ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МИКРО- И МАКРОПРОЦЕССОВ В ПРОЦЕССЕ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ
Как уже говорилось выше, эволюция Вселенной началась приблизительно 15—20 млрд лет назад и охватывает две стадии: микро- и макроэволюцию.
Микроэволюция привела к образованию атомов и молекул, а тем самым явилась предпосылкой для возникновения макроэволюции, в результате которой возникли окружающие нас макротела и их системы, вплоть до систем галактических и внегалактических. Однако для их формирования существенное значение имело нарушение симметрий между различными физическими взаимодействиями.
В настоящее время различают четыре основных типа физических взаимодействий, которые мы подробно рассматривали в главе 7. Здесь мы обсудим, какую роль они играли в становлении Вселенной.
- 1. Сильные взаимодействия, присущие ядерным частицам, в отличие от гравитации, действуют на чрезвычайно коротких расстояниях, которые существуют между частицами в ядрах атомов. Без таких взаимодействий не могли бы начаться термоядерные реакции синтеза, а следовательно, процессы функционирования звезд, звездных систем и галактик.
- 2. Слабые взаимодействия участвуют в радиоактивном распаде, без них, как уже было отмечено, невозможна была бы деятельность Солнца и других звезд.
- 3. Гравитационные взаимодействия, т.е. силы притяжения между массивными небесными телами, действующие на больших расстояниях, сыграли ключевую роль в возникновении первых звезд и галактик в далеком прошлом. В настоящее время они определяют закономерности движения существующих небесных тел. Предполагают, что первые галактики появились почти миллиард лет после «Большого взрыва» в результате конденсации газообразных облаков, состоящих на три четверти из водорода. В процессе дальнейшего уплотнения газопылевой материи и последующего ее сжатия в глубинах звезд и галактик начались термоядерные реакции синтеза и превращения водорода в гелий.
- 4. Электромагнитные силы сыграли свою роль при образовании атомов, молекул, химических соединений, кристаллов и других систем, которые занимают промежуточное положение между микро- и мегамиром, состоящим из космических объектов и систем.
В ходе эволюции рассмотренные взаимодействия не оставались неизменными. На первоначальной стадии, когда Вселенная была достаточно горячей, сильные ядерные взаимодействия находились в симметрии с гравитационными, а электромагнитные — со слабыми взаимодействиями. Только нарушение симметрии между ядерными и гравитационными силами сделало возможным образование звезд, галактик и других космических объектов и систем. Полагают, что именно разрушение симметрии между ядерными и гравитационными силами было самым первым и важнейшим условием структурирования материи на микро- и макроуровнях[1].
Аналогично этому, нарушение симметрии между электромагнитными и слабыми взаимодействиями привело к образованию огромного множества тел, форм и систем, которые составляют окружающий нас мир. Таким образом, благодаря разрушению симметрии между разными типами физических взаимодействий стало возможно не только возникновение микро- и макрообъектов, но и последующее взаимосвязанное развитие микроскопической и макроскопической ветвей эволюции.
Микроэволюция обеспечила условия для развертывания макроэволюции, поскольку именно воздействие гравитационных сил привело к образованию звезд, галактик и других космических объектов и систем. В свою очередь, гравитационные силы и ударные волны способствовали возникновению и развитию ядерных реакций внутри звезд, ядер галактик и их скоплений. Следовательно, микро- и макроэволюция взаимно обусловливали и дополняли друг друга, поэтому допустимо говорить об их коэволюции. Отсюда становится ясно, что возникновение и эволюция физических, химических, геологических и других систем неорганической природы прочно укладываются в рамки космической и земной эволюции.
Как уже говорилось выше, первые атомы водорода и гелия возникли на стадии микроэволюции. Остальные химические элементы образовались из дозвездного вещества, состоящего из легких элементов, в результате ядерных реакций. В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью «горячей» Вселенной. Оно сохранилось до наших дней и наблюдается именно как реликт, или остаток, от той весьма отдаленной эпохи образования нейтральных атомов водорода и гелия.
По мере расширения и охлаждения во Вселенной происходили процессы разрушения существовавших раньше симметрий и возникновения на этой основе новых структур.
Тот факт, что любая эволюция сопровождается разрушением симметрий, непосредственно следует из принципа положительной обратной связи, согласно которому неравновесность и неустойчивость, возникающие в открытой системе, вследствие взаимодействия системы со средой, со временем не исчезают или ослабляются, а наоборот, усиливаются. Это приводит в конечном счете к разрушению прежних симметрий и, как следствие, к возникновению новой структуры.
