Структура единой стрелы времени

Сделаем попытку «объять необъятное» и рассмотрим космологическую стрелу несколько иначе. Для наглядности представим ситуацию на диаграмме рис. 1.

  • 15. (?)
  • 14. Техносферная
  • 13. Культурологическая
  • 12. Социологическая
  • 11. Гносеологическая
  • 10. Антропологическая
  • 9. Экологическая
  • 8. Биологическая
  • 7. Гео (Земная)
  • 6. Гелио (Солнечная)
  • 5. Звездная
  • 4. Галактическая
  • 3. Вещество
  • 2. Излучение
  • 1. Космологическая

Рис. 1. Эволюция мира в «стрелах времени»

По оси абсцисс отложено время как возраст Вселенной. По оси ординат отложены в условных единицах размеры R, сложность локальных систем Z и температура Т. Фаза раздувания отмечена пунктиром. Кривая Т - падение температуры, то есть уменьшение со временем энергии движения частиц.

Космологическая стрела фиксирует, что с течением времени размер Вселенной и сложность составляющих её подсистем нарастают. Все остальные «стрелы» будем рассматривать как условно-наглядное представление эволюции тех «вложенных друг в друга» подсистем, которые наиболее значимы для нас, для человеческого познания. Их не следует воспринимать как «независимые» траектории развития. Это просто детализация космологической стрелы, а «ответвления» построены так,

Эволюция мира что их ранг в масштабе всей Вселенной уменьшается. Но применительно к развитию и жизни человека каждая новая стрела все более значима. Как заметил Эльдар Баткаев, по мере продвижения стрелы становятся все более антропоцентричными. Рассмотрим наиболее существенное в этих стрелах.

1. Космологическая (Вселенная). В естествознании под этим термином понимается часть материального мира, доступная наблюдению. Вопрос о правомерности толкования о «ненаблюдаемой части» оставим на усмотрение будущих поколений. В отличие от всех других систем Вселенная единична, и в силу этого уникальна и неповторима. Мы полагаем, что известные человечеству фундаментальные законы природы действуют во всей Вселенной. Заметим, что эти законы не запрещают существования других виртуальных вселенных (параллельных миров). Физическое учение о Вселенной как единой сверхсистеме мы называем космологией. Космологию следует отличать от космогонии - того раздела астрофизики, в котором изучаются происхождение и развитие космических тел и их систем. Примеры космогонических систем - Солнечная система, звезды, галактики, их скопления. Можно сказать, что космология занимается судьбой Вселенной, а космогония -деталями бытия космических тел. Одно дополняет другое. Без знания нынешнего состояния подсистем Вселенной («in vitro») трудно исследовать её прошлое и будущее; в свою очередь, состояние это целесообразнее изучать как этап эволюции («in viva») Вселенной.

