). В этих единицах массы электрона и позитрона равны примерно 0,5 мэв, а массы протона и нейтрона — 940 мэв. Иногда используется более крупная единица, равная одному миллиарду электрон-вольт (гэв), — гигаэлектрон-вольт. Масса одного грамма вещества выражается астрономическим числом — 6·10^23 гэв.

Мезоны. — Изучая взаимодействия частиц, входящих в состав атомного ядра, японский физик Юкава пришел к выводу, что их взаимное притяжение является результатом непрекращающегося обмена особыми частицами — мезонами. Юкава предсказал также, что масса мезона должна примерно в 200 раз превосходить массу электрона. Впоследствии были открыты три мезона с близкими массами, но с разными электрическими зарядами: положительный, отрицательный и нейтральный. Эти ядерные мезоны получили название пи-мезонов. Кроме того, открыты еще два мю-мезона — положительный и отрицательный. Они возникают при распаде соответственно положительного и отрицательного пи-мезонов.

Нейтрон и нейтрино. — Нейтрон — частица с массой 1838,6 электронной массы — был открыт в 1932 г. английским ученым Д. Чедвиком. Вне атомного ядра нейтрон не стабилен. Средняя продолжительность его жизни 17 минут. Затем нейтрон распадается на протон, электрон и антинейтрино (распад).

В свое время физики обнаружили, что нейтрон может самопроизвольно распадаться на протон и электрон. Однако при этом обнаружилось странное нарушение закона сохранения энергии. Общая энергия продуктов реакции оказалась меньше, чем следовало из теоретических расчетов. Известный швейцарский физик В. Паули высказал предположение о том, что недостающую энергию уносит с собой неизвестная частица. Однако обнаружить эту частицу, названную по предложению Э. Ферми нейтрино (что одновременно означает «маленький» и «нейтральный»), удалось лишь сравнительно недавно.

Главная отличительная особенность нейтрино — удивительная способность беспрепятственно проходить сквозь громадные толщи вещества. Длина свободного пробега нейтрино в космосе сравнима с радиусом доступной современным исследователям области Вселенной.

Пузырьковая камера. — Одно из наиболее эффективных устройств для регистрации явлений, вызываемых частицами высоких энергий. Принцип ее работы сходен с принципом работы камеры Вильсона. Жидкость, наполняющая камеру, перегревается и приобретает способность легко вскипать. Благодаря этому вдоль пути, пройденного заряженной частицей, образуется видимый след, состоящий из пузырьков газа.

Поле. — Особая форма существования материи. Представим себе мощный радиопередатчик, излучающий электромагнитные волны. Где бы мы ни помещали антенну нашего приемника, они будут возбуждать в ней движение электронов, электрические токи, которые после соответствующего усиления и преобразования создают звук в динамике. Энергия, излучаемая передатчиком, заполнила определенную область пространства. Но энергия — это свойство материи, которое не может существовать отдельно, независимо от самой материи. Она всегда должна иметь материального носителя. В данном случае носителем энергии является электромагнитное поле. О материальной природе электромагнитного поля говорит и то обстоятельство, что оно способно оказывать на помещенные в него объекты не только электрическое, магнитное, но и прямое механическое воздействие. Так, электромагнитные (например, световые) волны производят определенное давление на преграды, а излучатели таких волн испытывают реактивный эффект, получая ускорение в противоположном направлении, как если бы выбрасывали обычные частицы вещества.

Типы взаимодействий. — Современной физике известны четыре типа взаимодействий между элементарными частицами.

Взаимодействие большой интенсивности, обусловленное обменом пи-мезонами и удерживающее в атомном ядре протоны и нейтроны, называется сильным взаимодействием.

Несколько слабее — электромагнитное взаимодействие, притяжение и отталкивание разноименных и одноименных зарядов.

Третий тип — слабые взаимодействия, возникающие при распадах и столкновениях частиц со средними и малыми массами.

Последний тип взаимодействия — притяжение масс, или гравитация. Однако в микромире гравитационные силы почти не играют никакой роли, так как они во много раз слабее других сил.

II. К истокам живого

Наука о живом

Живая природа всегда поражала человека своим многообразием, сложностью, целесообразностью, беспрерывным и быстрым изменением. От невидимого мира и микроорганизмов, бесчисленных простейших, лишайников, мхов, трав, кустарников и деревьев до мира животных — насекомых, рыб, земноводных, птиц, млекопитающих — такова цепь жизни, которая тянется к венцу природы — человеку, единственному из биологических существ, способному изучать и осмысливать закономерности природы.

На протяжении тысячелетий жизнь, ее зарождение и развитие, удивительная приспособляемость, наконец, сам человек с его разумом — все это казалось людям таинственным, необъяснимым, сверхъестественным. Загадка жизни всегда была прибежищем идеализма и религии. У всех религий имеется своя трактовка происхождения и сущности жизни.

Согласно христианско-иудейской Библии, бог создал все живые существа одним словом. В другом варианте библейской легенды он творит человека из «праха земного», вдувая ему в уста «дыхание жизни» (Бытие, гл. 2, ст. 7). В Коране сказано: «Хвала Аллаху!.. Он — тот, кто сотворил вас из глины…» (Сура 6, ст. 1–2). В другом месте этой священной книги мусульман утверждается: «О Боже, царь царства!.. Ты… выводишь живое из мертвого, и выводишь мертвое из живого…» (Сура 3, ст. 25–26).

Немало столетий прошло, пока человек накопил достаточно знаний для научного понимания мира живой природы. Для этого понадобилось развитие физики и химии, познание законов строения живых организмов, деятельности их органов и тканей, умение заглянуть внутрь организмов, проникнуть в мельчайшую их структуру. Пытливая мысль и эксперименты многих и многих поколений естествоиспытателей привели к заключению о постоянном развитии всего многообразия растительных и животных видов в процессе смены бесчисленных поколений белковых тел.

Какой сложной психологической перестройки потребовал такой взгляд даже от выдающихся умов! Еще в середине XVIII в. молодой Дени Дидро писал, что, склоняясь к неверию, возвращается к мысли о бытии бога, как только вспоминает о целесообразности живого: «Разве божество не запечатлено столь же ясно в глазу насекомого, как способность мыслить в произведениях великого Ньютона?» Но уже вскоре религиозному представлению о целесообразности живого был нанесен решающий удар — Чарльз Дарвин создал теорию происхождения видов путем естественного отбора. «Дарвин положил конец воззрению на виды животных и растений, как на ничем не связанные, случайные, «богом созданные» и неизменяемые, и впервые поставил биологию на вполне научную почву»[25], отмечал В. И. Ленин.

В наши дни мысль о последовательном развитии животного и растительного мира под воздействием естественных факторов, изменчивости и наследственности стала хрестоматийной. Современная биология идет гораздо дальше — в глубь живой материи, изучает самые сокровенные ее структуры. Сегодня это обширная область знаний, она включает много специальных направлений, изучающих жизнь во всех ее проявлениях, во всем бесконечном многообразии.

Еще совсем недавно биология не считалась достаточно точной наукой, нередко ее выводы, хотя и базировались на эксперименте, носили общий, весьма предположительный характер. Но уже Ф. Энгельс, констатировавший, что применение математики в биологии равно нулю[26], высказал идею о формах движения материи, начиная от самой простейшей — механической и кончая наиболее сложными — биологической и социальной как неотъемлемых ее структурах. Согласно его точке зрения, биологическая форма движения — такое же естественное свойство материи, как и физическая или химическая. «Материя, — говорил Ф. Энгельс, — во всех своих превращениях остается вечно одной и той же… ни один из ее атрибутов никогда не может быть утрачен…»[27].

Так философия диалектического материализма, обобщая данные естествознания, раскрыла качество жизни как одно из свойств материального мира, не сводимое к низшим формам движения, но органически из них вытекающее при определенных условиях на тех или иных этапах развития Вселенной. Так было покончено с религиозной фетишизацией явления жизни, а биологические процессы оказались вовлеченными в круг феноменов, исследуемых с такой же точностью, как и в других естественных науках.

Эти теоретические предпосылки все в большей степени реализуются современной наукой. Сегодня уже совершенно точно известно: биологическая форма движения вырастает на плечах физико-химических взаимодействий, осуществляющихся в живом организме и свойственных только ему. И исследование этих процессов ведется методами, принятыми в физике и химии микромира при помощи самой совершенной электронной аппаратуры, с применением математики и электронно-вычислительных машин.

Использование этих методов и средств позволило перенести фронт исследования жизни в сферу самых «интимных» ее процессов. И если еще совсем недавно фронт познания биологической формы движения проходил по рубежу, главными вехами которого были проблемы происхождения видов, целесообразности, тайны психики, то сегодня материалистическая наука здесь уже подходит к рубежам, механизм познания которых позволит узнать самую суть живого, управлять жизнедеятельностью, даже синтезировать живую материю.

Но некоторые современные биологи делают попытки свести представления о живой системе к «простым» исходным элементам или структурам. Это приводит к механистическому подходу в изучении живого, при котором единство мира превращается в его единообразие. Известный французский биолог, сделавший ряд выдающихся открытий в молекулярной биологии, лауреат Нобелевской премии Ж. Моно в своей книге «Случайность и необходимость. Исследование натурфилософских проблем современной биологии» сравнивает клетку с машиной, отрицает эволюцию внутри структуры и эволюцию самих структур, считая, что основной базой в биологии служит не принцип эволюции, а генетический код, изолированный, неспособный получать информацию извне.

На почве метафизически ограниченного механистического мышления естествоиспытателей в их философских выводах возникает идеализм. Возрождение представлений о «жизненной силе», о «тенденции к самоусовершенствованию» (развитие живого нельзя объяснить только посредством мутаций, возможно, возникновение жизни обязано принципу «тенденции к самоусовершенствованию» — по мнению известного американского биолога А. Сент-Дьердьи) — это дань идеализму в современной биологии. Это теневая сторона успехов быстро развивающейся науки.

Применение методов физики, химии, кибернетики в исследованиях живых систем привело к появлению представления о «живых молекулах» первоначальных единицах живого, обнаруживающих особые «витальные свойства».

Это тоже возвращение к идеям о «жизненной силе», к витализму.

На протяжении веков в сознании естествоиспытателей воздвигался мировоззренческий и психологический барьер — убеждение, что между неорганическим и органическим миром существует непроходимая пропасть: мол, биологические закономерности или не имеют ничего общего с законами физики и химии, или содержат в себе нечто к ним несводимое, — «жизненную силу».

Успехи молекулярной биологии не оставляют места для таких представлений. Само появление этой науки стало возможным лишь в результате преодоления метафизической концепции, лежащей в основе и механицизма, и витализма. Согласно молекулярной биологии, качественно новый уровень организации материи — жизнь возникает не в результате добавления нематериальных факторов извне, а на основе уже предшествующих элементов, соединенных в новую целостность, благодаря новому типу противоречивых связей и отношений между этими элементами.

Современные разновидности идеализма в биологии отражают реальные противоречия и трудности процесса познания явлений жизни. Это — главная причина, почему под влиянием религиозных представлений или идеалистической философии находится ряд известных ученых-биологов — Г. Шрамм (ФРГ), А. Портман (Швейцария), Э. Синнот (США), не говоря уже о тех, кто является дипломированными теологами, совмещающими теологию с занятиями наукой, — И. Хаасе, Ф. Дессауэре (ФРГ), Д. Бландино (Италия).

В течение нескольких последних десятилетий в науке достигнуты рубежи, отметающие прежние представления о сущности жизни. С помощью молекулярной биологии исследователи перешли от изучения целых организмов, органов и тканей к изучению мира клетки, ее органелл — митохондрий, рибосом, отдельных молекул. Был сделан ряд выдающихся открытий, позволивших поднять науку о жизни до уровня точных наук. Эти открытия повлияли на систему всего биологического знания в целом и на ряд его отраслей, в частности на развитие генетики. Так как генетика — наука о наследственности и изменчивости, а эволюционная теория Ч. Дарвина изучает суммарное действие трех основных факторов эволюции — наследственности, изменчивости и естественного отбора, то становится видна внутренняя связь между эволюционной биологией и генетикой, вытекающая из общности предмета исследования. Таким образом, молекулярная биология способствовала дальнейшему развитию дарвиновского эволюционного учения, то есть с развитием ее появился новый уровень познания эволюции.

Современная генетика понимает эволюцию как появление резких, полезных для вида, наследственных изменений — мутаций, подхваченных естественным отбором. В естественных условиях мутации редки, но необходимо учесть огромное количество живых организмов почти в каждом из видов и миллиарды лет, в течение которых эволюция происходила и происходит, причем совсем не в тех пределах, которые «придумал господь бог» при «сотворении мира».

Один из крупнейших естествоиспытателей, Джон Бернал, писал: «Благодаря успехам биохимии и молекулярной биологии удалось понять, что жизнь на Земле почти наверняка представляет собой единство. Не только все организмы генетически родственны друг другу, как это предположил Дарвин, но и самые молекулы, из которых они построены, представляют собой комбинации небольших молекул абиогенного происхождения — потомков тех первичных молекул, которые присутствовали в «первичном бульоне», или, что кажется более вероятным, тех полимеров, которые возникли из этих молекул на втором этапе, когда впервые появился решающий по своей важности процесс молекулярной репликации»[28].

Биохимическая универсальность молекул живой клетки позволяет им оставаться неизменными и создавать основу для бесконечной повторяемости от поколения к поколению, от вида к виду тех биохимических «начал» жизни, без которых ее невозможно представить.

В 1953 г. английскими исследователями Дж. Уотсоном и Ф. Криком была расшифрована структура двойной спирали ДНК и предложена гипотеза о ее информационной роли. В настоящее время известен весь «алфавит», кодирующий наследственную информацию. Раскрытие тайны генетического кода произошло так стремительно, что это достижение науки не имеет себе равных. Удалось искусственно синтезировать молекулу ДНК, синтезировать первый ген для транспортной РНК дрожжей, выделить чистый ген из молекул ДНК живой клетки.

Универсален механизм биосинтеза белка, нуклеиновых кислот и других соединений для всех организмов. Принципы организации процессов жизнедеятельности и их регуляции (несмотря на различие регуляторных систем у низших и высших организмов) на молекулярном уровне также универсальны.

Но принцип единства всего живого неотделим от принципа развития. Поэтому молекулярная биология неразрывно связана с проблемами эволюции и с диалектикой, общей наукой о развитии. Вместе с тем успехи молекулярной биологии привели к выводу, что существуют определенные границы в применении физико-химических методов и концепций в науке о живом, за пределами которых возникает необходимость в иных способах, найденных при исследовании надмолекулярных уровней организации живого. Многие естествоиспытатели, в том числе и Дж. Бернал, поддерживают точку зрения А. Сент-Дьердьи, что «для понимания мышцы необходимо спуститься на электронный уровень, законы которого регулируются квантовой механикой», и что предстоит еще открыть значительную область науки, находящуюся пока за рамками современной биохимии и биофизики.

В чем сущность биологической формы движения материи? Вопрос этот пока открыт, но из этого вовсе не следует, что для его решения необходимо искать помощи в области сверхъестественного.

Упорядоченность, организованность в процессах жизнедеятельности, наследование потомством свойств родителей, развитие организма из одной клетки и т. д. — все это религия активно использовала в прошлом и использует в настоящем для обоснования идеи о сверхъестественности жизни, о. божественном ее происхождении. Однако научные данные говорят о том, что синтез белков в клетке определен (несмотря на всю его сложность и организованность) физико-химическими факторами, и никакого сверхъестественного элемента здесь не обнаружено. Высокая упорядоченность достигается благодаря взаимодействию электронных оболочек атомов и молекул.

«…Химическая эволюция происходила одновременно с биологической эволюцией. Первые стадии химической эволюции должны были происходить до формирования совершенных внутриклеточных структур», — писал Джон Бернал в книге «Возникновение жизни» (стр. 98). Известный голландский исследователь М. Руттен говорит о происхождении жизни: «В этих процессах нет ничего божественного, сверхъестественного, мистического, виталистического или хотя бы неестественного. Чтобы уяснить себе обыденный характер этих процессов, надо помнить, что в основе своей они не отличаются от всех других неорганических процессов, в том числе и тех, что идут по сей день. Например, от природы процессов образования облаков, отложения кристаллов соли в лагунах, высыхающих на жарком солнце, или, скажем, процессов ржавления железа»[29].

Дж. Бернал остроумно заметил: «…трудно представить себе какое-либо божество, занятое созданием посредством какой-то духовной микрохимии молекулы дезоксирибонуклеино-вой кислоты, которая дала организму с первичной последовательностью возможность расти и размножаться»[30].

На данном этапе развития науки еще не удалось понять и воспроизвести тайну перехода из неорганического мира в органический, но наука на пути к разгадке. При современных темпах развития науки, возможно, мы станем свидетелями ее триумфа — разгадки тайны жизни.

Однако, несмотря на все успехи современной биологии, защитники религии здесь, как и в других областях науки, весьма широко используют то обстоятельство, что на любом этапе своего прогресса человеческое познание не может до конца исчерпать предмет исследования, вечную, постоянно изменяющуюся материю.

Религиозно-идеалистические спекуляции в науке о живом оказываются возможными еще и потому, что обыденное массовое сознание с трудом воспринимает сложный язык современной науки, ее положения, которые нередко весьма далеки от наглядных повседневных истин. Религиозные же утверждения в этой сфере гораздо проще, более доступны, к тому же им ныне придается убедительность при помощи наукообразной формы, ссылок на якобы неопровержимые «научные» аргументы, намеков на какие-то якобы подтверждающие догматы религии открытия и т. п.

Вот почему в атеистической пропаганде совершенно необходима широкая популяризация подлинного смысла современных достижений биологической науки, а они убедительно подтверждают истинность диалектико-материали-стического взгляда на мир.