Очевидно, что о первоначальной эволюции Вселенной мы можем судить только на основании тех результатов, которые известны нам сегодня. Поэтому любая модель, которая строится для объяснения современного ее состояния, в частности «разбегания галактик», сопровождающегося расширением Вселенной, должна учитывать эти факты. Другими словами, о ранней эволюции Вселенной мы можем делать заключения только путем экстраполяции, или распространения известного на неизвестное, и выдвижения гипотез о неизвестных этапах ее развития.
Предполагают, что одним из первых результатов расширения и соответственно охлаждения Вселенной было нарушение симметрии между веществом и антивеществом, например, такими одинаковыми по свойствам, но разноименно заряженными материальными частицами, как электрон, несущий отрицательный заряд, и позитрон с противоположным положительным зарядом. Как возникло подобное нарушение симметрии, остается только догадываться. Неясным остается также и то, каким способом антивещество оказалось отделенным от вещества и что удерживает их от аннигиляции, или уничтожения. По-видимому, здесь мы встречаемся с исторической реконструкцией. Так как современный эксперимент показывает, что вещественные и антивещественные частицы при взаимодействии аннигилируются, то предполагают, что в далеком прошлом наш вещественный мир каким-то образом оказался изолированным от мира антивещественного. Иначе он не мог бы существовать.
В общих чертах формирование Вселенной, согласно стандартной модели, представляется следующим образом. Пока температура была далека от точки перехода, первоначальная смесь вещества и антивещества находилась в тепловом равновесии и количество частиц разного рода оставалось приблизительно одинаковым. Между частицами происходили непрерывные столкновения, в результате чего возникали пары фотонов, а из столкновения последних — электрон и позитрон.
На этой стадии происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия.
Данный период существования Вселенной можно образно представить как периодическую смену темноты светом. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и соответственно понижения ее температуры. Именно на этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы — протоны и нейтроны. Самым же главным результатом этой стадии микроэволюции нашей области Вселенной было образование крайне незначительного перевеса вещества. Как раз из этого излишка в процессе дальнейшей эволюции возникло то огромное богатство и разнообразие материальных образований, явлений и форм, начиная от атомов, молекул, кристаллов, минералов и кончая разнообразными горными образованиями, планетами, звездами и звездными ассоциациями, галактиками и скоплениями галактик.
Разумеется, в стандартной гипотезе имеется еще немало неясного и даже спорного, но она опирается на такой твердо установленный факт, как смешение спектральных линий света, идущего от далеких галактик, который интерпретируется как удаление, или «разбегание», их от наблюдателя. Кроме того, эта гипотеза основывается на такой фундаментальной идее, как нарушение симметрии в процессе образования все новых и более сложных материальных структур и систем, которая лежит в фундаменте современной концепции системного подхода и синергетической самоорганизации. Этим, однако, не ограничивается связь синергетики со стандартной моделью Вселенной.
Процессы микроэволюции Вселенной, продолжавшиеся не менее 10 млрд лет, привели к образованию молекул и тем самым явились предпосылкой для начала макроэволюции Вселенной, в результате которой и возникли окружающие нас макротела, разнообразные их системы, вплоть до систем галактических. Здесь существенная роль принадлежит уже нарушению симметрий между различными физическими взаимодействиями.
Микроэволюция обеспечила условия для развертывания макроэволюции. Освобождение гравитационных сил, произошедшее вследствие разрушения их симметрии с ядерными силами, привело к образованию звезд, галактик, их скоплений и других космических систем. В свою очередь, гравитационные силы и ударные волны способствовали возникновению и развитию ядерных реакций внутри звезд и ядер галактик и их скоплений. Следовательно, микро- и макроэволюция взаимно обусловливали и дополняли друг друга, вот почему они представляют собой две ветви единого процесса. Отсюда становится ясно, что возникновение и эволюция физических, химических, геологических и других систем неорганической природы прочно укладывается в рамки космической и земной эволюции.
Однако наиболее важным для понимания места человека во Вселенной является возникновение жизни на Земле и социально-экономическая и культурно-историческая эволюция человечества.