За время жизни Вселенной свет (электромагнитное излучение) в состоянии пролететь некоторое расстояние, которое и определяет радиус космологического горизонта. При возрасте Вселенной в 13,7 млрд лет радиус горизонта равен около 12500 Мпк. Вещество во Вселенной распределено чрезвычайно неравномерно. Например, в атомных ядрах плотность составляет около 1017 кг/м3, а в межзвездном пространстве нашей Галактики она равна 10’21 кг/м3. С учетом «пустоты» между галактиками средняя плотность вещества во Вселенной близка к значению 4,510'27 кг/м3. В это значение входит не только то вещество, которое светится, но и темная (скрытая) масса, распределенная в пространстве весьма неоднородно. О скрытой массе мы знаем, что она есть и что она взаимодействует с обычным веществом только через гравитационное притяжение. Физическая сущность её пока не очень ясна. Есть также не лишенное смысла предположение о том, что во Вселенной есть ещё и однородная «темная энергия», создающая «всемирное отталкивание». Но это пока всего лишь гипотеза, базирующаяся на не очень очевидных предположениях. Наряду с неравномерно распределенным веществом вся Вселенная равномерно заполнена изотропным реликтовым электромагнитным излучением. Его энергетическая плотность составляет доли процента от энергетической плотности массы. В среднем Вселенная однородна. Она также изотропна, то есть одинакова по всем направлениям. Но это в среднем. Различие локальных плотностей огромно, как это отмечено выше. Как сверхсистема Вселенная имеет более или менее упорядоченную структуру ячеисто-сетчатого типа. Структура эта образуется группами и скоплениями галактик, собранных в линейные «жгуты» (астрофизики называют их филаментами), которые образуют пространственную сетку. Узлами этой сетки служат скопления галактик; между филаментами - своеобразные «дыры», где нет нормальных галактик. Средний размер дыр примерно в пять раз превышает толщину филаментов, которая составляет примерно 10 Мик. Напомним, что один парсек равен 3,26 световых года. Что ждет Вселенную в будущем? Если считать, что смысл жизни Вселенной состоит в её расширении, то по закону Хаббла скорость удаления астрономического объекта пропорциональна расстоянию до него. Для скоплений галактик и отдельных галактик, не входящих в скопления, постоянная Хаббла (коэффициент пропорциональности между удалением и скоростью разбегания) в настоящее время имеет значение 50-100 км/ с Мпк. При этом надо представить себе, что расширение Вселенной есть не просто «разбегание» в нашей земной системе отсчета (СО). «Вселенская» система отсчета непосредственно связана с веществом

Вселенной, поэтому «увеличение радиуса» со временем касается и СО, и вещества. Соответственно, «уменьшение радиуса» есть сжатие СО и вещества. Не очень корректной, но вполне наглядной моделью может служить надувной глобус. При изменении его размеров соответственно раздувается или сжимается и сетка из меридианов и параллелей на его поверхности. Ход часов на таком глобусе тоже будет зависеть от состояния «глобуса». Поэтому сама постоянная Хаббла со временем тоже будет изменяться. Будущее Вселенной, по современной теории тяготения, зависит от значения средней плотности материи. Теория утверждает, что должна существовать некая критическая плотность, напрямую связанная со значением переменной постоянной Хаббла. Если реальная плотность заметно меньше критической, то «радиус» Вселенной будет неуклонно и безгранично возрастать. Физически это означает неограниченное расширение системы отсчета и вещества. Силы тяготения будут слишком слабы для того, чтобы сдержать инерцию разбегания. Если же реальная плотность значительно больше критической, то теория предсказывает, что расширение Вселенной рано или поздно сменится сжатием. Гравитация стянет Вселенную к той самой сверхплотной и сверхгорячей «сингулярности», с которой все началось. Наблюдаемое значение плотности в настоящее время близко к критическому значению. Мы пока не можем сказать, является ли наша Вселенная «открытой» или «замкнутой». Подождем, пока физики, астрофизики и другие космологи разберутся с тем, какая есть материя во Вселенной. Таким образом, современная космология рассматривает две возможности: либо вечное расширение, либо смена разбегания на сжатие до сингулярности («все должно в природе повториться»). Фаза расширения продлится не менее 20 млрд лет. Это намного превышает время жизни Солнца.