Как уже отмечалось, фронт исследований живого сегодня поистине необъятен. Рассказать популярно обо всем, что в этой области делается, в одном, сравнительно небольшом, разделе книги не представляется возможным. Читатель познакомится лишь с несколькими «горячими точками» современной биологии — с исследованиями проблемы жизни у самых ее истоков, на молекулярном уровне. Эта тема имеет особо важное значение в борьбе науки с религиозным миропониманием, так как именно здесь находится ответ на вопрос: что представляет собой жизнь? Какова ее сущность? Как она появилась на Земле?

Ученые рассказывают

А. А. Бутаков, кандидат философских наук

Что такое жизнь!

Как известно, в основе живых организмов лежит органическая клетка. Ее можно считать наиболее простым элементом живой материи. Вот почему многие ученые уже давно высказывали мысль, что именно клетка — это исходный, простейший элемент жизни, носитель биологических процессов, обладающий всеми атрибутами живого. Этот взгляд отстаивал, например, К. А. Тимирязев. С ним можно встретиться и в трудах многих других исследователей. Так, более 40 лет назад в одной из своих работ известный советский физиолог А. А. Кулябко (1866–1930) писал: «В настоящее время простейшим элементарным носителем жизни и основным элементом строения всех живых организмов мы признаем клетку». Однако в этой же работе А. А. Кулябко пришел к выводу, что органическая клетка слишком сложна, чтобы ее можно было принять за первоначальный носитель жизни. Поэтому он считал, что такими носителями должны быть «ультрамикроскопические тельца».

С положениями А. А. Кулябко об огромной сложности клетки перекликаются современные работы А. И. Опарина. «Может быть, говоря о синтезе жизни, пишет он, — и нам сейчас нужно думать не о построении современной, способной к дыханию или фотосинтезу клетки, которую мы обычно изучаем, а об искусственном воспроизведении только еще несравненно менее сложных систем, но все же уже обладающих самыми первоначальными признаками жизни способностью хотя бы к относительно очень примитивному обмену веществ, обеспечивающему им, однако, способность к постоянному самосохранению и самовоспроизведению в определенных условиях окружающей среды».

За последние десятилетия биологическая наука добилась очень многого в своем проникновении в глубины живого. Можно сказать, что сейчас ученые стоят на самом рубеже раскрытия тайны живого, порога, отделяющего живую материю от неживой. Однако эти проблемы пока еще только решаются наукой. Они очень сложны и требуют немалых усилий со стороны ученых. Тем не менее сейчас уже вполне ясно, что носитель всех биологических процессов должен обладать по крайней мере четырьмя качествами: 1) способностью к обмену веществ; 2) способностью к передаче наследственных признаков; 3) способностью к саморегулированию и 4) способностью к самовоспроизведению.

Какая же из известных нам первичных живых систем имеет все эти признаки? Белок? Нет, он, как теперь известно, не обладает всеми перечисленными способностями. Это подтверждает ряд современных важнейших научных открытий. Так, в последние годы было обнаружено, что в каждом новом поколении живых существ возникновение белков происходит заново. Оказалось, что наряду с белком ведущая роль в процессах жизнедеятельности принадлежит нуклеиновым кислотам — дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК). Выяснилось также, что преемственность жизни, ее воспроизведение связано не с белками, а с молекулярной структурой ДНК, локализованной в хромосомах клеточных ядер.

Однако если внимательно ознакомиться с достижениями современной биологии, то выяснится, что нуклеиновые кислоты, как и белок, нельзя безоговорочно назвать единственными специфическими носителями жизни. К тому же многие ученые теперь уже считают, что ДНК вовсе не единственный хранитель и передатчик биологической информации. По мнению И. Б. Збарского, например, «если ДНК и является наиболее совершенным хранителем и передатчиком биологической информации, то было бы ошибочно рассматривать ее или даже вообще нуклеиновые кислоты как единственные соединения, обладающие этими свойствами».

Обращает на себя внимание и тот факт, что сам состав ДНК неоднороден. Так, у высших растений и многоклеточных животных в составе ДНК найден 5-метилцитозин, которого нет в ДНК низших форм. В составе ДНК некоторых бактерий есть 6-метиладенин. К тому же ученые считают, что созда» ие белка в клетке зависит не только от генетического кода, но и от температуры. Интересно, что теперь появилось мнение о существовании кроме генов и других особых единиц наследственности — плазмогенов, как их назвали.

«Разумно предположить, — пишет, например, В. Фирсов, — что именно плазмогенами определяются изменения в синтезе белков, происходящие как за время индивидуального развития организма (онтогенеза), так и в процессе приспособления к внешним условиям (например, увеличение волосяного покрова под воздействием холода). Однако если это так, то приспособительные свойства, приобретенные за время индивидуального развития, могут становиться наследуемыми».

Вот очень и очень коротко то, что, в сущности говоря, знает сегодня об истоках жизни биологическая наука. Она сейчас находится в поиске, на пути к новым великим открытиям в этой области. Однако и то, что уже открыто здесь на сегодняшний день, самые последние успехи биологии выдвигают, конечно, вопрос о том, что же такое жизнь, а особенно о том, соответствует ли современному уровню знаний известное философское положение Ф. Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей, их внешней природой».

Думается, что знаменитая энгельсовская формулировка в своей общей форме вполне справедлива и на нашем уровне развития биологии. Ее надо лишь уточнить и конкретизировать в соответствии с данными современной науки. Кстати говоря, большинство последних определений жизни, по сути дела, и являются попытками такого уточнения.

Какое же это будет определение?

Вряд ли из него надо исключать упоминание о белке, как пытаются делать некоторые исследователи. Ведь все известные нам в настоящее время живые организмы представляют собой белковые тела. И данное обстоятельство нельзя считать случайным. Далее. Белок, например, катализирует (ускоряет) реакции обмена, активность белков находится в основе процессов жизнедеятельности, обеспечивает главные физиологические функции: питание, дыхание, раздражимость, размножение… Все это говорит о том, что без белков не было бы жизни.

И наконец, несмотря на то что в основе жизнедеятельности помимо белков лежат и нуклеиновые кислоты, последние сами по себе, по-видимому, не обладают свойствами живого объекта.

Однако, как мы уже говорили, теперь известно, что «только» белок, как и «только» нуклеиновые кислоты (взятые изолированно друг от друга), нельзя признать специфическим носителем жизни. Для общего философского определения жизни на современном уровне развития биологии таким носителем сейчас, очевидно, следует считать систему, комплекс белка и нуклеиновых кислот. При этом следует иметь в виду, что и это лишь весьма предположительно. Наука ведь развивается бесконечно, каждый новый шаг биологии обязательно что-нибудь добавляет к нашему знанию о жизни. И безусловно, вопрос о специфическом материальном носителе земных биологических процессов будет решен наукой на основе конкретных исследований.

Точно степень познания сущности биологической формы движения материи в ближайшем будущем трудно предсказать сегодня. Но диалектический подход к исследованию имеющихся фактов включает в себя бесконечный процесс углубления познания человеком вещей, явлений, процессов и т. д. от явлений к сущности и от менее глубокой к более глубокой сущности. В. И. Ленин писал, что «мысль человека бесконечно углубляется от явления к сущности, от сущности первого, так сказать, порядка, к сущности второго порядка и т. д. без конца».

Значит ли это, что философски определять сущность жизни бессмысленно? Вовсе нет. Если такое определение подтвердится научной практикой, то оно будет иметь значение истины. Вполне понятно, это будет истина относительная. Но ведь каждая относительная истина есть частичка истины абсолютной. «Для диалектического материализма, — замечал В. И. Ленин, — не существует непереходимой грани между относительной и абсолютной истиной».. И нет ничего страшного в том, что нынешнее определение субстанции жизни впоследствии окажется недостаточно точным и неполным.

Теперь часто выдвигают в виде возражения предположения некоторых ученых, что в Других частях Вселенной в принципе могут протекать отдельные, весьма необычные, непохожие на наши жизненные процессы. Но и это возражение против общей формулировки понятия «жизнь» нельзя признать действительным. «Отдельное, — писал В. И. Ленин, — не существует иначе как в той связи, которая ведет к общему… Всякое общее есть (частичка или сторона или сущность) отдельного». Факты науки говорят: любой «исключительный» биологический процесс всегда будет иметь какие-то общие признаки с процессом «обычным». Причем эта общность должна быть не только в функциях. Общие признаки обязательно должны быть и у материальных носителей жизни.

Ленинский диалектико-материалистический метод исследования требует объединения принципа единства с принципом развития. Он также обязывает при изучении каждой конкретной системы определять не только ее генезис (то есть изменчивость), но и ее структуру (то есть учитывать ее устойчивость). Вот почему, по нашему мнению, свойства поведения любого живого объекта (в том числе способность получать, перерабатывать и передавать информацию) не могут не зависеть от его структуры, а также от его происхождения и развития.

К жизни — биологической форме движения материи — следует относить лишь те объекты и процессы, у которых существенно совпадают указанные характеристики. Поэтому мы разделяем мнение А. И. Опарина, полагающего, что «эволюцию материи во Вселенной мы можем схематически представить себе как систему расходящихся путей, отдельные ответвления которых могут приводить к очень сложным и совершенным формам движения материи. Но совсем не обязательно любую из этих форм рассматривать как жизнь. Жизнь — это всего лишь одна из многочисленных ветвей развития материи. Ей свойственны свои специфические пути развития».

Итак, что же такое жизнь? Повторяем: по мере углубления познания биологических процессов определение этого понятия неизбежно будет уточняться и несколько видоизменяться. Но на современном уровне науки, как нам кажется, может быть наиболее приемлемым следующее определение: жизнь (биологическая форма движения) представляет собой способ существования открытых (то есть обменивающихся веществом и энергией) нуклеопротеидных систем, обладающих свойствами саморегулирования и самовоспроизведения.

Такая формулировка, данная М. В. Волькенштейном, по своему смыслу совпадает со взглядами многих современных авторов, исследующих обсуждаемую проблему. Вместе с тем развивается и конкретизируется формула Ф. Энгельса. Конкретизируется, например, понятие «белковое тело». Оно трансформируется в понятие «нуклеопротеидная система». Сохраняется, только с некоторой «модернизацией», понятие «обмен веществ»: добавляются, в соответствии с данными современной науки, понятия «саморегулирования» и «самовоспроизведения».

Представляется, что подобный переход от первого определения ко второму соответствует действительному движению мысли от сущности одного порядка к сущности другого, более глубокого порядка, то есть тому углублению мысли, на которое указывал В. И. Ленин.

Следует в заключение отметить, что мы вовсе не считаем данное нами определение жизни исчерпывающим даже для нынешнего состояния науки, однако полагаем, что оно сейчас наиболее приемлемо.

В. А. Энгельгардт, академик, Герой Социалистического Труда

На пути к раскрытию тайны жизни

Тех, кто задумывался над тайнами природы, с самых древних времен влекла, а порой и отпугивала своей недоступностью одна из глубочайших тайн в познании мира — вопрос о сущности жизни.

Тысячелетия загадка жизни оставалась прибежищем метафизики, областью верований, а не знания. Жизнь рассматривалась как сверхъестественное и потому непознаваемое явление. Многие авторы, расходясь в мелочах, сходились в утверждении, что живые существа и жизненные процессы не могут быть объяснены в логических понятиях.

Реальное развитие науки, как известно, опровергло все эти вековые заблуждения. Стоит ли напоминать, что раскрыт генетический код, выяснена трехмерная структура белковой молекулы? Это известно теперь и школьникам. В отношении химического состава живых объектов можно сказать, что практически достигнут предел: мы знаем этот состав с почти исчерпывающей полнотой, и вряд ли нас ожидают какие-либо крупные сюрпризы на этом пути.

Теперь задача переместилась в новую плоскость. Нам хочется знать, какую роль играют в живом организме, в осуществлении явления жизни молекулы, каждое из входящих в него бесчисленных соединений. Пожалуй, может быть, лучше это сформулировать в обратном порядке: нам хочется, отправляясь от того или иного характера проявления жизнедеятельности, знать, какие именно виды молекул ответственны за нее, в какой мере она зависит в каждом отдельном случае от химической структуры молекул, от их свойств и форм взаимодействия.

С этой точки зрения наиболее характерным примером специфического участия определенного типа молекул в осуществлении одной из важнейших биологических функций — воспроизведении себе подобных — является роль в организме дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Как известно, особенности ее обеспечивают явления наследственности и тем самым все существование бесчисленного множества видов живых организмов, населяющих Землю.

Глубокое познание трехмерной пространственной структуры молекул гемоглобина и зрительного пурпура позволило отчетливо установить, в чем сущность процессов дыхания и зрения. Оказывается, мы можем дышать только благодаря особым свойствам молекул гемоглобина, видеть — благодаря особым свойствам молекул зрительного пурпура. На очереди разгадка чувства вкуса на молекулярном уровне. Уже выделен специфический белок, способный вне организма различать сладкий вкус химических веществ самой разной природы.

В основе механического движения мышц, как известно, лежат особенности молекул сократительных белков и молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) как носителя химической энергии. Распространение нервного импульса основывается на особых свойствах молекулы ацетилхолина, входящего в состав нервных волокон.

Этого краткого перечисления достаточно для доказательства того, что многочисленные и разнообразные физиологические функции в своей первооснове оказываются обусловленными свойствами тех или иных молекул.

Сами молекулы, как таковые, однако, ни в коем случае не могут рассматриваться как живые. Неудачны поэтому и неправильны такие термины, порой еще встречающиеся в обиходе, как, скажем, «живой белок». Жизнь всегда, даже в самых примитивных своих формах, является результатом какой-то упорядоченной совокупности молекул различного рода, образующих определенную систему той или иной сложности.

Что же такое жизнь? Трудность дать четкий ответ на такой вопрос непосредственно связана с тем обстоятельством, что мы сегодня пока еще не имеем достаточно точного и неоспоримого ответа на вопрос, казалось бы, более простой, который естественным образом должен быть решен раньше, чем может пойти речь о природе жизни: где проходит граница между живым и неживым?

Приведу несколько примеров, чтобы показать возникшие здесь в настоящее время перед наукой трудности. Предположим, случилось так, что у человека отрезана голова. Всякому ясно: человек этот мертв. И тем не менее сердце его, если искусственно пропускать через него кровь, может еще долго биться совершенно так же, как билось при жизни человека. Больше того, как мы теперь знаем, это сердце можно пересадить другому человеку, и тот будет жить. Значит, организм может умереть, но части его оставаться живыми.

Спустимся значительно ниже по уровням биологической организации — к миру микробов — и возьмем одноклеточный микроорганизм. Он живет в условиях кислородного дыхания, но при отсутствии кислорода не погибает, а начинает черпать нужную ему энергию за счет процессов брожения. Клетка эта, по существу, ведь перестала дышать — жива она или нет? Ответ тут ясен: она жива, но функции живого осуществляются в ней по-иному. Более того, мы можем даже полностью разрушить такую клетку (например, под высоким давлением выжать из нее то, что экспериментатор называет клеточным соком), однако и этот сок будет продолжать расщеплять сахар и образовывать спирт и углекислоту, то есть бродить так же, как это делала живая клетка. Что же полученный сок живой? Ответ и тут как будто ясен: нет, не живой. Вот именно здесь ученые пока еще не уяснили точно: почему же нет, в какой именно момент наш живой объект перестал быть живым.

Всем известно о существовании вирусов. Проникнув в клетку, вирусная частица размножается, в результате чего в большинстве случаев наступает гибель клетки и вышедшие из нее вирусные частицы могут заразить новую клетку. Вне клетки вирусная частица не проявляет ни одного из тех свойств, которые мы считаем обязательными признаками живого: в ней не происходит никаких процессов обмена веществ. Она не дышит, не бродит, не может двигаться, не может размножаться, не реагирует ни на какие воздействия. С полным правом один из крупнейших биологов современности, В. Стенли, охотно охарактеризовал парадоксальные свойства вирусов: в клетке вирус ведет себя как живое существо, а вне клетки он мертв, как камень. Ту же примерно мысль высказал ныне покойный микробиолог Надсон: вирус — это то ли вещество, обладающее свойствами существа, то ли существо со свойствами вещества.

С точки зрения химической природы по своему составу многие простейшие вирусы действительно могут рассматриваться как вещество, ибо они состоят всего из двух компонентов: белка и нуклеиновой кислоты. Формально они могут быть отнесены к хорошо известной химикам категории химических соединений к нуклеопротеидам. Но если так обстоит дело с точки зрения химической, то совсем иначе получается в биологическом плане: вирусы — это не что иное, как внутриклеточные паразиты; а понятие «паразит» неразрывно связано с представлением о живом объекте, существующем за счет другого — тоже живого объекта. В мире неживой природы мы паразитизма не знаем.

Так на всех уровнях биологической организации — от уровня нуклеопротеида, каковым может являться вирус, и до уровня человеческого организма — мы неизменно сталкиваемся с невозможностью однозначно провести границу между живым и мертвым.

Значит, мы подходим к выводу, что на современном уровне наших знаний пока не располагаем таким определением понятия «жизнь», которое охватило бы все стороны явления и объяснило бы его сущность, исходя из первичных, уже известных нам понятий. Вот почему мы сегодня должны оставаться при том общем определении, которое гласит: жизнь — это наивысшая из известных нам форм существования материи, достигнутая ею в процессе эволюции.

При таком определении сразу же возникает вопрос: в чем же состоит более высокое качество этой формы существования материи, в чем эта форма превосходит прочие?