Биологическая и экологическая эволюции представляют собой необходимые предпосылки для возникновения общества, не говоря уже о том, что многие наши интуитивные представления об эволюции вообще заимствованы из существовавших в разное время биологических знаний. Поэтому нам особенно важно познакомиться с ними, во-первых, для того, чтобы выявить в дальнейшем специфику социальных процессов, а во-вторых, показать ошибочность редукционистских и социал-дарвинистских взглядов на общество.
Собственно биологической эволюции предшествовала длительная предбиологическая эволюция, связанная с переходом от неорганической материи к органической, а затем к элементарным формам жизни. Началом этой эволюции было постепенное возникновение органических молекул из неорганических. Предполагают, что по мере охлаждения Земли возникли все условия, необходимые для образования сложных органических молекул из молекул неорганических. Такая возможность действительно была доказана экспериментально, и поэтому данная гипотеза представляется достаточно обоснованной. Но ранее существовавшие гипотезы, защищая автономность элементарной системы жизни, слишком изолировались от взаимодействия с окружающей средой. Даже гипотеза, выдвинутая в 1938 г. Александром Ивановичем Опариным (1894—1980), хотя и постулировала процесс возникновения биополимеров из мономеров, все же недостаточно подчеркивала роль среды в дальнейшей эволюции жизни.
Парадигма самоорганизации может помочь лучшему пониманию процессов происхождения жизни и дальнейшей ее эволюции. Действительно, с ее помощью можно более адекватно объяснить, каким образом из неорганических молекул возникли органические молекулы, а из последних — первые живые молекулы и клетки. Согласно гипотезе немецкого биофизика Манфреда Эйгена (р. 1927), процесс возникновения живых клеток тесно связан с взаимодействием нуклеотидов, являющихся материальными носителями информации, и протеинов (полипептидов), служащих катализаторами химических реакций. В процессе взаимодействия нуклеотиды под влиянием протеинов воспроизводят себя и в свою очередь передают информацию следующему за ним протеину, так что в результате возникает замкнутая автокаталитическая цепь, которую М. Эйген называл гиперциклом.
В ходе дальнейшей эволюции возникают первые живые клетки, сначала без ядер, называемые прокариотами, а затем клетки с ядрами — экуариоты. На предбиологической стадии эволюции до возникновения первых живых клеток, как показывают современные исследования, существовали материальные системы, обладавшие способностью к самовоспроизведению, метаболизму, развитию через мутации и конкуренции с другими системами. Эти фундаментальные свойства, характеризующие жизнь, возникли в результате самоорганизации структур.
В ходе эволюции принцип автокатализа, или самоускорения, химических реакций дополняется принципом самовоспроизведения целого циклически организованного процесса в гиперциклах, предложенных М. Эйгеном. Воспроизведение компонентов гиперциклов, так же как и их объединение в новые гиперциклы, сопровождается быстрорастущим метаболизмом, связанным с синтезированием богатых энергией молекул и выведением как «отбросов» бедных энергией молекул. Примечательно, что вирусы, лишенные способности к метаболизму, внедряются в клеточные организмы и начинают пользоваться их метаболической системой. Особо следует отметить, что в ходе самоорганизации постоянно возникают мутации, а с ними неизбежно связан отбор.
Парадигма самоорганизации позволяет установить связь между неживым и живым в ходе эволюции, так что возникновение жизни представляется отнюдь не чисто случайной и крайне маловероятной комбинацией условий и предпосылок для ее появления, как заявляли некоторые авторитетные биологи. Если самоорганизация при наличии соответствующих условий может возникнуть в самом фундаменте здания материи, то вполне обоснованно предположить, что на более высоких уровнях организации она может закономерно привести к возникновению жизни во Вселенной. Нельзя также не отметить, что жизнь сама готовит условия для своей дальнейшей эволюции. Предполагают, что первыми стали осваивать Землю растения, которые появились примерно 50 миллионов лет назад. Такое предположение представляется достаточно обоснованным, так как именно растения способны к фотосинтезу и, следовательно, в состоянии накапливать энергию и отдавать свободный кислород в атмосферу. Спустя примерно столько же лет появились первые животные — гипертрофы, которые использовали растения в качестве пищи. В результате дальнейшей эволюции из этих основных царств живых систем возникло огромное разнообразие форм и видов растений и животных, которые, постепенно адаптируясь к окружающей среде, усложняли свою структуру и функции и влияли также на свою среду, главным образом через те экосистемы, в которые они входили.
- [1] Jantsch Е. The Self-Organizing Universe. — Oxford, 1980. P. 84.