  • 2. Излучение. Уточним, что под «излучением» в естествознании понимается свободное электромагнитное поле (электромагнитные волны). В квантовой интерпретации электромагнитное поле трактуется как поток фотонов - частиц (квантов) электромагнитного поля, при этом масса покоя фотона равна нулю. Отделившись от вещества, излучение живет своей жизнью, взаимодействуя с веществом.
  • 3. Вещество. Вещество в основе своей построено из электронов, протонов и нейтронов. Масса вещественных частиц всегда отлична от нуля. Что представляют собой «темное вещество» и «темная энергия» - пока не очень ясно. Гипотез много; достоверно можно лишь сказать, что любая материальная сущность состоит из «веполей» - взаимодействующих доз вещества и поля. Излучение и вещество - это параллельные стрелы.
  • 4. Галактики. В современной трактовке галактики - это гравитационно-связанные звездные системы, имеющие довольно четкие пространственные границы [33]. Галактики формировались и формируются из вещества под действием гравитационной неустойчивости. По масштабам Вселенной это массивные объекты, они рождались и рождаются, живут и стареют. Именно они и их скопления образуют крупномасштабную структуру Вселенной. В скоплениях галактики связаны «общим происхождением». Каждая галактика содержит огромное количество звезд, да и самих галактик много. Ученые Земли к настоящему времени могут надежно наблюдать лишь несколько тысяч самых ярких галактик. Установлено, что все галактики вращаются. По форме они подразделяются на эллиптические, спиральные и неправильные. Тип галактики фиксируется по её свечению, видимому на фоне более темного неба. Эллиптические галактики, по всей вероятности, являются наиболее упорядоченными, в них, как правило, не наблюдаются яркие молодые звезды и межзвездный газ. Структура спиральных галактик характеризуется наличием четко выраженных спиральных рукавов. Состоят они в основном из молодых ярких звезд и газово-пылевых туманностей. Неправильные галактики выглядят как пятна клочковатой формы, они не содержат звезд-сверхгигантов и ярких туманностей. Исследуются галактики по их электромагнитному излучению, а масса оценивается по данным об их вращении.

Для нас наиболее интересна наша галактика - Млечный Путь. Поскольку она - наша, то имя это принято писать как имя собственное. Млечный Путь содержит около ста миллиардов звезд. Одна из них - наше Солнце. По форме Галактика принадлежит к спиральным дисковым галактикам. Диаметр диска - около 30 тысяч парсеков, это около 100 тысяч световых лет. Наибольшая толщина («балдж») - около 8 тысяч пк. Наше Солнце расположено вблизи плоскости симметрии Галактики, примерно в 8500 пк от центра Галактики на внутренней части спирального рукава; астрофизики именуют его рукавом Ориона. Относительно нас центр Галактики расположен в направлении созвездия Стрельца. В Галактике очень много двойных звезд и шаровых звездных скоплений. Скорость движения Солнца при его вращении относительно центра Галактики составляет около 220 км/сек. Галактический год длится примерно 250 миллионов земных лет. В звездах сосредоточено более 90% веществ Галактики. Остальное - межзвездный газ, межзвездная пыль, космическое излучение, магнитные поля, фотоны. Наблюдения показывают, что по своим физическим свойствам центр Галактики заметно отличается от «ближних окрестностей» Солнца. Не исключено, что в центре Галактики находится черная дыра с массой примерно в миллион масс Солнца. Наша Галактика, как типичная подсистема Вселенной, образовалась при сжатии протогалактического газового облака как система протозвезд. Возраст самых старых звездных скоплений оценивается в 7 млрд лет. Галактика живет, в ней непрерывно идет процесс звездообразования.

5. Звезды. За образование звезд ответственна в основном гравитация, за их разогрев и выгорание - ядерные реакции синтеза. Звездами мы называем огромные плазменные шары, равновесное состояние которых поддерживается балансом между гравитационным сжатием и распирающим давлением излучения и горячей плазмы. Каждая звезда возникла, видимо, из водородного облака. Гравитация, сжимая облако вокруг случайно образовавшегося уплотнения материи, приводила к разогреванию плотного разогретого ядра. Возникала протоз везда. Собирая в себе движение отдельных частиц, протозвезда обретала вращение вокруг центра. В экваториальной области возникали сгустки, из которых потом возникли протопланеты. Затем гравитационное сжатие так разогревало протозвезду, что водород начал превращаться в гелий. Для этого нужны температуры примерно в 107 К. Гелиосинтез давал огромную энергию, что привело в конце концов к нарастанию давления до величин, при которых давление изнутри сравнялось с давлением гравитационного сжатия. После этого наступил этап спокойной жизни. В звездах заключена значительная доля светящегося вещества Вселенной.