Превосходство, о котором идет речь, выражается в различных аспектах. Многообразие химических компонентов и сложность химического строения подавляющего большинства органических соединений в огромной степени превосходят все, что известно в неживой природе. То же самое справедливо и в отношении динамики, то есть многообразия и быстроты протекания превращений материи. Те уровни, которыми характеризуются живые системы, на много порядков превышают наблюдаемые в неживом мире. Однако, сколь ни важны приведенные признаки, еще гораздо большее значение имеет начало упорядоченности как наиважнейшее качество всего живого. Именно в способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого.

Уникальность химического состава, своеобразие условий протекания превращений, которым вещества подвергаются в процессе жизни, — эти особенности и типичные черты живого еще не вступают в конфликт с тем, что мы знаем о явлениях неживого мира, Это различия, но не противоречия. Тенденция к упорядоченности занимает в этом отношении особое место. Здесь живой объект, не нарушая законов, действующих во всей природе, вступает в антагонизм с ними. Можно сказать, что, вместо того чтобы пассивно подчиняться закону природы, жизнь обеспечивает возможность активного противодействия этому закону, подобно тому как, поднимая тяжелый предмет, мы не нарушаем закона тяготения, но противодействуем ему.

Тенденция к упорядоченности, к созданию порядка из хаоса есть не что иное, как противодействие принципу возрастания энтропии, то есть второму закону термодинамики. Отсюда вытекает следствие первостепенной важности: живые объекты должны представлять собой открытые системы, то есть быть способными взаимодействовать с окружающей средой, обмениваясь с ней энергией. Именно этим и устраняется противоречие, порождаемое якобы нарушением второго закона термодинамики: уменьшение энтропии, возникающее в изолированно взятом живом объекте, на самом деле сопровождается ее возрастанием в системе «живой объект — среда», и, следовательно, никакого нарушения второго закона на самом деле не происходит.

Мы можем сказать, что жизнь представляет собой совокупность некоторого числа начал, из которых каждое, взятое в отдельности, не определяет собою жизни, но при отсутствии хотя бы одного из них жизни быть не может.

Во-первых, одним из таких начал является структурная организация. Во-вторых, в основе жизни лежит сочетание трех потоков: вещества, энергии и информации. И хотя эти потоки качественно глубоко различны, они сливаются в некое единство высшего порядка, составляющее динамическую основу жизни. Нуклеиновые кислоты играют ведущую роль в осуществлении потока информации, а поток материи и поток энергии обусловлены свойствами белков, в первую очередь их каталитической активностью.

Именно существование этих трех потоков, как мне представляется, является обязательным условием для того, чтобы решать, принадлежит данная система к числу живых или не принадлежит.

Одним из крупнейших успехов современного естествознания явилось открытие принципа матричного синтеза, который позволил дать конкретное истолкование одного из коренных атрибутов жизни, притом доведенное до уровня молекулярной структуры. Сущность матричного синтеза проста и ясна, но его механизмы необычайно тонки.

Суть этого принципа заключается в том, что новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом (или программой), уже заложенным в структуре существующей молекулы. Роль матрицы играет молекула ДНК. Важность принципа матричного синтеза ясна из того, что он лежит в основе построения обоих главных типов макромолекул, которые мы выше охарактеризовали как обязательные и необходимые материальные компоненты живых систем — нуклеиновых кислот и белков. Мы бы зашли слишком далеко, если бы захотели утверждать, что в матричном синтезе заложена сущность жизни. Но с полной уверенностью можно сказать, что без матричного синтеза жизнь, какой мы ее знаем на нашей планете, не была бы возможна.

Представления о потоках вещества и энергии уже сформировались в основном в предыдущие периоды, а представление о потоке информации — одно из достижений естествознания самого последнего времени. В область биологии проникают воззрения, заложенные в кибернетике, поскольку теория информации служит одной из ее первооснов.

Следует особо подчеркнуть, что информация всегда связана с тем или иным материальным носителем. Вот почему поток информации неразрывно связан с потоками вещества и энергии. И если без потока информации невозможна жизнь, то без нуклеиновых кислот невозможно движение этого потока. Поэтому нуклеиновые кислоты наряду с белками являются обязательными компонентами живых систем.

Итак, говоря словами замечательного современного английского ученого Джона Бер-нала, «жизнь перестала быть мистической тайной, практически говоря, она становится криптограммой, головоломкой, кодом, который можно расшифровать, рабочей моделью, которую рано или поздно удастся создать».

Ученые уже синтезировали в пробирке нуклеиновую кислоту, входящую в состав одного из вирусов. Соединившись со своим специфическим белком, она образовала полноценный вирус. Мы вправе сказать, что если считать вирус простейшей формой живого, то человеком искусственно получена одна половина этого биологического образования (вторая была достроена той клеткой, в которую попала нуклеиновая кислота вируса). Потому-то и можно сказать, что уже пройдена половина пути до синтеза простейшей формы жизни.

Другим эпохальным событием явился синтез гена, то есть части молекулы ДНК, которая способна программировать синтез какого-либо индивидуального макромолекулярно-го вещества.

Продолжая идти этими путями, мы, быть может, получим нечто живое, еще не имея исчерпывающего ответа на вопрос: что такое жизнь? Мне думается, именно таким путем, как бы нарушая последовательность логических этапов, будет сделан шаг решающего значения и для приближения к познанию сущности жизни. Можно не сомневаться в том, что это будет величайший триумф естествознания нашего века.

А. С. Трошин, член-корреспондент АН СССР

От клетки к молекуле

Составной и существенной частью научно-технической революции XX в. является происшедший переворот в биологии. В познании явлений жизни достигнут огромный прогресс. Биология круто шагнула вперед по пути выявления молекулярных механизмов важнейших процессов жизни, в понимании качественной специфики живого, в выяснении фундаментальных свойств органической материи, необходимого для постижения сущности жизни, для формирования общей ее теории, для расширения прикладных возможностей биологической науки.

Конечно, далеко не все трудности, связанные с научным анализом сущности жизни, преодолены, и это обстоятельство порождает у некоторых зарубежных биологов стремление отойти от материализма, оживить мысль о непознаваемости жизни, о действии в живом нематериальных или «надматериальных» сил и принципов. Так, известный западногерманский биохимик Шрамм считает, что достижения современной биологии принесли доказательства существования в живом фактора нематериальной природы.

«Благодаря молекулярной биологии, — говорит Шрамм, — мы теперь знаем, что при наследовании передается план, каким должно быть сформировано живое существо». Считая открытие генетического кода, с помощью которого в ДНК записана наследственная информация, фундаментальным открытием, Шрамм с пафосом восклицает: «А ведь до сих пор считали, что изобретение и расшифровка кода свойственны лишь человеку!» «Если мы понимаем, продолжает Шрамм, — генетическую информацию как идею, то при рассмотрении живой природы учение Платона об идеях оказывается поразительно верным».

«Подобно идеям, генетическая информация нематериальна, но однако же реальна, как и идея изобретателя, которая хранится в патентном бюро и может быть продана и куплена».

Как видите, Шрамм рассматривает информацию как идеальный фактор, совершенно независимый от своего материального носителя, что, конечно, совершенно ненаучно, так как информация может быть закодирована и передана с помощью самых разнообразных сигналов материального характера, и это вовсе не свидетельствует об идеалистическом характере информации.

Для исследований в цитологии, как и в биохимии, физиологии, биологии и других биологических науках, весьма характерен подход, который носит название редукционизма. Редукционистский подход состоит в том, что познание сложного, составного, целостного, в том числе и клетки, проводится через расчленение сложного на возможно более простые части, которые и являются фактическим предметом изучения. У нас, в цитологии, клетки разрушают с помощью различных весьма изощренных методов, изолируют составные их части оболочку, ядро, органоиды — и изучают их свойства, структуру и функции. Не может быть сомнений в том, что на этом пути цитология добилась выдающихся успехов. Мы теперь знаем очень подробно о структуре и функции мембран, ядра, митохондрий, рибосом, лизосом и т. д.

Но нужно не забывать, что целое всегда больше, чем сумма отдельных его частей. Мы хорошо знаем, что свойствами поваренной соли не обладают ни натрий, ни хлор. Точно так же характерные свойства биополимеров, например белков, невозможно предсказать на основании свойств образующих их мономеров. Ясно поэтому, что сведение сложного явления, каким является клетка, к сумме его частей, требует и умения пройти этот путь в обратном направлении, то есть от суммы частей перейти к системе, от расчлененности целого к его воссозданию, от редукционизма к интегратизму. Здесь встают задачи дальнейших исканий цитологии: не отбрасывая редукционный подход, напротив, всячески его совершенствуя, продолжать двигаться в сторону изучения и более высоких уровней организации.

Атомный исследовательский реактор.

Петлевой материаловедческий реактор.

Ускоритель многозарядных ионов — циклотрон У-300.

Часть электромагнита мощного синхрофазотрона.

Подготовка мишени для облучения на синхроциклотроне.

Микроскоп Р. Гука (XVII в.).

Срезы пробки под микроскопом Гука (первое изображение клетки).

Идет исследование ультраструктуры растительной клетки с помощью электронного микроскопа.

Современная схема строения живой клетки.

Самая простая молекула — Н2 и одна из самых сложных молекул — ДНК.

На этих перфолентах запрограммированы сложнейшие задачи.

Идет эксперимент.

Кстати, сейчас широко распространилось представление о биологической иерархии структур, о разных уровнях организации — субклеточном, клеточном, тканевом организменном, популяционном и т. д. Не следует, однако, думать, что, чем выше положение объекта в иерархии, тем он сложнее. Популяция, состоящая из множества индивидуумов, несомненно, гораздо проще каждого из индивидуумов, а такой низший многоклеточный организм, как губка, несомненно, организован проще, чем составляющие его клетки. Это, вероятно, объясняется тем, что путь от начальных примитивных живых форм до одноклеточного организма был куда более длинный, чем от одноклеточной формы до начальных этапов филогенеза. Конечно, на более поздних его этапах — на уровне человека, например, организменный уровень системы сравним или даже превосходит сложность клеточной организации.

Возвращаясь к проблеме соотношения редукционистского и интегративного подходов в исследовании клетки, нужно сказать, что если первый из этих подходов принес цитологии большой и общепризнанный успех, то второй путь делает также хотя и самые первые, но уже успешные шаги. В качестве примера можно привести данные о самосборке.

Известно, что многие белки обладают так называемой четвертичной структурой, то есть состоят из субъединиц, которые в подходящих условиях самопроизвольно соединяются между собой с образованием исходной четвертичной структуры. Такой способностью обладает, например, гемоглобин, уреаза и некоторые другие белки. Подобный же процесс самосборки удается наблюдать и на более сложных структурах, например на рибосомах, на мембранах, на вирусах и бактериофагах. Эти структуры построены из разных молекул биополимеров — белков, нуклеиновых кислот, липидов. В рибосомах, например, содержится три разных типа нуклеиновых кислот и около 20 различных индивидуальных белков. В частицу вируса табачной мозаики входит кроме нуклеиновой кислоты более 2000 одинаковых молекул белка. И все эти сложные структуры самопроизвольно собираются из смеси своих составных частей. А недавно известный цитолог Дж. Даниэли описал результаты опытов с самосборкой амеб.

Амебу — одноклеточный организм — расчленили на составные части: оболочку, ядро, цитоплазму. Затем эти компоненты, полученные, разумеется, от большого числа особей, снова смешивали и наблюдали образование заново целых клеток из частей разных индивидуумов: оболочка от одного, ядро от другого и цитоплазма от третьего. Такие «сборные» амебы, по описанию Даниэли, обладают свойственной этим клеткам способностью к движению и размножаются. Следовательно, и на таком сложном организме, как амеба, доказана возможность ее самосборки из составных частей. Однако на пути выяснения свойств интегрированной клеточной системы стоит еще очень много нерешенных вопросов.

Чем больше мы узнаем о структуре клетки и как она работает, тем больше проникаемся мыслью, что самые сложные технические устройства, сконструированные человеком, самые блистательные успехи синтетической химии, самые выдающиеся достижения в области организации производства не идут в сравнение с исключительной сложностью клетки, с поражающим разнообразием, быстротой и эффективностью осуществляемых в ней синтезов, с совершенством ее управления и фантастической миниатюрностью.

Как осуществляется управление этими процессами? Нужно также учесть, что жизнь клетки жестко регламентирована во времени: этапы клеточного цикла четко следуют один за другим, и этим стадиям подчиняется жизнедеятельность клетки. Но как работают эти «клеточные часы»?

В клетке одновременно происходит множество процессов — одни вещества расщепляются, другие синтезируются; происходит заготовка энергетических веществ в запас; заготавливаются материалы, которые потребуются клетке, когда она приступит к делению. Как достигается эта удивительная согласованность всех процессов, как возникает и поддерживается ее целостность? Еще одна тайна — движение веществ внутри клетки и целенаправленные движения самих клеток. Мы знаем, что информационная РНК синтезируется в ядре, но как она переходит из ядра в цитоплазму и как она внедряется в рибосому, остается еще полностью невыясненным. Нужно при этом учесть, что синтезированные вещества перемещаются на расстояния нередко в тысячи раз большие, чем размеры молекул.

В. Я. Александров в своей книге «Поведение клеток и внутриклеточных структур» (М., «Знание», 1975) собрал много примеров целенаправленных движений клеток и внутриклеточных структур. Как осуществляются эти удивительные передвижения, упорядоченные в пространстве и времени, остается загадкой. В. Я. Александров считает, что движения клеток относятся к тому же кругу явлений, которые в процессе эволюционного развития, усложнения и качественного преобразования привели к появлению высших форм поведения животных и человека. На этом основании В. Я. Александров считает целесообразным создание новой науки — цитоэтологии, которая бы использовала для понимания поведенческих актов на клеточном уровне достижения зоопсихологии.

Очень еще мало также продвинута проблема использования наследственной информации. Яйца или клетки раннего зародыша не имеют тех свойств, которые характерны для клеток взрослого организма. У зародыша все клетки очень похожи друг на друга, но по мере развития они начинают различаться между собой. Чем дальше развитие, тем более клетки разнообразны. Во взрослом организме можно насчитать до сотни разных типов клеток — мышечные, эпителиальные, кровяные, печеночные и т. д.

Следовательно, клетки, одинаковые вначале, имеющие одинаковую наследственную информацию, специализируются, или, как принято говорить, дифференцируются. Одни гены работают во все время жизни клетки, другие включаются в определенные моменты, а третьи, видимо, вообще никогда не включаются. Какими силами направляется это развитие, как регулируется деятельность хромосом, еще очень мало понятно, а ведь это очень важно в практическом отношении.

Возьмите проблему злокачественного роста. Нельзя сомневаться в величайшей актуальности и практической важности этой проблемы. Из того, что мы знаем о раковой клетке, можно заключить, что эти клетки утрачивают связь с соседними клетками, размножаются неудержимо, бесконтрольно и образуют опухоль.

Что же удерживает клетки в норме, какова природа той «дисциплины» размножения, которой подчиняются нормальные клетки? Это, очевидно, проблема формирования ткани органа, то есть проблема развития, дифференцировки. Раковые клетки легко отрываются от опухоли, попадают в кровь и разносятся по всему организму. Так возникают метастазы, то есть новые опухоли. Это происходит в результате особых свойств поверхности раковой клетки — в отличие от нормальных клеток раковые клетки связаны между собой гораздо слабее. А это происходит в результате изменения структуры и свойств поверхности раковых клеток. Изменения же поверхности клетки есть результат изменения состава ее белков.

Следовательно, идет нарушение синтеза белков в результате нарушения регуляции работы хромосом. Для того чтобы избавить организм от опухоли, ее удаляют хирургическим путем или убивают раковые клетки рентгеновскими лучами или химическими веществами. Но не всегда удается удалить опухоль так, чтобы ни одна раковая клетка не осталась в организме. При облучении рентгеновскими лучами и действии химиотерапевтическими препаратами также нет уверенности, что удастся убить все раковые клетки. А при увеличении доз этих агентов гибнут и нормальные клетки.

Таким образом, ясно, что, для того чтобы понять причины возникновения рака, его природу, найти средства для его предупреждения и эффективного лечения, нужно знать хорошо природу этих клеток. Для решения этой проблемы разработана программа исследований, осуществляемая под эгидой научного совета АН СССР по проблемам цитологии. Для решения ее привлекаются специалисты разных областей знания. Планируется развертывание исследований всего спектра изменений, возникающих в клетке при воздействии канцерогенов и вирусов, изучение иммунохимических и цитогенетических характеристик злокачественных клеток, устойчивости и репарации клеток и клеточных структур. Несомненно, что разработка целенаправленных мероприятий, их организация и координация не простое дело. Но эти задачи уже стоят перед учеными, и на их решение необходимо направить максимальные, хорошо продуманные и взаимно увязанные усилия.

Указать, когда будут достигнуты решающие успехи в этой области, трудно. Прогнозы в науке вообще смущают ученых. Я приведу в связи с этим один пример. В начале нашего века выступил с большой статьей видный физиолог профессор Бунге и, говоря о нерешенных проблемах жизни, остановился на самой великой загадке ее, на загадке наследственности. Бунге сказал так: «Известен факт, что с помощью сперматозоида, от этой маленькой клетки, 500 миллионов которых занимают объем едва ли 1 куб. см, от отца к сыну передаются все духовные и телесные особенности. Я думаю, что многие тысячелетия пройдут над поколениями людского рода, прежде чем только первый шаг будет сделан к разрешению этой загадки». Но профессор Бунге оказался плохим пророком. Для разрешения этой великой загадки понадобились не тысячелетия, а всего 50 с небольшим лет. Так что лучше не заниматься прогнозами, а больше и энергичнее работать.