До 90% звезд принадлежат к так называемой главной последовательности. Звезды главной последовательности - это такие звезды, у которых наблюдаемая светимость пропорциональна температуре поверхности звезды. Их общее свойство -они живут и излучают за счет внутризвездного термоядерного синтеза. К этому же типу принадлежит и наше Солнце. Ещё одну заметную группу образуют темные карлики с массой порядка одной десятой массы Солнца. Температура внутри карликов недостаточна для протекания термоядерных реакций. Наряду с нормальными звездами и карликами астрофизики наблюдают ещё ряд типов, отличающихся размерами и светимостью. Есть красные гиганты и сверхгиганты, голубые сверхгиганты, цефеиды, нейтронные звезды (пульсары), белые карлики. Более подробно о типах и классификации звезд можно узнать из публикаций, посвященных так называемой диаграмме Герцшпрунга - Рассела.

Тот факт, что звезды живут своей жизнью, подтверждается вспышками новых и сверхновых звезд. Первые - за несколько дней (в нашем масштабе времени) увеличивают светимость в десятки тысяч раз и остаются яркими несколько недель. Затем их блеск медленно убывает до исходного. Астрофизики полагают, что такой взрыв новой звезды означает сброс газовой оболочки с выделением большой энергии. В нашей Галактике бывает в среднем 50 таких явлений в год. Процесс периодичен. Сверхновые - эти помощнее, они увеличивают свой блеск в

Эволюция мира миллиарды раз и светят ярко несколько месяцев, после чего превращаются или в нейтронную звезду без оболочки, или полностью разрушаются. По излучению мы можем наблюдать не только состояние звезд, но и их жизнь. Так как «запас горючего» в звездах всегда конечен, то и срок их жизни также ограничен. Во что они превратятся - в карлика, или в нейтронную звезду, или в черную дыру - это зависит от их изначальной массы. Звездная стрела идет синхронно с галактической, ибо стрела отражает не судьбу отдельной звезды, а жизнь всего звездного сообщества. В чем-то ситуация напоминает взаимосвязь человека и человеческого общества.

6. Солнце и Солнечная система. По эволюционным меркам Солнце и Солнечная система образовались почти одновременно. Примерно 4,5 млрд лет тому назад за сравнительно короткий промежуток времени в один или два миллиона лет в результате гравитационного сжатия массивного облака возникла протозвезда вместе с вращающимся газопылевым диском. Центральная область протозвезды примерно за миллион лет превратилась в горячую звезду - Солнце. Пылевой субдиск, в свою очередь, стал системой сгущений, из которых возникли ещё более компактные тела. В космогонии их называют планетезимали, или протопланеты. Превращение планетезималей в плотные шарообразные планеты происходило сравнительно медленно, в течение десятков и сотен миллионов лет. Всего образовалось восемь больших планет-. Меркурий, Венера, Земля, Марс («земная группа»), а также Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Ранее к планетам относили и Плутон, но из-за малых размеров он ныне переведен в сообщество астероидов («малых планет»), где и пребывает вместе с Хироном, входя в состав внешнего пояса астероидов (пояс Койпера). Большинство малых планет сосредоточено в «главном поясе астероидов» в пространстве между орбитами Марса и Юпитера (Церера, Паллада, Веста и др.). Некоторые из астероидов могут подходить очень близко к орбите Земли, на расстояние 1-2 млн км. Для наглядности напомним, что Луна удалена от нас на 0,4 млн км (384000 км). Совсем маленьких астероидов в Солнечной системе очень много. Наряду с астероидами в состав Солнечной системы принято также включать и кометы. Эти небесные тела двигаются по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, периодически появляясь в поле зрения земных телескопов. Самая частая гостья - комета Эмке, она появляется каждые 3,3 года. У некоторых комет вычисленный период превышает время жизни человечества. Внутри каждой кометы есть твердое ядро, состоящее из замерзшей воды и твердой углекислоты («сухого льда»). «Хвосты» комет состоят из плазмы, газа и дыма. Все кометы довольно интенсивно теряют свою массу. Не исключено, что «тунгусский метеорит» был осколком кометы Эмке. При попадании кометы в зону сильной гравитации, например при приближении к Солнцу или даже Юпитеру, комета может разрушиться.