Д. Г. Кнорре, член-корреспондент АН СССР

К управлению наследственностью

Четверо из каждой сотни людей рождаются с наследственными болезнями. Болезни эти до сих пор лечатся с большим трудом, а до недавнего времени и совсем не поддавались лечению. Вот, например, фенилкетонурия. В организме больного не синтезируется фермент, перерабатывающий аминокислоту, фенил-аланин. В результате ребенок вырастает слабоумным. Оказалось, что если такого ребенка определенное время кормить пищей, в которой фенилаланина нет, то он вырастает вполне здоровым. А вот дети у него могут родиться больными.

Сравним это со следующей картиной. Завод выпускает машины, собранные по неверному чертежу. Каждую из таких машин можно исправить, но несравненно лучше было бы внести исправление в исходный чертеж. Тогда с заводского конвейера будут сходить бездефектные машины. Так вот, исправлять наследственность на уровне чертежа, то есть на уровне зародышевой клетки, мы пока не умеем. Во многих случаях мы пока вообще не в состоянии помочь такому больному, даже зная причину болезни. Например, распространенная у некоторых африканских народов серповидноклеточная анемия (белокровие) объясняется тем, что организм больного производит гемоглобин, отличающийся от нормального всего-навсего одним из аминокислотных остатков. Причина известна, но лечения этой болезни пока нет.

Лишь в самое последнее время наметились пути решения проблемы управления наследственностью. Известно, что наследственная информация записана в молекулах ДНК. Каждый знак генетического кода составляется из нуклеотидов, собранных в определенном порядке.

Но почему именно такая структура определяет данные функции, пока неясно. Носить часы или смотреть телевизор еще недостаточно для того, чтобы уметь разобраться в их устройстве, чтобы понимать, для чего нужны именно данное колесико в часах или данная радиолампа в телевизоре. А тут перед нами молекулярная «машина» клетки, неизмеримо более сложная, чем самое сложное техническое устройство. Мы уже видим, как она работает, но пока еще не знаем, почему так, а не иначе.

Чтобы сделать следующий шаг в познании секретов жизни, нужно связать функцию и структуру каждой детали — молекулы в «машине» клетки. Одни ученые пытаются решить эту задачу, сравнивая молекулы различной структуры. Так, разбирая несколько замков различной конструкции и подбирая свой ключ к каждому из них, можно догадаться, как же эти замки действуют.

Второй путь — более активный — называется методом химической модификации. Если химически изменять каждый участок молекулы, звено за звеном, то можно увидеть, изменение какого звена связано с изменением функций всей молекулы. По характеру этого изменения можно судить о том, какая именно химическая структура определяет данные функции. Если же изменение того или иного звена не приводит к изменению функций, то, следовательно, данный участок молекулы в выполнении этой функции не участвует.

На этот метод сейчас возлагаются наибольшие надежды. Однако не нужно думать, что это очень простое дело. Большинство современных химических реагентов действуют сразу на два или даже на три азотистых основания в молекуле нуклеиновых кислот. А ведь нужно подействовать только на одно азотистое основание, не затронув других (всего их, как известно, четыре).

Многого здесь ученые уже добились. Так, в Институте химии природных соединений АН СССР член-корреспондент АН СССР Н. К. Кочетков и доктор химических наук Э. И. Будовский нашли химическое вещество, которое действует только на одно из азотистых оснований (цитозин). Но и этого оказалось мало. Ведь каждая молекула нуклеиновой кислоты, даже такой сравнительно простой, как т-РНК, содержит большое число одинаковых азотистых оснований (валиновая т-РНК, например, содержит 19 остатков цитозина). Одинаковые остатки, конечно, неразличимы по своим химическим свойствам, однако, находясь в разных участках молекулы нуклеиновой кислоты, они выполняют, по-видимому, различные функции.

А нельзя ли создать такие химические реагенты, которые будут действовать избирательно — только на азотистые основания, находящиеся в окружении определенных соседей?

Такие реагенты уже созданы. Это небольшие кусочки цепи нуклеиновой кислоты, к которой присоединена активная химическая группа. Напомним, что молекула ДНК состоит из двух спиралей, соединенных водородными связями. При делении клетки эти две спирали молекулы ДНК расходятся, и каждая из них достраивает себе вторую. Как известно, в молекуле ДНК порядок азотистых оснований в одной спирали строго определяет порядок их и в другой, например против аденина может стоять только тимин. Поэтому когда спирали расходятся, то напротив каждого аденина в одной спирали становится тимин в другой, а напротив тимина, соответственно, становится аденин.

Вот этот-то механизм и решили использовать ученые. Если мы имеем, скажем, звено молекулы нуклеиновой кислоты, где подряд стоят три аденина и один гуанин (сокращенно — АААГ), то его найдет химический реагент, в котором активная группа (обозначим ее буквой X) связана с тремя тиминами. При этом наша активная группа химически про-взаимодействует только с гуанином, стоящим рядом с тремя аденинами, и ни с каким другим. Такой химический реагент назвали мутагеном с адресом. Роль адреса выполняет кусочек цепи нуклеиновой кислоты. В нашем случае это три тимина, а мутаген — активная группа, которая, взаимодействуя с данным звеном цепи нуклеиновой кислоты, может изменить наследственность.

Самое важное здесь то, что в данном случае мутация строго определена. Все мутагены, употреблявшиеся до сих пор (рентгеновские лучи, химические вещества и т. п.), вызывали лишь увеличение общего числа мутаций. Среди миллионов бесполезных и вредных мутаций изредка появлялись и полезные, которые и закреплялись в потомстве с помощью отбора. Именно так были выведены разновидности микроорганизмов, которые производят в сотни раз больше антибиотиков (например, пенициллина), чем их прародители.

Кроме создания мутагенов с адресом есть еще один путь, который может привести к управлению наследственностью, — химический синтез молекул нуклеиновых кислот с заданным строением. Изучая функции таких молекул, можно будет установить роль любого их звена, то есть любого гена. Вполне вероятно, что искусственно синтезированные гены удастся вводить в клетки с помощью безвредных вирусов. Когда такая задача будет решена, сначала станет возможным ликвидировать все наследственные болезни, а затем встанет вопрос и об улучшении наследственности человека.

Большие надежды на управление наследственностью возлагаются в последние годы на пересадку генов — методы так называемой генной инженерии. Для этого нужно прежде всего научиться разрезать молекулы нуклеиновых кислот по определенным участкам. Адресованные реагенты позволяют решить и эту задачу. Для этого нужно подобрать группу X так, чтобы она после присоединения в определенном месте к ДНК ослабляла бы химические связи, удерживающие между собой отдельные мономеры. Эта задача также решена: с помощью адресованных реагентов уже удается разрезать на определенные куски большие молекулы ДНК (например, ДНК некоторых бактериофагов). До сих пор в генной инженерии для такого разрезания пользовались только получаемыми из некоторых микроорганизмов ферментами рестрикции. Однако эти ферменты разрезают молекулы ДНК по очень ограниченному набору последовательностей. Адресованные же реагенты позволяют провести расщепление цепочки ДНК по любому желаемому месту — достаточно только изменить адрес.

Л. 3. Певзнер, доктор медицинских наук

Исследование вещества мозга

В коре нашего мозга от 14 до 16 миллиардов нервных клеток — нейронов. Долгое время внимание исследователей было приковано исключительно к ним, ведь именно нейроны — хозяева всех нервных процессов. При этом упускалось из виду, что большую часть объема мозга занимают «слуги» этих хозяев клетки-сателлиты, или, как их еще называют, глиальные клетки. Их впервые описал в середине XIX в. немецкий морфолог Р. Вирхов, считавший, что они склеивают, цементируют нервную ткань. (По-гречески «глия» означает клей). Объем всех тел глиальных клеток в 3 раза больше, чем объем всех тел нейронов. В ряду эволюции животных они появляются очень рано и отсутствуют лишь у совсем примитивных организмов. С совершенствованием организации видов начинает увеличиваться не столько число нейронов, сколько число глиальных клеток, приходящихся на один нейрон.

В ходе развития одного и того же организма с возрастом тоже увеличивается количество глиальных клеток на один нейрон. Их меньше у новорожденных. В юности их число и число нейронов сравнивается, дальше они начинают преобладать. Существует несколько типов глиальных клеток, но у всех тела и ядра гораздо меньше, чем у нейронов. От их поверхности отходят тонкие отростки, и каждый нейрон, за исключением синапсов (мест сближения между разными нейронами), оплетен сетью отростков соседних глиальных клеток. Некоторые из них взаимодействуют друг с другом. Таким образом, они пронизывают всю нервную систему.

Однажды в тканевой культуре совместно выращивали клетки глии и нейроны. Под микроскопом можно было наблюдать, как глиальные клетки делали пульсирующие движения и наползали на нейроны своими отростками, словно щупальцами. В культуре ткани глиальные клетки прекрасно развивались и росли, так как у них есть все необходимое для нормальной жизнедеятельности. Значит, и нейроны, и глиальные клетки вполне самостоятельны. Но при более тонком их анализе выявляются такие различия между ними, которые позволяют сделать вывод об их взаимной зависимости. В процессе эволюции природа создала глиальные клетки как очень удобный механизм, и в настоящее время удалось выявить три основные его функции. Но прежде чем о них рассказать, нужно сказать несколько слов о тех методах, с помощью которых биохимики исследуют глиальные клетки.

Как можно изучать отдельно химию нейронов и химию глии, если в мозгу эти клетки тесно переплетены?

Один из методов — микроманипуляция. Специальным микроскальпелем, микроиглами или микроманипуляторами различной конструкции под стереомикроскопом из срезов нервной ткани можно иссечь тела отдельных крупных нейронов и отделить от них глиальные клетки. Существуют очень сложные и очень тонкие микрохимические методы, позволяющие определять химический состав нейрона и глии даже в столь малых объемах, как одна клетка.

Другой метод — так называемый метод обогащенных фракций. Ткань мозга продавливают через нейлоновые сита, вначале с крупными, затем со все более мелкими отверстиями. Крупные отверстия пропускают нейроны, мелкие — клетки глии. Затем с помощью центрифуги клетки глии отделяют от тех нейронов, которые «проскочили» через первое сито. Различия в весе при центрифугировании позволяют глиальным клеткам двигаться вверх, а нейронам осаждаться на дно пробирок. Таким образом удается получить довольно большую массу фракций тех и других клеток, позволяющих производить любые биохимические определения. Правда, фракции получаются все же обогащенными, с некоторым процентом примесей, и на это приходится делать скидку.

Третий метод называют методом количественной цитохимии. В нем используют микроскопическое исследование препарата не только для визуального наблюдения, но и для спектрального анализа химического состава. Однако приготовление препарата неизбежно искажает исходный химический состав клеток.

Как видим, у каждого из методов есть свои плюсы и минусы. Но все они в комплексе позволили получить верное представление о клетках глии и установить, что по химическим свойствам глия не уступает нейронам, а по интенсивности протекания в ней некоторых процессов даже их превосходит.

Например, поглощение глией аминокислот — тех кирпичиков, из которых строятся молекулы белка, — идет гораздо активнее, чем в нейронах. Зато скорость синтеза белка в нейронах значительно выше, чем в клетках глии. Тогда зачем глии такое большое количество аминокислот? На этот вопрос уже получен ответ, позволивший понять первую ее функцию — трофическую. Глия выполняет роль слуги, подносящего к хозяину (нейрону) необходимые вещества. Нейронам передается часть находящихся в ней макромолекул РНК, белков, глюкозы, органических кислот, кислорода и пр.

Прямо из крови вещества не могут попадать в нейроны, так как они непосредственно не соприкасаются с капиллярами. Многие глиальные клетки оплетают тончайшие сосуды-капилляры, снабжающие мозг кровью. Все необходимое для нормальной жизнедеятельности нейронов вначале поступает в глиальные клетки. Их можно сравнить не только со слугами, но и со сторожами. Как вахтеры в проходной, они пропускают одни, но задерживают другие, вредные вещества, способные отравить или повредить нейроны. Благодаря глии нейроны чрезвычайно устойчивы к токсическим веществам, циркулирующим в крови. Любопытно, что гормоны главным образом влияют на глиальные клетки, заставляя их перестраивать обмен так, что они становятся посредниками между гормонами и нейронами, передавая информацию последним.

Когда нейрон в рабочем состоянии, он вырабатывает электрическую активность. Для этого ему необходимо много энергии. Энергия высвобождается при окислении биологических субстратов нейрона (глюкозы, органических кислот). Ничто так эффективно не дает энергию, как глюкоза. Глия использует для окисления кроме глюкозы и другие субстраты, например уксусную кислоту. При необходимости глия отдает нейронам и часть своей глюкозы. Она может пожертвовать в их пользу и кислород, перейдя сама на бескислородное дыхание. Нейроны мозга поглощают 20–25 процентов кислорода, потребляемого всем организмом в состоянии покоя, а вес мозга составляет лишь 2,5 процента веса тела. У детей до четырех лет нейроны поглощают даже до 50 процентов кислорода. Прекращение дыхания всего на 3–5 минут приводит к необратимому поражению центральной нервной системы. Поэтому понятно, насколько важна эта функция глии — выручать при необходимости нейроны кислородом и глюкозой.

За последнее время в биохимии появилась новая глава исследований изоферменты. Это разные формы одного и того же фермента, отличающиеся различными видами белковых молекул.

В настоящее время насчитывается более 50 ферментов, у которых доказано существование изоферментов. Благодаря различиям в чувствительности к регуляторным факторам они обеспечивают более тонкую регуляцию обмена в клетке. Так, фермент лактатдегидро-геназа (ЛДГ), с помощью которого нейроны и глиальные клетки окисляют молочную кислоту, может состоять из пяти разных видов белковых молекул. Соответственно все пять его изоферментов встречаются и в нейронах, и в клетках глии. Но в нейронах преобладают те из них, которые способны окислять молочную кислоту в присутствии кислорода, а в глии — те, которые окисляют ее в бескислородной среде.

О трофической функции глии многое было известно уже в начале 70-х годов нашего века, но о других ее функциях стало известно лишь в самое последнее время.

Еще в прошлом столетии выдающийся французский физиолог Клод Бернар сделал верное наблюдение: для того чтобы хорошо приспособиться к внешней среде, организм должен иметь постоянство внутренней среды — гомеостаз. («Гомеостазис» буквально — постоянный внутренний уровень однородного состояния). Изменения внешней среды меняют параметры внутренней среды организма, но только на время. Потом снова должно наступить исходное состояние. Чем выше организовано животное, тем более совершенны механизмы, обеспечивающие гомеостаз. У низших животных температура тела меняется в зависимости от окружающей среды, у высших есть механизмы терморегуляции, бдительно за ней следящие. Стоит температуре тела у человека повыситься всего на полградуса по сравнению с нормальной, и он нездоров.

В нервной системе механизмы гомеостаза особенно важны. Поэтому раньше думали, что при изменениях функциональных состояний нервной системы химический состав клеток остается неизменным. Но оказалось, что это не так. При возбуждении или торможении нейрона изменяются и химический состав, и активность ферментов, но они быстро возвращаются к норме. В этом очень важную роль играют глиальные клетки.

За последние годы стало точно известно, что при возбуждении нейрона в нем происходит перераспределение и заряженных частиц — ионов. Ионы калия (К+) выходят из нейрона во внеклеточное пространство, а ионы натрия (Na+) входят из внеклеточного пространства внутрь его.

Ионы калия являются как бы сигналом для глиальной клетки. Как только они вышли из нейрона, глиальные клетки, расположенные поблизости, жадно их захватывают, и ионы калия тут же «запускают» в них целый ряд биохимических реакций, позволяющих поддерживать гомеостаз в нейроне. Подобно санитарам психиатрической помощи, глиальные клетки готовят для нейрона «смирительную рубашку», не дают ему разбушеваться, выйти за рамки, приводят к исходному состоянию равновесия. Само поглощение глиальной клеткой ионов калия служит спасением от переполнения этими ионами внеклеточного пространства. При их избытке во внеклеточном пространстве наступает беспорядочное возбуждение соседних нейронов, а нейрон должен посылать только узконаправленный сигнал. Наступает неадекватная реакция — генерализованное возбуждение: страх или даже паника.

Когда нервная клетка возбуждена, в ней увеличивается содержание аммиака. При генерализованных возбуждениях аммиак накапливается сильнее. Аммиак токсичен — он отравляет нейроны. Чтобы этого не произошло, нужны ферментные системы, способные его устранять. Они есть в клетках глии.

От нейрона к нейрону возбуждение передается через нейромедиаторы ацетилхолин и ряд других веществ, в том числе, как было установлено в последние годы, через циклические нуклеотиды. Ферменты, способствующие их синтезу, в основном локализуются в нейронах. Те ферменты, что их расщепляют, преимущественно находятся в глиальных клетках.

Нейрон синтезирует медиаторы и держит их наготове. При возбуждении он выделяет их в синаптическую щель и передает возбуждение на соседние нейроны. Чем сильнее возбуждение, тем больше выделяется нейромедиатора. Для точной передачи информации необходима кратковременность действия. Поэтому, чтобы медиатор не действовал слишком долго, нужны ферменты, которые его расщепляют. В противном случае произойдет перевозбуждение или даже отравление нервной системы.

Чтобы этого не произошло, должны работать ферменты, синтезируемые в клетках глии. Известны два фермента, способные расщеплять ацетилхолин, ацетилхолинэстераза и бутирилхолинэстераза. Первый синтезируется в нейронах, второй — в глии. Первый активнее, но справляется с расщеплением ацетилхолина лишь тогда, когда последнего накопилось еще немного. Если же ацетилхолина много, происходит «торможение избытком субстрата», и фермент перестает действовать. Тогда ацетилхолин начинает грозить центральной нервной системе разлитым диффузным перевозбуждением. В этих условиях спасает глия, используя второй фермент — бутирилхолинэстеразу, причем, чем больше ацетилхолина накапливается, тем активнее действует глия. Ее фермент не боится избытка ацетилхолина и расщепляет его.

В последние годы было установлено, что некоторые аминокислоты могут претендовать на роль медиаторов. Как уже говорилось, глиальные клетки захватывают их много, и, возможно, не только для снабжения ими нейронов, но и для предотвращения перевозбуждения нейронов, если в этом наступит необходимость.

Чем активнее работает нейрон, тем интенсивнее идут в нем окислительные процессы — поглощение кислорода и поглощение углекислого газа. Углекислый газ может превращаться в угольную кислоту, и это создаст избыток кислот в нервной ткани. Усиленное окисление глюкозы приводит к накоплению молочной, уксусной, пировиноградной и других органических кислот. Таким образом, активация нейрона создает угрозу сдвига кислотно-щелочного равновесия среды (рН), а постоянство этого равновесия — еще более строгое условие для гомеостаза. Вся жизнедеятельность организма определяется активностью ферментов, а они очень чувствительны к температуре и кислотности среды. Поэтому изменение рН в кислую сторону — это угроза гомеостазу. Для ликвидации избытка угольной кислоты существует фермент — угольная ангидраза, с помощью которой угольная кислота превращается в нейтральные соединения. Они вначале выводятся из клеток мозга в кровь, затем — в легкие и в виде углекислого газа выдыхаются в атмосферу. Активность угольной ангидразы в клетках глии в несколько раз выше, чем в нейронах. Нейрон вынужден потреблять угольную кислоту, а глия заботится 6 том, чтобы его гомеостаз не нарушался.

В последнее время стала вырисовываться и третья, регуляторная (модулирующая) роль глии. Исследования обогащенных фракций глии показали, что ее клетки не только накапливают аминокислоты, но и выделяют их в окружающую среду. Этот процесс очень чувствителен к химическому составу окружающей среды, в частности к ионному составу и к наличию или количеству других аминокислот. Учитывая тесный контакт глиальных клеток и синапсов, можно думать, что прежде всего глия влияет на передачу возбуждения через синапсы.

На крысах проводились опыты по запоминанию новых условий эксперимента. Сначала их научили нажимать левой лапой на педаль, чтобы получить пищу; затем животных переучивали: заставляли вопреки привычке пользоваться правой лапой вместо левой. При этом активация синтеза белков шла одновременно и в нейронах, и в глии, причем в глии были обнаружены белки, которых нет в нейронах.

Так в нейрохимии появилась еще одна, новая глава под названием «мозгоспецифические белки» — о белках, характерных исключительно для клеток нервной системы.

Как известно, набор белков, присущий данному организму, во всех органах однотипен. Однако в нервной системе удалось найти наряду с белками обычными для других органов несколько таких, которых нет ни в одном другом органе, например белок, условно обозначенный S-100, который преимущественно содержится в глии. Именно он накапливался в глии при переучивании крыс. Общее количество белка в головном мозгу крыс — около 200 мг, а на долю белка S-100 приходится не более 0,4 мг. Однако если в боковые желудочки мозга крысы вводили антисыворотки против белка S-100, то это заметно уменьшало способность животных к переучиванию.

В синапсах обнаружили белок, напоминающий сократительный белок мышц. Такой белок имеется во всех тканях, где наблюдаются механические перемещения и пространственные изменения формы. Когда он сокращается или расслабляется, меняется форма и конфигурация синаптических мембран и, следовательно, меняется проведение импульса.

Состояние сократительного белка (сокращение или расслабление) зависит от ионов кальция. Белок S-100 способен активно их захватывать. Накапливаясь в ходе обучения, он начинает все больше и больше отнимать ионы кальция от. сократительного белка. Таким образом регулируется состояние тех каналов, по которым выходит калий и входит натрий. Следовательно, белок S-100, преимущественно содержащийся в глиальных клетках, может оказывать влияние на синапсы, — такова гипотеза. В ближайшие годы основные исследования глии будут посвящены именно этой, третьей ее функции.

Как видим, изучение первого из недавно открытых специфических для мозга белков стимулировало исследования механизма обучения и поведения животных, а третья функция глии поднимает эту «второстепенную субстанцию» до уровня нейронов.

Н. Н. Демин, доктор биологических наук, профессор

Химизм сна

Прошло уже более 20 лет со времени открытий, заставивших пересмотреть все прежние представления о нашем сне. Было установлено, что сон — это не торможение, а весьма активный процесс, связанный с возбуждением определенных структур мозга. В особенности «быстрый», или, как часто его называют, парадоксальный, сон с быстрыми движениями глаз и электрической активностью мозга, не отличающейся от активности в бодрствовании. После того как эти открытия были сделаны, началось бурное изучение развития механизмов сна. Сейчас исследование этой проблемы разделилось на два основных направления: изучение биохимических механизмов развития сна и выявление тех изменений в нервной системе, которые вынуждают нас спать. В первом направлении уже сделано много глубоких и очень интересных работ. Прежде всего — это результаты блестящих исследований французского ученого Мишеля Жувэ.

Смена различных фаз сна (а также переход от бодрствования ко сну) сопровождается сменой активности нервных клеток — нейронов — в стволе мозга. Передача нервных импульсов осуществляется через синапсы — места соединений между клетками и их отростками — с помощью химических передатчиков — медиаторов. В зависимости от того, какой медиатор выделяется в синаптическую щель, называют данные структуры холинергическими (медиатор — ацетилхолин), серотонинергическими (медиатор — серотонин) и т. д.

Тела нейронов, в которых есть серотонин, находятся в ядрах шва каудального («кауда» — хвост по-латыни) отдела мозгового ствола, и от них идут восходящие (к переднему отделу, коре) и нисходящие (в спинной мозг) длинные отростки нервных клеток — аксоны.

Если бодрствование поддерживается норадреналин- и дофаминергическими нейронами, то переход от бодрствования в фазу медленного сна[31] (с этой фазы всегда начинается сон) — серотонинергическими. Переход от медленного к быстрому сну еще до конца не расшифрован, однако и тут уже есть довольно обоснованная гипотеза. По образному сравнению М. Жувэ, как у хорошего кассира сейф открывается тремя ключами, так быстрый сон, очевидно, зависит от возбуждения трех структур, содержащих ацетилхолин, серотонин и норадреналин. Таким образом, картина нашего сна постепенно начинает проясняться. Становятся понятны механизмы возникновения трех состояний, в которых мы живем: бодрствования, медленного и быстрого сна.

Быстрые движения глаз в быстром (парадоксальном) сне, вероятно, связаны с возбуждением холинергических нейронов. Эта же система, возможно, вызывает и падение тонуса всех скелетных мышц при быстром сне единственном естественном периоде полного расслабления в нашей жизни.

Однако, если сон — активное рабочее состояние, неясно, для чего он нужен. Неясно также, почему эта удивительная работа приносит ощущение обновления и отдыха.

Еще в начале нашего столетия было предложено несколько теорий, объясняющих необходимость сна. Французские ученые Лежандр и Пьерон опубликовали работу, где говорилось о том, что при сне после длительной бессонницы в сыворотке крови, тканях мозга и спинномозговой жидкости собак накапливаются вещества, способные вызывать сон у бодрствующих животных.

Много лет спустя, уже в наше время, американский биохимик Паппенхаймер и швейцарский Моннье сумели доказать, что в мозгу у спящих животных накапливается вещество, способное вызывать медленный сон у бодрствующих. Моннье выделил это вещество в чистом виде из крови кроликов. Паппенхаймер обнаружил в спинномозговой жидкости коз, спавших после длительного лишения сна, фактор-S, вызывающий сон. Вещество, выделенное Моннье, оказалось пептидом, производным девяти аминокислот. Пептид (Моннье назвал его дельта-фактором) удалось синтезировать искусственно. Так было получено естественное снотворное, одинаковое для всех спящих млекопитающих, независимо от того, к какому виду они принадлежат, в том числе и для человека.

Дельта-фактор появляется при сне. Но почему появляется сон? Вызывает ли его это вещество, или появление дельта-фактора — следствие наступления сна? Какие биохимические изменения происходят во сне в клетках мозга? И если происходят, то во время каких фаз: в быстром или в медленном сне (или и в том и в другом)? Для того чтобы получить ответы на эти вопросы, необходимо было продолжать исследования.

Объектом исследований в нашей лаборатории были крысы. Сон у крыс короткий, от 15 до 30 минут, но в общей сложности они спят довольно много. После максимального по продолжительности сна мозг крысы исследовался биохимически.

В стволе мозга наряду с другими есть два скопления нейронов, два ядра — супраоптическое и красное. Исследовали нейроны и глиальные клетки этих ядер. При стрессовых состояниях из супраоптического ядра выделяются белки гормоны, поступающие в общий кровоток организма. Эти вещества оказывают влияние на активность гипофиза и всей эндокринной системы. Красное ядро тоже обладает высокой интенсивностью белкового обмена, но несет другие функции. Оно не имеет отношения ни к стрессовым состояниям, ни ко сну, а связано со спинным мозгом, мозжечком и корой головного мозга.

Было установлено, что у крыс в естественном сне идет накопление гистоноподобных белков и рибонуклеиновых кислот в клетках глии супраоптического ядра, причем за 10–20 минут сна их накапливается на 20 30 процентов больше по сравнению с бодрствованием. В нейронах этого ядра при сне накапливаются рибонуклеиновые кислоты. В то же время в нейронах красного ядра содержание белков несколько снижается.

При лишении крыс быстрого сна результаты получились неожиданные и очень интересные. В то время, когда наступает фаза быстрого сна, падает тонус скелетных мышц. Расслабление начинается с мышц шеи и затем охватывает все мышцы тела. Если крысу посадить на небольшую (5×5 см) площадку, выступающую над водой на 3–4 сантиметра, то животное окунет мордочку в воду или даже свалится в нее, как только перейдет в фазу быстрого сна. Очутившись на площадке снова, крыса через некоторое время опять уснет. Сон всегда начинается с медленного сна. Через некоторое время наступит быстрый сон, и все повторится сначала.

Лишение крыс быстрого сна привело к резкому падению уровня белков и в нейронах, и в глиальных клетках мозга. В нейронах оно вызывало количественно даже более резкие изменения, чем лишение обеих фаз сна. Если эксперимент с лишением быстрого сна продолжался более суток, содержание белка в клетках мозга несколько повышалось, затем стабилизировалось, но не достигало исходного уровня. Он восстанавливался лишь тогда, когда животному давали спать в быстром сне.

Аналогичные результаты были получены, когда исследовались другие отделы мозга.

Теменная область коры больших полушарий суммирует сигналы, поступающие в мозг, и образует часть регуляторной системы, определяющей целостное поведение животного. Деятельность этих областей коры отображает общий уровень активности всего головного мозга. В Институте нейрокибернетики Ростовского университета для исследования белкового обмена был использован электрофизиологоцитохимичеокий метод. По записи электрической активности мозга можно было точно установить, в какой фазе сна находится животное, и с помощью специального устройства, вживленного в мозг, быстро взять на анализ кусочек ткани. (Животное при этом не ощущало боли и не просыпалось.) Метод обеспечивал быструю фиксацию ткани, ее хорошую сохранность и проводился в условиях свободного поведения животного. Анализ подтвердил результаты предшествовавших опытов — при Лишении быстрого сна резко снижалось содержание белка в клетках мозга.

Значение белков в клетках мозга многообразно и определяется уникальными свойствами каждой из 20 аминокислот, входящих в состав белковой молекулы. Широкие функциональные возможности белковых молекул зависят от способности к изменению их конфигурации в ответ на воздействие. Эти изменения обратимы, то есть после того, как воздействия закончатся, молекула белка возвращается в первоначальное состояние. Белки и вся синтезирующая их система играют первостепенную роль в процессах возбуждения, торможения, запоминания и других сторонах многообразной функции нервной системы. Между функциональной сложностью отделов нервной системы и содержанием в них белков имеется определенная зависимость: выше содержание белков в больших полушариях головного мозга, меньше в его подкорковых областях и еще меньше — в спинном мозге. При лишении фаз быстрого сна больше страдали нейроны мозга. Для глиальных клеток оказался более необходимым медленный сон.

Получены и другие интересные результаты изучения биохимии медленного сна. Так, только при медленном сне у людей происходит значительное поступление из гипоталамуса в кровь гормона роста. Эта закономерность не изменяется ни при каких нарушениях смены циклов сна в течение суток. Выход гормона роста в общий кровоток организма говорит об усилении биосинтеза белков в периферических тканях организма. Таким образом, фаза медленного сна нужна для восстановления органов тела, а быстрый сон — для восстановления работоспособности мозга.

Чем выше организовано животное, чем лучше развита его нервная система, тем больше оно нуждается в быстром сне. Рыбы вообще не спят. У них — две формы отдыха: обездвижен-ность с потерей или сохранением мышечного тонуса. У амфибий также нет сна. Его заменяет обездвиженность с сохранением тонуса мышц. У рептилий (пресмыкающихся) можно наблюдать нечто похожее на медленный сон, у крокодилов — наиболее высокоразвитых среди них намечается что-то вроде небольших периодов фаз быстрого сна. У птиц уже хорошо выражен и медленный и быстрый сон (последний, правда, занимает лишь один процент сна) и наблюдается еще одно состояние во сне, которое есть у более примитивных животных — каталепсия (оцепенение). Если у крыс в быстром сне идет накопление белков и рибонуклеиновых кислот в нейронах и глии супра-оптического ядра, то у кур при каталепсии этого нет, содержание белка в клетках мозга у них даже падает. Обездвиженность животных — это отдых пассивный в биохимическом отношении. А быстрый сон — это активный процесс обмена веществ в клетках мозга.

В свое время известный советский биохимик А. В. Палладии указывал, что состояние сна не подразумевает бездеятельности головного мозга и что его активность при этом может и не ослабляться, а направляться на восстановление его функциональной работоспособности. При сне включается механизм повышения обмена глюкозы и других богатых энергией веществ. Причем уровень их использования не менее высокий, чем в бодрствовании.

При длительном полном лишении сна снижается активность окислительных процессов и падает синтез АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), необходимый для обеспечения энергией всех реакций, проходящих в клетках. При лишении быстрого сна содержание свободного гликогена снижается. Более чем на 50 процентов повышается содержание аммиака. Возможно, аммиак является одним из факторов, вызывающих утомление мозга. Нарушения сна могут приводить к заметным сдвигам обмена аминокислот — к торможению биосинтеза белков. При приеме снотворных (так называемых барбитуратов) естественный ритм сна нарушается. Эти снотворные снимают фазы быстрого сна со всеми вытекающими отсюда последствиями, всей суммой нарушений биохимических реакций в клетках мозга.

Попробуем подвести итог сказанному выше. Возможно, в нейрохимическом отношении сон нужен прежде всего для своеобразного ремонта именно белковых структур в клетках нервной ткани, для перестройки тех белковых молекул, которые повреждаются при функциональной активности в течение длительного бодрствования. Это прежде всего нерастворимые структурные белки синаптических мембран нейронов. Структурные белки изменяются, и затрудняется проводимость через синапсы, возникает утомление. При сне они восстанавливаются, и утомление исчезает. Это ответ на вопрос (правда, пока еще неполный и неокончательный): для чего нужен сон?

В. В. Меншуткин, доктор биологических наук

Математика подтверждает эволюцию

Издавна люди разделили изучение природы на отдельные области знания различные науки. В каждой из наук есть, в свою очередь, почти бесчисленные подразделения на узкие отрасли. И это необходимо, так как при современном объеме информации один не может познать все. Природа же не знает такого разделения — в ней все взаимосвязано. И пока человек не осознает этой связи между различными явлениями природы, он не сможет ею разумно управлять.

Ныне биология стала объединяться с другими науками, казалось бы от нее далекими, — физикой, астрономией, математикой. И это тоже необходимо, чтобы осмыслить закономерности природы.

Тем исследователям, которым посчастливилось одновременно и в достаточной мере знать и математику, и биологию, удалось создать так называемые математические модели биологических процессов. Математические модели оказались одним из интереснейших и увлекательнейших методов познания закономерностей живой природы и обобщения знаний.

Одним из первых математическую модель создал в 1910 г. англичанин Росс. Она отражала динамику зараженности малярийным плазмодием. Позже, в 1918 г., наш соотечественник Ф. И. Баранов создал математическую модель, в которой использовались простейшие дифференциальные уравнения. Модель Ф. И. Баранова описывала динамику численности рыб. Постепенно модели усложнялись и совершенствовались, становились настолько громоздкими, что исследовать их практически было невозможно до тех пор, пока в 1964 г. почти одновременно канадские ученые Ларкин, Хоустон и мы для решения моделей применили цифровую электронно-вычислительную машину.

При создании математической модели перед исследователем встает ряд сложных проблем: выбор математического аппарата, языка для описания свойств исследуемого объекта, который должен быть в одинаковой степени понятен и для математика и для электронно-вычислительной машины. Любой биологический объект все время изменяет свое состояние. «Единственная постоянная вещь в мире — постоянные изменения», — говорил А. Эйнштейн. И это изменение (динамика) тоже должно найти отражение в математической модели. Исследователь создает несколько вариантов модели, выбирает наилучший, и дальнейшая «жизнь» модели продолжается на электронно-вычислительной машине.

Делать все науки «точными» — вот в чем громадная революционная роль вычислительных машин в истории науки. Математическое моделирование на ЭВМ позволяет количественно изучать сложные системы, а именно сложность объекта и отличает биологию от классической механики.

У нас созданы математические модели, помогающие исследователям изучать жизнь и находить способы для управления различными ее процессами.