Если преобладающая часть общей массы Солнечной системы сосредоточена в центральном светиле, то момент импульса [rmv] системы определяется в основном планетами. Напомним, что момент импульса (момент количества движения) есть величина сохраняющаяся. Сколько было его у протосолнца, столько и осталось у Солнечной системы. Орбиты всех планет и большинства астероидов сосредоточены в одной плоскости. Это плоскость эклиптики. И вращение всего сообщества происходит в одну сторону. Интересно, что вращение планет вокруг своих осей направлено в ту же сторону. По составу вещества сравнительно небольшие планеты земной группы - в основном каменистые. Каменистые тела - это те, что построены на основе силикатов и силицитов. Планеты-гиганты содержат много летучих веществ. Например, атмосфера Юпитера содержит водород, гелий и немногое, хотя и вполне измеримое количество аммиака и водяного пара. Океаны Юпитера - жидкий молекулярный водород, а в ядре у него камни и металл.

Центральное тело системы - Солнце - сосредоточило в себе 99,866% массы Солнечной системы. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли. Температура на поверхности Солнца (температура фотосферы) равна 5830 К. Температура

Эволюция мира в центре Солнца, оцененная методами нейтринной астрономии, составляет 16-106 К. Плотность материи там достигает 160000 кг/м3. Основной источник энергии, как и в других похожих звездах, термояд. Как рядовая звезда главной последовательности, Солнце практически не изменят своей светимости в течение миллиардов лет. Внутри Солнца энергия идет к поверхности в виде потока рентгеновских квантов, но из-за поглощения и последующего переизлучения квантов веществом энергия передается медленно, проходя путь от центра до поверхности за миллионы лет. Ближе к поверхности температура поменьше, там уже могут существовать нейтральные атомы водорода, сильное поглощение которыми затрудняет перенос энергии излучением. Из-за этого в поверхностном слое возникают мощные конвективные потоки вещества. Как и все звезды, Солнце имеет атмосферу, в которой астрофизики выделяют три слоя: фотосферу, хромосферу и солнечную корону. То солнечное излучение (солнечный свет), которое мы наблюдаем, генерируется в основном в фотосфере, которая имеет толщину около 300 км. Выше, в хромосфере, плотность ионизованного газа падает, а его температура слегка растет. Еще выше расположена солнечная корона, где газ ещё более разрежен и нагрет. Из-за малых количеств газа в хромосфере и короне их суммарное излучение энергии мало по сравнению с фотосферным. В Солнце и на Солнце много интересного, но самое странное - это его магнитные поля. И наш глаз, и другие оптические приборы видят в основном фотосферу Солнца. На фотоизображениях солнечного диска хорошо заметно, что вся фотосфера состоит из светлых пятен, или гранул, разделенных более темными промежутками. Гранулы двигаются, изменяют размеры, исчезают и снова возникают. Живет каждая гранула несколько минут. Есть и более крупные детали - факелы и пятна. Если гранулы - это следствие конвекционных потоков, то пятна и факелы своим происхождением и исчезновением обязаны переменным магнитным полям. Эти поля очень необычно структурированы, изменчивы и сильно влияют на движение и излучение ионизованного вещества в фотосфере и хромосфере. Солнце интенсивно действует, с периодом активности в 11 лет. Эта смена активности связана с магнитной переполюсовкой. На Солнце каждые 11 лет магнитные полюсы меняются местами. Солнце довольно интенсивно выгорает и, видимо, через несколько миллиардов лет погаснет. Оно не исчезнет, просто станет холодным. Шансов на переход в состояние черной дыры, согласно современным теориям, у него нет.