Мы привыкли к мысли о материальности окружающего нас мира, в том числе и биологической его части. Но современная наука, в частности кибернетика, утверждает нечто большее — мир не только материален, но и поддается количественному описанию. Перефразируя известное изречение И. М. Сеченова, можно сказать, что все — начиная от блеска далеких звезд, шума океанского прибоя и полета пчелы до первого крика ребенка, вдохновенного танца балерины и творческой мечты ученого — может быть описано количественно, то есть на языке математики. Конечно, от этого «может быть описано» до простого «описано» путь долгий и трудный, но ученому нужна уверенность в том, что, как нет непознаваемых вещей, а есть только еще непознанные, так нет вещей, математических моделей которых принципиально нельзя сделать. «Знать — значит уметь моделировать!» — так сказал И. А. Полетаев на одной из конференций по философским вопросам моделирования.

Математические модели в точных науках — физике, астрономии существуют чуть ли не со времен древних греков и ни в каких ЭВМ для своей реализации не нуждались. А вот для биологии, экономики, социологии необходимы ЭВМ.

В биологии, даже если речь идет о жизни отдельного организма, имеются сотни разных зависимостей.

Предположим, растет какая-то рыбешка в захудалом озерке. Зависит этот рост не только от того, какое время она прожила, вылупившись из икринки, но и от того, какая была температура воды, сколько и какого было корма, много ли было других рыб в озере, каковы были родители этой рыбы и от многого, многого другого. «Много причин — много следствий» — вот чем отличаются неточные науки от точных. «Проклятие многомерности» — так говорят математики.

Однажды потребовалось решить вопрос о судьбе озера — не вымышленного, а существовавшего в действительности, — населенного рыбами, насекомыми, водорослями. Все живое в этом озере связано друг с другом своими особыми связями. Нужно было создать модель этой сложной системы. В такой модели объединяется и обобщается труд многих исследователей — ботаников, ихтиологов, гидрологов, гидрофизиков, зоологов беспозвоночных, энтомологов и т. д. — в общем всех, кто это озеро изучал. На его берегах жили и вели свои наблюдения ученые многих специальностей. Одной из задач, стоявших перед ними, было сделать верный вывод об эксплуатации озера.

Как рациональнее его использовать? Для ловли и разведения рыбы, для создания на его берегах турбазы или для снабжения какого-нибудь поселка?

Объективно и независимо ответ должна была дать ЭВМ, после того как была создана математическая модель этого озера, отражающая в динамике все его особенности, суммирующая наблюдения разных специалистов. Взвесив все «за» и «против», ЭВМ пришла к несколько неожиданному выводу: не трогать озеро, оставить его таким, какое оно есть…

Как-то заметили, что в небольшом водоеме по неизвестным причинам в огромном количестве гибнут мальки. Предположили, что их гибель происходит в результате одной из трех причин: нехватки корма, гибели от паразитов, гибели в результате того, что ими питаются взрослые особи того же вида (в рыбных сообществах известна эта крайняя степень непонимания между «отцами» и «детьми»). Три вероятные причины гибели мальков были выражены математически — была построена математическая модель. ЭВМ, проанализировав все три возможных варианта, ответила, что мальки гибнут от голода.

Так как модель отражала различные сроки развития мальков, то ЭВМ еще показала приблизительно и время, в которое произошла их гибель. Это был вполне конкретный случай, когда модель помогла человеку вмешаться в процесс, происходивший в природе, и подсказала, как и когда можно предотвратить гибель мальков. Наблюдения, проведенные в этом озере, подтвердили верность решения ЭВМ.

Как проверить модель? Действительно ли она соответствует тому, что есть в природе?

Прежде чем начать пользоваться моделью, исследователь устраивает ей жесточайший экзамен. Какое-то хорошо изученное поведение объекта тщательно «скрывают» от модели (то есть просто не используют данных об этом явлении при ее построении), а потом ставят модель в те условия, при которых исследователь уже знает, как вел себя оригинал. Модель считается верной тогда, когда величины, выбранные в качестве контрольных и не использованные при ее построении, удовлетворительно совпадут в модели и в оригинале.

Математическая модель биологического процесса должна «жить» — отражать свойства живого к самовоспроизведению, приспособляемости к изменениям окружающей среды, к эволюции, иначе это не будет модель живого — ведь, согласно классическому определению, она должна отражать существенные черты оригинала. И она действительно «живет», только в модели нервной клетки, например, тысячные доли секунды оборачиваются минутами, а в модели эволюции животных годы — секундами.

Однажды создавалась математическая модель, которая должна была отразить зависимость жизни колюшки от количества корма и других факторов в озере Дальнем на Камчатке. «Ожив» на ЭВМ, эта модель дала удивительный результат — получалось, что колюшка, размножаясь, буквально до отказа набьет все озеро. Этот результат не соответствовал действительности. Пришлось изменить в модели один из коэффициентов — повысить смертность рыбы. После этого все пришло в норму. Оказалось, что и на самом деле в озере Дальнем существует причина, повышающая смертность колюшки и не учтенная нами в первоначальном варианте модели, — кишечный паразит. В естественных условиях этот вредный фактор для отдельных рыб служит на пользу всей популяции — благодаря ему происходит регуляция размножения.

Интересные результаты получились, когда в лаборатории решили сделать две модели. Первая должна была отражать борьбу за жизнь колюшки, вторая осетровой рыбы нерки. Затем было решено «стравить» эти две модели в ЭВМ, то есть математически представить ситуацию, при которой колюшка и нерка будут бороться за жизнь из-за нехватки корма. Кто из них окажется сильнее? Как они поведут себя в этой борьбе?

Вначале, когда корма было достаточно, обе популяции благоденствовали. Корм убавили — стало меньше и колюшки, и нерки. Когда жить рыбам стало вовсе туго, начались самопроизвольные резкие колебания численности: то рыбы много, то очень мало. Это явление называется «волнами жизни», на него впервые обратил внимание известный генетик С. С. Четвериков в 1915 г. как на важный фактор эволюции. Так чисто качественная теория получила свое количественное подтверждение на математической модели. Когда корма стало еще меньше, колюшка, чтобы сохранить вид, начала жертвовать поколениями: размножаться не каждый год. Когда еще убавили корм — это привело к гибели обоих популяций.

Метод математического, или кибернетического, эксперимента, широко применяемый при моделировании биологических систем, ставит перед математикой несколько непривычную для нее проблему получения нового знания не путем доказательства теорем, а путем обобщения экспериментальных фактов. Моделирование биологических процессов не ограничивается только изучением жизни различных популяций рыб в озерах или заливах морей. Удалось, например, создать модель нервного механизма взлета и посадки саранчи.

Путем моделирования была вскрыта схема связей нервных клеток нейронов в ганглии (нервном узле), заведующем взлетом и посадкой. Представьте, что перед вами транзисторный приемник и вам не разрешили его вскрыть. Вы знаете только, сколько в нем транзисторов, но нужно узнать его схему, не заглядывая внутрь (такая задача в кибернетике называется задачей «черного ящика»).

То же и с саранчой — в электронный микроскоп видно, что в ганглии, управляющем взлетом и посадкой, не то пять нейронов, не то семь, но не больше. На модели были перебраны все возможные допустимые соединения нервных клеток, и наконец была получена единственная схема, которая работала точно так же, как живая саранча: коснешься хвоста — немедленный взлет; ножки оторвались от земли, но голова не обдувается встречным потоком воздуха (это не полет, а «провокация» со стороны физиологов!) — крылья взмахнут десяток раз и остановятся (нас не проведешь!). И так всевозможные комбинации. В результате при помощи математической модели удалось увидеть то, что не видно в самый сильный электронный микроскоп, — схему соединения нервных клеток.

Как в процессе эволюции появились специализированные клетки и ткани, как менялась форма тела живых существ на Земле? Математическое моделирование открывает реальные возможности сделать и теорию эволюции количественной теорией. «Дарвиновская теория эволюции должна занять подобающее ей место в точном естествознании»[32].

Изучение процесса биологической эволюции всегда представляет трудность. Ведь непосредственно наблюдать его и проводить эксперименты мы не можем. Опыт, накопленный при построении моделей популяций и сообществ водных животных, позволил при моделировании микро- и макроэволюционного процессов (то есть при моделировании процесса эволюции отдельной особи и эволюции биологического целого вида) учесть не только генетическую, но и экологическую сторону разбираемого явления.

У нас была, например, создана математическая модель эволюционного процесса популяции веслоногих ракообразных Copepoda. В ней в качестве среды обитания модельным животным был предложен участок морского побережья, причем была предусмотрена возможность эпизодического выхода на сушу, изобилующую кормом. В модели могли одновременно существовать до ста видов животных, и начальным состоянием во всех случаях было червеобразное животное с одинаковыми члениками, отсутствием конечностей и панциря и примитивной нервной системой. Предусматривалась возможность воздействия хищ-ников на животных, обитающих в водной среде, и тогда преимущества были у тех, кто обладал жестким панцирем. Наличие развитых клешней также способствовало обороне. Всего в модели учитывалось 48 различных признаков и условий (скорость перемещения животного, факторы гибели или процветания вида, возможные изменения члеников или конечностей, способность ползать по грунту или вести прикрепленный образ жизни и т. д. и т. п.).

Первые эксперименты с разработанной моделью проводились в условиях полного отсутствия хищников, изобилия пищи и постоянства внешней среды. Уже на втором десятке временных шагов исходные червеобразные животные, ведущие планктонный образ жизни, начали переходить к обитанию на грунте. Первым устойчивым эволюционным приобретением у них было появление длинных антенн уже к сотому временному шагу (Т=100). Дальше у них появились жвалы, которые потом превратились в клешни.

Введенное в качестве внешних условий воздействие хищников существенно изменило протекание эволюционного процесса. Наиболее стойким обязательным признаком модельных животных стало наличие жесткого панциря. Удалось построить четыре варианта эволюционного процесса, протекавшие в одинаковых условиях.

В первом темп эволюции был низким и завершился приобретением лишь одной пары ходильных ног, пригодной для перемещения по дну. Во втором темп эволюции — более высокий. У животных появляются антенны («усики»). Они обеспечивают им высокую эффективность поиска пищи. К двухсотому временному шагу появилась тупиковая боковая линия эволюции: животные с телом, почти спрятанным в раковину. Они вымерли, не выдержав конкуренции с теми, которые обладали ходильными ногами. Третий вариант, как и первый, — с замедленным темпом, но с появлением ко времени Т=200 двух пар антенн, через значительное время замененных клешнями. И наконец, четвертый характерен тем, что в нем на начальной стадии процесса появилось существенное количество малоподвижных форм, которые вымерли, не выдержав конкуренции со свободно передвигающимися. Те, кто в этом варианте выжил, вышли на сушу и имели не три, а четыре пары ходильных ног.

Несмотря на то что пока не удалось построить эволюционное дерево, а лишь одну его ветвь с очень небольшими, быстро отмирающими ответвлениями, эта работа показала реальную возможность имитации макроэволюционного процесса уже на современной вычислительной машине. Стремительное развитие вычислительной техники служит залогом того, что в самом ближайшем будущем станет возможным модельное изучение эволюции гораздо более сложных биологических систем.

Так, совместно с доктором биологических наук Б. М. Медниковым нам удалось создать математическую модель эволюции позвоночных животных.

В начале программы, предложенной ЭВМ, в море обитало низшее позвоночное существо, похожее на современного ланцетника, — без черепа, мозга, заботы о потомстве. Предполагалось, что и море, и пресные воды, и суша имели соответствующий запас пищи: растений и членистоногих.

ЭВМ показала, что в результате изменений и отбора из существа, подобного ланцетнику, возникли рыбообразные с челюстями, с хрящевым, а затем и с костным скелетом. Некоторые из них имели панцирь. Те, кто из моря перешел в пресные воды, приобрели иной тип солевого обмена (морские виды в процессе обмена выводят соли, пресноводные — удерживают). По прошествии определенного времени в разнообразных моделях некоторые виды выходили из пресных вод на сушу. Они приобрели ходильные конечности, а в дальнейшем шерстный покров, становились теплокровными и живородящими. Через определенное количество временных шагов появились активные хищники, лишенные хвоста. Передние конечности у них высвободились для иных функций, и они ходили на двух ногах.

Таким образом, машина может проследить путь от ланцетника до австралопитека или какого-нибудь другого отдаленного предка человека. В принципе реально моделирование в машине и той эволюции, которая ведет к человеку. Однако пока машинной памяти недостаточно для того, чтобы имитировать процесс эволюции, который в действительности мог иметь место в биосфере. Лимитирует и ее быстродействие. Ведь для того чтобы произвести оценку всех особей и всех видов биосферы, требуется большое время. Безусловно, ЭВМ будущего, когда объем информации будет на порядок больше, а быстродействие увеличится до миллионной доли секунды, сможет имитировать любую ситуацию, вплоть до появления сознания.

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Белки — сложные высокомолекулярные вещества, содержащие углерод, водород, кислород, азот, а также обычно серу и фосфор. Один из главных видов химических соединений, имеющихся во всех клетках.

Брожение — расщепление какого-либо органического вещества при помощи ферментов: доставляет клетке энергию для других процессов.

Зрительный пурпур — родопсин — вещество, содержащееся в палочках светочувствительных клетках органов зрения большинства позвоночных.

Вирусы (от лат. «вирус» — яд) — формы значительно более мелкие, чем бактерии, едва превышающие размером некоторые крупные молекулы белков или нуклеиновых кислот. Вирусы можно фотографировать только при помощи электронного микроскопа.

Вирус табачной мозаики — был первым из открытых вирусов. Открытие принадлежит Д. И. Ивановскому (1892 г.). Табачная мозаика — болезнь листьев табака.

Гипоталамус — часть головного мозга, расположенная под зрительными буграми; от гипоталамуса на тонкой ножке свисает нижний мозговой придаток гипофиз. Гипоталамусу принадлежит основная роль в поддержании уровня обмена веществ, в регуляции деятельности пищеварительной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других физиологических систем. Он связан большим числом нервных путей с выше- и нижележащими отделами центральной нервной системы. Передние отделы гипоталамуса регулируют поддержание относительного постоянства внутренней среды организма (гомеостаз).

Гипофиз — нижний мозговой придаток, одна из желез внутренней секреции, расположенная под головным мозгом, на основании черепа. Каждая из долей гипофиза (их различают три) выделяет в кровь различные специфические вещества — гормоны.

Каталитическая активность белков — способность белков быть катализаторами. Катализатор не вступает в реакцию и не расходуется во время ее, но регулирует ее скорость.

Мутации — любые наследственные изменения в хромосомах или генах, происходящие под влиянием внешней или внутренней среды. Понятие «мутация» резкое, скачкообразное изменение формы — было введено впервые голландским ботаником де Фризом. Мутагены — буквально: «вызывающие мутацию» — это вещества, способные реагировать с определенными основаниями в молекуле ДНК и изменять их свойства.

Нуклеиновые кислоты — органические молекулы-полимеры, построенные из нуклеотидов — сложных звеньев, состоящих из фосфатной группы, остатка углевода рибозы и азотистого основания.

Стрессовое состояние — состояние напряжения, вызванное необычной обстановкой, волнением, страхом, тревогой и т. п.

Ферменты — белковые катализаторы, синтезируемые живыми клетками. Они регулируют скорость и специфичность тысяч химических реакций, протекающих в клетке.

Филогенез — эволюционная история какой-либо группы организмов. Как правило, имеется в виду история развития какого-либо вида.

Цитология (от греч. «цитос» — клетка, «логос» — наука) — наука, изучающая строение, химический состав, процессы жизнедеятельности и размножения клеток.

Энтропия — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы тел. При всех процессах, совершающихся в замкнутых системах, она или возрастает (необратимые процессы), или остается постоянной (обратимые процессы). Согласно второму закону термодинамики, все процессы в замкнутых системах совершаются таким образом, что энтропия систем увеличивается.

Вместо заключения

Б. М. Кедров, академик

О закономерностях развития естествознания

В развитии естествознания можно отметить одну важную закономерность: оно движется вперед не сплошным ровным фронтом, а выдвигая вперед попеременно то одну, то другую из своих отраслей в качестве ведущей, влияющей существенным образом на другие его отрасли и на все его развитие в целом. Такая отрасль науки, выдвинувшаяся вперед в данный период и определяющая собой развитие всех остальных ее отраслей, становится на время лидером всего научного прогресса. Она накладывает свой отпечаток на другие связанные с нею отрасли науки, сообщает им свои масштабы и критерии, передает выработанные ею понятия — словом, ведет их за собой и прокладывает путь для их дальнейшего развития.

Опыт истории естествознания показывает, что, после того как данная отрасль научного знания выполнит функцию лидера всего научного движения, она уступает ее целому комплексу, компактной группе отраслей науки. В итоге одиночный лидер сменяется групповым. По-видимому, роль одиночного лидера как раз и состоит в том, чтобы проложить путь для дальнейшего движения вперед всему естествознанию в целом.

Однако через какое-то время наступает такой момент, когда ситуация повторяется: снова возникает необходимость в том, чтобы одна какая-то вполне определенная отрасль науки выдвинулась резко вперед в качестве одиночного лидера и проложила бы путь для дальнейшего движения всем остальным отраслям естествознания. По выполнении этой ее функции вновь происходит смена одиночного лидера групповым, но уже на гораздо более высокой ступени научного развития.

Возникновение научного лидера и смена одиночного лидера групповым, а группового — снова одиночным придают своеобразный пульсирующий характер процессу развития естествознания. Это первая черта, свойственная процессу научного прогресса.

Вторая черта состоит в том, что процесс развития науки неуклонно ускоряется, а значит, убыстряется и переход ее с одной ступени на другую, более высокую. Соответственно этому быстрее сменяются и лидеры ее. Это означает, что время лидерствования одной отрасли науки или группы отраслей становится все короче, что все быстрее происходит переход от очередного одиночного лидера к сменяющему его групповому лидеру, а потом — к новому одиночному.

Третья черта процесса развития науки заключается в том, что выдвижение одиночного лидера происходит не случайным образом, а обусловливается двумя взаимосвязанными и взаимодействующими факторами: потребностями техники и вообще материальной общественно-исторической практики людей, во-первых, и внутренней логикой развития научного познания, потребностями развития самого естествознания, во-вторых. Именно совпадение тех и других запросов практики и самой науки — определяет, какая именно отрасль науки и в какой именно исторический период становится узловой, ведущей, обусловливающей своим состоянием и развитием движение всего естествознания, всех его отраслей на данный отрезок времени.

О запросах и потребностях практики я скажу дальше. Сейчас же хочется обратить внимание на тот факт, что в процессе познания всегда возникает задача выяснить природу более сложных явлений, связанных с более развитыми объектами природы, стоящими на более высоких ступенях ее развития, исходя из более простых явлений, связанных с менее сложными, менее развитыми объектами природы, стоящими на более низких ступенях ее развития. В идеале познание человека стремится найти самые простые, самые элементарные (при данных условиях, для данного уровня знаний) формы внешнего мира (природы), из которых можно было бы вывести и с помощью которых можно было бы объяснить (понять) остальные явления природы.

В пределах каждой отрасли знания существуют свои наиболее простые, элементарные формы изучаемого предмета, которые в силу своего абстрактного характера выступают как своего рода «клеточки» этого предмета. Если такая «клеточка» найдена, то уже можно ставить задачу раскрыть, как из нее в ходе последующего движения самого изучаемого предмета (и соответственно тех понятий, в которых этот предмет отображается) возникают более сложные его формы.

Именно так, по сути дела, ставится задача и по отношению ко всему естествознанию в целом: для того чтобы объяснить и понять, — а значит, изучить, исследовать — объекты природы, стоящие на различных уровнях сложности и развития, необходимо отыскать то, что лежит в их основе. Тогда изучение этой основы будет способствовать общему прогрессу науки, а та ее отрасль, которая эту основу изучает, сделается на время лидером всего естествознания.

Для иллюстрации сказанного обратимся к истории естествознания, а после попытаемся наметить — разумеется, весьма осторожно и условно — некоторые возможные перспективы. При этом будем все время помнить, что три основные «вехи» времени тут органически и закономерно связаны между собой: настоящее есть закономерное продолжение прошлого, а будущее — столь же закономерное продолжение настоящего и прошлого. Отсюда — возможность прогнозирования, основанного на точном учете и обобщении того, что дала история науки и что дает анализ ее современного состояния.

Хорошо известно, что первым лидером только что возникшего в качестве самостоятельной науки естествознания стала механика. Ее выдвижение в XVII XVIII вв. в роли лидера всего естествознания, которому она придала механический характер, было строго закономерно. Оно вытекало из отмеченного выше совпадения обоих факторов научного движения — материального (потребности техники и производства) и идеального (внутренней логики самого научного познания).

Производственная практика и техника в то время опирались в первую очередь на широкое использование механического движения, способов его передачи (рычаги, блоки и т. д.), механических инструментов и таких сложных механических устройств, как, например, часы и мельница. Ручной труд, мускульная сила человека и животных, а также использование стихийных «сил» природы (вода, ветер) — все это делало необходимым, с точки зрения интересов техники и производства того времени, всестороннее изучение именно механических явлений, открытие их законов.

В XVII в. возникло стремление сводить более сложные формы движения обязательно к механическому, которое якобы исчерпывает их без остатка. Такой подход к явлениям природы, сведение качества к количеству назвали механицизмом. Механицизм явился неправомерной экстраполяцией тех несомненных успехов, которые принесла с собой механика в бытность свою лидером естествознания, причем отголоски его дошли до наших дней. Но за столь явное преувеличение ее собственных возможностей сама механика, разумеется, не несет ответственности, как не отвечает кибернетика за то, что в наши дни некоторые чересчур рьяные ее поклонники объявили ее способной заменить собой полностью даже самого человека с его умственной деятельностью.

Успехи механики в XVII–XVIII вв. были связаны с тем, что она изучала реальную сторону реальных процессов природы — а именно их механическую сторону — и давала в руки ученых способы и средства осуществлять такую задачу. Средневековая схоластика, провозгласившая учение о скрытых качествах, о всякого рода таинственных и неуловимых субстанциях, мешала изучать действительные вещи и их свойства, не давала возможности двигаться человеку вперед в познании природы. Механика впервые позволила не на словах, а на деле раскрывать и познавать реальные стороны реальных вещей. Этим все естественнонаучное знание впервые ставилось на научную основу, поскольку во всех объектах природы, как бы сложны они ни были, имеется механическая сторона и, следовательно, их движение включает в себя так или иначе механическое движение.

К началу XIX в. механика выполнила свою функцию первого одиночного лидера естествознания. Теперь, развивая полученный от нее мощный толчок, рванулись вперед прежде всего химия (атомистика Дальтона, 1803 г.) и биология (эволюционное учение Ламарка, 1809 г.), затем геология (Лайель), органическая химия (начиная с синтеза Велера, 1828 г.), электрохимия (Дэви, Петров, начало века; особенно Фарадей, 30-е годы). Во второй трети XIX в. совершаются три великих открытия в естествознании: создается клеточная теория (Шлейден и Шванн), формулируется закон сохранения и превращения энергии (Майер), появляется эволюционная теория в биологии (Дарвин). Естествознание утрачивает свой первоначальный «механический» характер. Его лидером становится теперь вся совокупность его главных отраслей, в первую очередь химия, физика и биология.

Под знаком этого группового лидера идет научное развитие и в последней трети XIX в., начиная с создания Бутлеровым теории химического строения органических соединений (1861 г.) и открытия Менделеевым периодического закона (1869 г.) и кончая открытиями в области биологии (Мендель, 1865 г.), физики (Максвелл, Герц и др.) и созданием физической химии.

Срок одиночного лидерствования механики можно считать равным 200 годам, срок же для сменившего ее в XIX в. группового лидера оказался вдвое меньше — около 100 лет. Это свидетельствует о том, что процесс научного движения за это время ускорился по меньшей мере вдвое.

Здесь нет возможности более подробно проследить взаимодействие обоего рода факторов при выдвижении вперед всего комплекса естественных наук в XIX в. Укажу лишь на то, что к концу века все явственнее стала назревать необходимость проникновения физики в глубь атома, который до тех пор оставался не преодоленным еще наукой нижним пределом разложения вещества.

В самом конце XIX в. в физике, а через нее и во всем естествознании началась «новейшая революция», как ее назвал В. И. Ленин. Суть ее состояла в том, что наука перешагнула порог, на котором она остановилась в XIX в., порог микромира. Открытия лучей Рентгена (1895 г.), радиоактивности (1896 г.), электрона (1897 г.) и радия (1898 г.) положили начало коренному перевороту во взглядах на материю и ее строение, на ее считавшиеся неделимыми (мельчайшие) частицы — атомы.

Все эти и последовавшие в начале XX в. новые открытия (теория квантов, измерение давления света, теория радиоактивного распада, теория относительности с законом неразрывной связи массы и энергии и другие вплоть до создания Н. Бором в 1913 г. модели атома) носили четко выраженный физический характер. Физика, точнее, атомная и субатомная физика сделалась на этот раз очередным одиночным лидером естествознания. Ее прогресс стал накладывать свой отпечаток на все другие отрасли науки: на химию (учение о химической связи и о химическом сродстве), на макрофизику, астрономию, геологию, биологию. Достаточно назвать только два физических метода, вошедшие в биологические исследования и вызвавшие здесь глубокий переворот, чтобы понять, что в первой половине XX в., особенно во второй его четверти, физика действительно стала лидером всего естествознания.

Речь идет о создании электронного микроскопа и о введении способа «меченых атомов» (радиоактивных изотопов). Оба этих физических метода позволили перевести биологические исследования с клеточного уровня, на котором они велись в XIX в., на субклеточный, а затем и на молекулярный, открывая тем самым пути для изучения самых тонких, интимных сторон процессов жизнедеятельности.

Выдвижение микрофизики (атомной и субатомной) в качестве очередного одиночного лидера было опять-таки продиктовано совпадением запросов обоих факторов развития науки — материального (практики) и идеального (логики развития самого познания). По сути дела, на рубеже XIX и XX вв. стали складываться предпосылки грядущей научно-технической революции. Первым проявлением ее было практическое освоение атомной энергии в начале 40-х годов нашего века. Для того чтобы решить такого рода задачу, необходимо было предварительное широкое (фронтальное) изучение вновь открытого явления природы (радиоактивности), а затем и вообще ядерных превращений. Физика взяла на себя выполнение этой задачи, в решении которой была кровно заинтересована практика, столкнувшаяся с фактором существования нового мощного источника энергии. Без помощи физики практика не могла даже и мечтать подойти к его использованию.

С другой стороны, к этому вела логика развития самого научного познания: после открытия периодического закона химических элементов и создания теории электролитической диссоциации с ее центральным понятием иона (электрозаряженного осколка молекулы) наука вплотную подошла к тому, чтобы от сущности одного порядка (менее глубокой), когда познавались атомы и молекулы, перейти к сущности следующего, более глубокого порядка, проникнуть в глубь атомов, в их внутренние сферы. Благодаря этому только и могла быть раскрыта физическая причина найденной Менделеевым периодичности свойств химических элементов. Атомная и субатомная (в том числе и в особенности ядерная) физика стала, таким образом, узловым пунктом, в котором сошлись, совпали запросы практики и логики развития науки.

Это была область простейших из известных дотоле видов материи. Так как все более сложные образования материи — макрофизические, химические, геологические, биологические — должны возникать генетически и состоять структурно из этих простейших, элементарных физических видов материи, то их понимание и объяснение на современном уровне могло быть достигнуто только путем их рассмотрения, исходя из соответствующих физических представлений. На новый лад в XX в. повторилась та же ситуация, какая сложилась в естествознании XVII и XVIII вв., когда механика претендовала на то, чтобы давать ключ к истолкованию и изучению всех более сложных явлений природы. Только на этот раз в качестве простейших форм движения материи выступили уже не макромеханические, а квантовомеханические и ядерно-физические.

Для решения задач практического освоения атомной энергии потребовались быстродействующие вычислительные устройства, так что зарождение ядерной энергетики, в свою очередь, стало стимулировать создание электронно-вычислительной техники. Отсюда выросла кибернетика. Сначала все это находилось лишь в зачаточной фазе, и только к концу 40-х годов нашего века произошли события, получившие наименование научно-технической революции, что было связано опять-таки с тем, что ранее существовавший и действовавший одиночный лидер в развитии естествознания — микрофизика сменился групповым. Это дало себя знать как быстрый рывок вперед целого комплекса естественных и технических наук, приведший к коренному перевороту в науке и технике.

Таким образом, развернулся второй цикл развития в истории естествознания. Причем на этот раз продолжительность лидерствования микрофизики оказалась в 2 раза меньше, чем продолжительность лидерствования предшествующего ей группового лидера.

Подобно тому как на плечах механики вырвались вперед и стали быстро развиваться химия, физика, геология и биология в XIX в., так и в настоящее время на плечах физики вырвались вперед и стали развиваться еще быстрее, чем это было в XIX в., связанные с физикой отрасли естествознания и техники наших дней. Это их развитие проходило и проходит буквально на наших глазах. Прежде всего следует назвать автоматизацию и кибернетизацию производственных процессов, а также многих других сторон жизни и деятельности современного человека. Эти новые отрасли науки и техники представляют собой главный стержень научно-технической революции, подобно тому как в XVIII в. изобретение рабочих машин (прядильного, токарного и других станков) представляло самую суть технической революции того времени.

Наряду с ними важнейшими направлениями научно-технической революции являются новая энергетика, макрохимия, космонавтика (ракетная техника), а также молекулярная биология и физико-химическая генетика, расшифровавшая структуру материальных носителей наследственности (ДНК). Несомненно, физика, по-прежнему один из важнейших участников общего научно-технического движения. Речь идет о микрофизике, ищущей решение задачи о закономерностях атомного ядра и элементарных частиц, о физике твердого тела (полупроводниковой технике), о квантовой электронике (лазерной технике) и т. д.

Особенность научно-технического прогресса в наше время состоит в том, что все его направления находятся в тесном и постоянном взаимодействии между собой, решительно влияют одно на другое, переходят одно в другое. Все они в конце концов были индуцированы успехами микрофизики первой половины XX в., но сегодня приобрели самостоятельное значение и развиваются своими собственными путями. Но хотя они уже вышли из-под опеки физики, они все еще продолжают опираться на ее достижения.

За последние двадцать с небольшим лет, прошедших с тех пор, как возникла и быстро развивается научно-техническая революция, выявились многие новые проблемы науки и практики, для решения которых важно не только отмеченное выше комплексное исследование и взаимодействие всех наук и отраслей техники, но и выдвижение вперед в качестве ведущей определенной отрасли естествознания, которая, по-видимому, в ближайшее время будет призвана стать во главе научно-технического движения его новым одиночным лидером.

Дело в том, что если учесть постоянное ускорение темпов развития науки и укорочение сроков лидерстрования, то надо признать, что в ближайшие годы должен будет, по предположению, истечь срок ныне действующего группового лидерствования кибернетики, макрохимии, космонавтики и других ведущих сейчас отраслей науки и техники. Если сокращение вдвое каждый раз этого срока — закономерное явление или по крайней мере устойчивое правило, то ныне лидерствующая группа наук вскоре сменится каким-то одиночным лидером. Все чаще в среде ученых раздаются голоса, что уже в самое ближайшее время лидером естествознания должна стать биология, а именно молекулярная биология и связанные с нею междисциплинарные отрасли науки, равно как и близкие к ней генетика и другие разделы науки о живом.

Прежде чем говорить о грядущем лидере естествознания, обращу внимание на то, что в появлении одиночных лидеров есть своя последовательность, своя логика. Сначала механика изучала простейшую сторону всякого макропроцесса, абстракцию от действительных вещей и явлений мира. Затем микрофизика имела дело с более конкретным предметом, самым элементарным из известных пока нам, но неизмеримо более сложным, чем предмет макромеханики. Очевидно, что если продолжить эту линию дальше, то можно сказать, что теперь могла встать задача найти простейшие формы у еще более сложного предмета природы — у живого тела. Предмет, изучаемый каждым из перечисленных одиночных лидеров, становится все сложнее и сложнее, но каждый раз выдвигается методологически одна и та же задача: найти простейшую форму этого предмета.

Для проверки обоснованности мнения о том, что вскоре надо ожидать выдвижения молекулярной биологии в качестве лидера всего естествознания, нужно обратиться, как это делалось и раньше, к выяснению того, совпадают ли оба фактора научного развития (материальный и идеальный) в этом именно пункте современного естествознания.

Научно-техническая революция за истекшие 20–25 лет развивалась столь бурными темпами, что внесла в жизнь человека и окружающую его среду весьма существенные изменения. Часть, если не большинство из них, нельзя было вовремя предвидеть. Чтобы изучить, как повлияют на потомство современного человека (ближайшее, а особенно более отдаленное) часто ничем не контролируемое загрязнение среды отходами производства, экспериментов и тому подобной деятельности химического, физического и биологического характера, необходимы строго продуманные и многолетние исследования и наблюдения. Между тем темпы развития самой научно-технической революции способны опередить любые исследования, внося все новые, ранее не предвиденные и не учтенные факторы, существенно меняющие, а подчас и резко ухудшающие экологические условия жизни человека.

Несомненно, что причина загрязнения окружающей нас среды кроется не в самой по себе научно-технической революции, а в ее неумелом, неумном, некультурном, одностороннем проведении, без обеспечения наперед возможности стопроцентной утилизации всех компонентов данного производственного процесса, а не выбрасывания их в качестве отходов (подчас очень ценных).

Экологические исследования требуют своего развития с расчетом на далекие сроки. Причем возникла необходимость исследовать широким фронтом жизнедеятельность организма самого человека, живущего в различных естественных и искусственных условиях. В особенности требуется резко повысить эффективность изучения таких современных тяжелых болезней, как злокачественные опухоли и сердечно-сосудистые заболевания. Здесь, по-видимому, необходимо такое же резкое и крутое изменение положения, какое произошло в 40-х годах с атомной энергетикой, а в 50–60-х годах — с космонавтикой. А это, в свою очередь, предполагает проведение исследования именно на молекулярном уровне» с тем чтобы, исходя из простейших форм живого, можно было затем перейти к более сложным системам.

Многие отрасли современной техники, со своей стороны, крайне заинтересованы в том, чтобы как можно шире использовать в производственных процессах биохимические методы, позволяющие строить технологию производства на более рациональной основе. Здесь опять-таки на первый план выдвигаются простейшие формы (микроорганизмы), с помощью которых осуществляются соответствующие процессы. В частности, все большее значение приобретает вопрос об искусственном биосинтезе в связи с общей проблемой изготовления синтетической пищи — сначала для животных, затем и для человека.

По сути, вся история химии была последовательной эмансипацией ее производств — освобождением их от зависимости от естественных условий, связанных с неуправляемостью, сезонностью и всякого рода колебаниями природы. В XX в., например, встала задача эмансипировать получение высокомолекулярных веществ, таких, как каучук, от естественных условий (когда каучуконосы возделываются на плантациях). И она была решена благодаря развитию химии полимеров. В настоящее время все настойчивее встает задача начать эмансипацию получения продуктов питания от сельского хозяйства, так как только промышленное производство может обеспечить достаточный объем этой продукции и бесперебойность ее получения. Речь идет о предстоящей биологизации производства и других сторон жизни современных людей. А это стимулирует особенно быстрыми темпами и в больших масштабах исследования явлений жизни вообще и на их молекулярном (простейшем) уровне в особенности.

Исключительный интерес с точки зрения практики представляет техническое освоение результатов длительной эволюции живого, в ходе которой природа стихийно находила оптимальные решения разнообразных задач, например, оптического характера (сложнейший глаз насекомого при минимальном его размере и т. п.). Новая область знаний — бионика, раскрывая структуру того или иного биологического органа как физического аппарата, стремится найти пути и средства перевода на рельсы технических устройств результатов биологической эволюции. При этом на первый план выдвигаются закономерности биологической эволюции, направленной, в частности, в сторону постоянного совершенствования живых существ и их органов.

Все это говорит о том, что, с одной стороны, логика самого научного развития ведет к тому, чтобы вслед за раскрытием простейших форм в неорганической природе (атомная и субатомная физика) приступить вплотную к раскрытию простейших форм органической природы (молекулярная биология), а с другой — именно сейчас в таком переходе от неживой природы к живой оказывается остро заинтересована и сама человеческая практика. Вот почему есть основания ожидать, что в ближайшее время действительно начнется выдвижение биологии (молекулярной биологии) в качестве очередного лидера естествознания — в ней, как в узловом пункте, сходятся в настоящее время оба рода факторов научного развития — материальный и идеальный.

Обозначим буквой I одиночного лидера, а буквой L группового лидера. В качестве цифрового индекса будем обозначать порядковый номер данного лидера. Так как первым лидером в естествознании была механика, то она обозначится как I_1. Сменивший ее групповой лидер (химия, физика, биология) — как L_2, a сменивший эту лидировавшую группу новый одиночный лидер (микрофизика) — как I_3. Тогда ныне лидирующая группа естественных и технических наук (кибернетика, атомная энергетика, космонавтика и др.) обозначится как L_4, а возможный ближайший одиночный лидер (молекулярная биология) — как I_5. В таком случае, если со временем молекулярную биологию сменит еще новый групповой лидер, то он может быть условно обозначен как L_6, а следующий за ним одиночный лидер — как I_7.

В итоге составится следующий график, где числа, стоящие сверху, указывают продолжительность (в годах) каждого одиночного или группового лидирования начиная с XVII в. и кончая ближайшим будущим, которое изображено пунктирной линией и время продолжительности которого обозначено знаками вопроса.

Не будем пока заглядывать дальше, а попробуем вывести общую формулу, выражающую эмпирически устанавливаемую продолжительность для лидерствования n-го по счету лидера естествознания, учитывая при этом, что все нечетные лидеры — одиночные, а четные — групповые. Обозначив продолжительность во времени лидирования данной отрасли естествознания или данной группы его отраслей через ∆tn, получаем: ∆tn= 200/(2n–1).

Теперь обратим внимание на одну чрезвычайно важную особенность в изменении характера одиночного лидирования в развитии естествознания по мере достижения все более высоких и сложных ступеней познания: механика (I_1), лидируя, почти не испытывала обратного воздействия со стороны ведомых ею отраслей естествознания по причине их крайне слабого развития в XVII и даже XVIII вв. Лидирование микрофизики (I_3) в XX в. уже совершалось так, что смежные отрасли естествознания вступали с нею в определенное взаимодействие, образуя целый ряд межотраслевых научных направлений, стоящих на грани между ними и физикой. Например, между микрофизикой и химией возникла химическая физика (сверх уже ранее сложившейся физической химии); между физикой и биологией возникла биофизика и т. д.

В еще большей степени это коснется молекулярной биологии в случае, если она в ближайшее время станет лидером естествознания (I_5). Судя по темпам развития науки, срок ее лидерствования может быть ограничен немногим более десятилетия. Но в течение этого и всего последующего времени проблемы молекулярной биологии по самой своей сути не могут быть обособлены хотя бы в малейшей степени от смежных с нею междисциплинарных отраслей естествознания, а через них и с основными его отраслями. Между ними и ею оказались перекинуты переходные мосты в виде биохимии, биоорганической химии (химии биополимеров), биофизики, биомеханики, биокибернетики.

В таком случае понятие одиночного лидера начинает сближаться с понятием группового лидера, и смена одного другим теряет свою прежнюю четкость и определенность. Вероятно, правильнее было бы тут говорить не об одиночном лидерствовании какой-то одной научной отрасли, а о выдвижении (в качестве узловой и ведущей) определенной проблемы. В изучении ее направляющую роль может играть какая-то одна определенная отрасль знания (например, молекулярная биология), но выступающая в теснейшем взаимодействии со всеми остальными связанными с нею отраслями знания.

Если это будет так, то изменится весь характер развития естествознания, который столь ясно проявлялся до сих пор на протяжении почти 400 лет, когда при ускоряющемся темпе его развития четко выделились последовательные циклы: от одиночного лидера к групповому (первый цикл), а от группового снова к одиночному и от него снова к групповому (второй цикл) и т. д. Но возможно, что с известными отклонениями от этой четкой линии в развитии науки в ближайшие годы (одно-полтора десятилетия) совершится и третий, еще более короткий и не столь резко выраженный цикл — одиночный лидер, переходящий в групповой, после чего в смене узловых, ведущих проблем наступит изменение отмеченного характера и выявится какая-то иная закономерность, которая сейчас уже дает себя знать в нарастании комплексности исследований и выражается, в частности, в союзе не только отраслей естествознания, но и естественных и общественных наук.

Если попытаться строить более долгосрочные прогнозы, то можно допустить, что вслед за молекулярной биологией (I_5) должна будет выдвинуться вперед психологическая наука (I_7) — в связи с возрастанием роли психологических факторов в развитии всего человечества, в частности в связи с колоссальными психическими перегрузками, вызванными лавинообразно нарастающим объемом информации («информационный взрыв»). Ее приходится перерабатывать и усваивать сегодня не только взрослым, но и детям. Но главное — то, что освобождение нашего мозга от монотонных (поддающихся формализации) операций выдвигает теперь задачу рационального и полного развития и использования творческих способностей человека, в том числе и его творческой деятельности в области науки, техники, литературы, искусства.

Однако выдвижение такого рода проблем в качестве ведущих может быть успешно решено только после того, как будут решены коренные биологические проблемы, касающиеся реальной охраны жизни и здоровья людей — строителей нового общества.

НАШИ АВТОРЫ

АМБАРЦУМЯН Виктор Амазаспович (астрономия, астрофизика) — дважды Герой Социалистического Труда, академик АН СССР, президент Академии наук Армянской ССР.

БАРАШЕНКОВ Владилен Сергеевич — доктор физико-математических наук, руководит отделом в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне.

БРАГИНСКИЙ Владимир Борисович — доктор физико-математических наук, профессор, заведует отделением радиофизики на физическом факультете МГУ. Председатель комиссии по гравитации АН СССР.

БУДЫКО Михаил Иванович (геофизика атмосферы и гидросферы) член-корреспондент АН СССР, заведует отделом в Государственном гидрологическом институте Госкомитета по гидрологии (Ленинград).

БУТАКОВ Агат Андреевич — кандидат философских наук, доцент кафедры марксистско-ленинской философии МВТУ имени Н. Э. Баумана.

ВАЛЯЕВ Борис Михайлович — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии АН СССР.

ГИНЗБУРГ Виталий Лазаревич (экспериментальная и теоретическая физика) — академик, заведует отделом теоретической физики имени И. Е. Тамма в Физическом институте имени П. Н. Лебедева АН СССР.

ДЕМИН Николай Николаевич — доктор биологических наук, профессор, заведует лабораторией функциональной нейрохимии в Институте физиологии имени И. П. Павлова АН СССР (Ленинград).

ЕФРЕМОВ Леонид Николаевич — первый заместитель председателя Государственного комитета СССР по науке и технике.

ЗЕЛЬДОВИЧ Яков Борисович (физика, космические исследования) — трижды Герой Социалистического Труда, академик, заведует отделом в Институте прикладной математики АН СССР.

ЗЕЛЬМАНОВ Абрам Леонидович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ.

КАЗЮТИНСКИЙ Вадим Васильевич — кандидат философских наук, старший научный сотрудник Института философии АН СССР, ученый секретарь научного совета АН СССР по комплексной проблеме «Философские вопросы современного естествознания».

КЕДРОВ Бонифатий Михайлович (философия) — академик, заведует сектором истории науки и логики в Институте истории естествознания и техники АН СССР.

КНОРРЕ Дмитрий Георгиевич (молекулярная биология) — член-корреспондент АН СССР, заведует лабораторией в Новосибирском институте органической химии Сибирского отделения АН СССР.

КРОПОТКИН Петр Николаевич (геология, геофизика, геотектоника) член-корреспондент АН СССР, заведует тектоно-геофизической лабораторией в Геологическом институте АН СССР.

КУЗНЕЦОВ Борис Григорьевич — доктор экономических наук, профессор, старший научный сотрудник сектора истории механики Института истории естествознания и техники АН СССР.

МЕНШУТКИН Владимир Васильевич — доктор биологических наук, руководит группой математического моделирования физиологических процессов в Институте эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова АН СССР (Ленинград).

НААН Густав Иоганович (астрономия) — член-корреспондент АН Эстонской ССР, главный редактор Эстонской Советской Энциклопедии.

ОМЕЛЬЯНОВСКИИ Михаил Эразмович (философия) — член-корреспондент АН СССР, заведует отделом философских вопросов естествознания в Институте философии АН СССР, заместитель председателя научного совета по комплексной проблеме «Философские вопросы современного естествознания» при президиуме АН СССР.

ПАРНОВ Еремей Иудович — кандидат химических наук, член Союза писателей СССР.

ПЕВЗНЕР Леонид Залманович — доктор медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории функциональной нейрохимии Института физиологии имени И. П. Павлова АН СССР.

ПЕТРЯНОВ-СОКОЛОВ Игорь Васильевич (физическая химия) — академик, заведует отделом физической химии в Физико-химическом институте имени Л. Я. Карпова АН СССР, главный редактор журнала «Химия и жизнь».

ПЛЕТНИКОВ Юрий Константинович — доктор философских наук, профессор, заведующий отделением исторического материализма Института философии АН СССР.

ТРОШИН Афанасий Семенович (цитология) — член-корреспондент АН СССР, директор Института цитологии АН СССР (Ленинград).

ФРАНК-КАМЕНЕЦКИИ Давид Альбертович (1910–1970) — доктор физико-математических наук, профессор, работал в области теоретической физики.

ЧЕБОТАРЕВ Глеб Александрович (1913–1975) — доктор физико-математических наук, профессор, известный специалист в области небесной механики. Был директором Института теоретической астрономии АН СССР.

ЭНГЕЛЬГАРДТ Владимир Александрович (биохимия, молекулярная биология) Герой Социалистического Труда, академик, директор Института молекулярной биологии АН СССР.

Примечания

1

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, стр. 131.

2

П. Гольбах. Избранные произведения в двух томах, т. 1.М., 1963, стр. 84

3

Там же, стр. 459

4

В. И. Ленин. Полн, собр. соч., т, 18, стр. 275

5

См. В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, стр. 267

6

В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, стр. 272–273

7

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, стр. 324

8

М. Бунге. Философия физики, М, 1975, стр. 158

9

В. И. Ленин. Полн, собр. соч., т, 18, стр, 131

10

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, стр. 276

11

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 41, стр. 46

12

Буквой К обозначается температурная шкала Кельвина, в которой отсчет ведется от абсолютного нуля — минус 273,16 градуса по шкале Цельсия

13

Здесь следует уточнить, что Т=0 — это своего рода математическая условность. Дело в том, что общая теория относительности предполагает замедление течения времени вблизи сверхплотных масс, причем оно даже может вообще остановиться в условиях чудовищной плотности вещества. Таким образом, мы можем рассматривать Т=0 как своего рода начало отсчета привычного нам времени-пространства. Ведь теория относительности всегда рассматривает время в неразрывной связи с пространством.

14

Подробнее об этом можно прочитать в кн.: В. Л. Гинзбург. Современная астрофизика. Научно-популярные статьи. М., 1970. — Ред.

15

Этому вопросу посвящена статья академика В. Л. Гинзбурга «Гелиоцентрическая система и общая теория относительности. От Коперника до Эйнштейна» в «Эйнштейновском сборнике. 1973». М., 1974. — Ред.

16

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 44, стр. 222

17

В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, стр. 296

18

При переходе от одного 11-летнего цикла солнечной активности к другому полярность магнитного поля пятен в обоих полушариях Солнца изменяется на противоположную, в связи с чем по изменению магнитного поля устанавливается 22-летний (сдвоенный) цикл. В рамках 22-летнего цикла 11-летние циклы подразделяются на четные и нечетные.

19

Сейсмические толчки — лунотрясения, как показали записи сейсмографов, установленных американскими космонавтами на Луне, характеризуются той же периодичностью.

20

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 18, стр. 276

21

«Журнал Московской патриархии», 1957, № 9, стр. 21

22

Известного советского физика-теоретика доктора физико-математических наук, профессора Давида Альбертовича Франк-Каменецкого уже нет среди нас. Данная беседа состоялась в 1969 г. Однако многие высказанные в ней мысли сохранили свою актуальность и до сегодняшнего дня. В тех случаях, когда развитие науки внесло изменения в существовавшие ранее представления, мы дали соответствующие подстрочные примечания. — Ред.

23

В последние годы ведутся исследования и в другом направлении: изучается возможность возбуждения термоядерной реакции в высокотемпературной плазме с помощью лазерного облучения. — Ред.

24

В настоящее время теоретики много работают над созданием квантовой гравитационной теории. Ее рвз-работка — одна из центральных проблем современной физики и астрофизики. — Ред.

25

В. И. Ленин. Полн. собр. соч., т. 1, стр. 139

26

См. К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч… т. 20, стр. 587

27

Там же, стр. 363

28

Дж. Бернал. Возникновение жизни. М., 1969, стр. 204

29

М. Руттен. Происхождение жизни. М., 1973, стр. 81

30

Дж. Бернал. Возникновение жизни, стр. 181

31

«Медленным сном» эта фаза сна названа потому, что во время ее глубокой стадии на электроэнцефалограмме наблюдаются медленные дельта-волны (ритмы электрической активности мозга принято обозначать буквами греческого алфавита).

32

А. М. Молчанов. Колебательные процессы в биологических и химических системах. Сб. М., 1966, стр. 292 308.

Content

РАЗУМ ПОБЕЖДАЕТ
Рассказывают ученые
Составитель Е. В. Дубровский

От издательства

Как человек познает природу (Вступительный раздел)

Ученые рассказывают

А. А. Бутаков, кандидат философских наук Ю. К. Плетников, доктор философских наук Что такое материя!

Ученые дают интервью

Плодотворный союз На вопросы отвечает член-корреспондент АН СССР М. Э. Омельяновский

Познание мира — дорога без конца На вопросы отвечает действительный член АН Эстонской ССР Г. И. Наан

Что мы знаем о мегамире?

Познание Вселенной и религия

Ученые рассказывают

Я. Б. Зельдович, академик, трижды Герой Социалистического Труда Человеческий разум проникает везде

Е. И. Парнов, кандидат химических наук В эпицентре «большого взрыва»

На перекрестке вселенских дорог

Маяки мироздания

Антимир родился в тот же день и в тот же час

Прорыв к «началу»

В. Л. Гинзбург, академик, лауреат Ленинской премии Новая картина мира

Г. А. Чеботарев, доктор физико-математических наук Оптимизм нашего знания

Ученые дают интервью

Модели Вселенной На вопросы отвечает старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга кандидат физико-математических наук А. Л. Зельманов

Перспективы науки о космосе На вопросы отвечает Герой Социалистического Труда, академик В. А. Амбарцумян

Астрономия, философия, мировоззрение На вопросы отвечает ученый секретарь научного совета АН СССР по комплексной проблеме «Философские вопросы современного естествознания» кандидат философских наук В. В. Казютинский

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Макромир: Земля — планета

Природа и разум

Ученые рассказывают

Б. М. Валяев, кандидат геолого-минералогических наук Ритмы Земли и космоса

Ритмы и циклы природных процессов

Пятна на Солнце и эпидемии на Земле

Приливы и климатические катаклизмы

Приливы изменяют ритмичность

Год длиною в 200 миллионов лет

Прогнозы каверзных стихий

М. И. Будыко, член-корреспондент АН СССР, лауреат Ленинской премии Можно ли преобразовать климат!

Ученые дают интервью

Глобальная тектоника сегодня На вопросы отвечает член-корреспондент АН СССР П. Н. Кропоткин

За чистоту на нашей планете На вопросы отвечает лауреат Ленинской премии Герой Социалистического Труда академик. И. В. Петрянов-Соколов

Природа под охраной На вопросы отвечает первый заместитель председателя Государственного комитета Совета Министров СССР по науке и технике Л. Н. Ефремов

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Микромир

I. В глубины вещества

«Странный» мир

Ученые дают интервью

Неклассическая наука и современный рационализм На вопросы отвечает профессор Б. Г. Кузнецов

Д. А. Франк-Каменецкий От мегамира к микромиру

В поисках единой теории На вопросы отвечает доктор физико-математических наук В. С. Барашенков

Существуют ли гравитационные волны! На вопросы отвечает доктор физико-математических наук В. Б. Брагинский

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

II. К истокам живого

Наука о живом

Ученые рассказывают

А. А. Бутаков, кандидат философских наук Что такое жизнь!

В. А. Энгельгардт, академик, Герой Социалистического Труда На пути к раскрытию тайны жизни

А. С. Трошин, член-корреспондент АН СССР От клетки к молекуле

Д. Г. Кнорре, член-корреспондент АН СССР К управлению наследственностью

Л. 3. Певзнер, доктор медицинских наук Исследование вещества мозга

Н. Н. Демин, доктор биологических наук, профессор Химизм сна

В. В. Меншуткин, доктор биологических наук Математика подтверждает эволюцию

ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

Вместо заключения

Б. М. Кедров, академик О закономерностях развития естествознания

НАШИ АВТОРЫ

Примечания