7. Планета Земля. В масштабах Вселенной наша планета -микроскопическая частица, вращающаяся вокруг рядовой звезды в одной из многочисленных галактик. С точки зрения космогонии Земля - довольно стабильная планета. Её сложность и размеры как космического объекта со временем не нарастают. При вращении Земли вокруг Солнца она медленно теряет свою энергию, возможно, как генератор гравитационных волн. Потери эти малы, поэтому падения нашего «дома» на Солнце не будет во все время его жизни. Так что в будущее мы можем смотреть с оптимизмом - запас времени у человечества ещё есть. Но сложность объектов, порождаемых «геострелой», непрерывно и довольно интенсивно возрастает. Как ответит планета на наше вмешательство - это очень интересная область исследований.

С точки зрения астрономии Земля - третья по удаленности от Солнца планета. Радиус её орбиты составляет 149,6 млн км, это значение узаконено как астрономическая единица длины. По орбите Земля летит со скоростью 30 км/с, период её обращения 365,24 средних солнечных суток. Наряду с движением вокруг Солнца Земля вращается вокруг своей оси с периодом 86164,1 с, что лишь на четыре минуты меньше 24 часов; это вращение вызывает смену дня и ночи. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты («плоскости эклиптики») под углом 66,556°. Как и у любого гироскопа, положение оси вращения остается в пространстве неизменным. Постоянство этого направления предопределяет смену времен года. У Земли есть естественный спутник (спутница) - Луна. Есть и несколько тысяч искусственных спутников, но времена их жизни очень невелики, особенно по сравнению с вечностью.

Форма Земли - геоид, он близок к эллипсоиду вращения. Планета слегка сплюснута у полюсов и вытянута у экватора. Разность экваториального и полюсного диаметров составляет около 43 км при значении среднего радиуса в 6371 км. Средняя плотность Земли примерно в 5,5 раза больше плотности воды. По структуре земной шар неоднороден. В теле Земли выделяют три области: кору, мантию и ядро. Это разделение базируется в основном на результатах исследования с помощью сейсмических волн. Кора под океаном имеет толщину до 10 км, в материковой зоне 30-40 км. Наибольшая толщина в 70-80 км в районе высочайших гор, Гималаев и Гиндукуша. На глубинах от 35 км до 2800 км расположена силикатная оболочка - мантия. Очень часто в моделях выделяют литосферу - внешнюю зону, состоящую из коры и верхних слоев мантии. Литосфера расколота на гигантские плиты, их насчитывают до десяти. Именно по границам плит расположены основные очаги землетрясений. Литосферные плиты как бы плавают в более глубоком вязком слое, который геологи называют астеносферой. Процессы в астеносфере определяют геологическое строение земной коры, там же находятся и первичные магматические очаги вулканов. В теории литосферных плит, называемой новой глобальной тектоникой, рассматриваются отдельно кора океаническая и кора континентальная. В этой теории анализируются и описываются сложнейшие явления движения литосферных плит относительно друг друга как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, в том числе «подлезание» океанических плит под континентальные, а также различия в составе океанической и континентальной коры.

На глубинах более 2800 км находится ядро Земли. Граница «мантия - ядро» не пропускает поперечных сейсмических волн; из этого экспериментального факта следует, что ядро находится в жидком состоянии. Масса жидкого ядра - это примерно 30% массы всей планеты. Внешняя зона ядра - это смесь железа и серы, внутренняя часть - сплав железа (80%) и никеля (20%). В центральной части ядра давление достигает величин в

3,610п Па, а температура чуть больше 5000 К. В самом центре Земли, по всей вероятности, есть небольшое твердое ядро. Масса этого кристаллического железно-никелевого сплава - около 2% массы Земли. Жидкая часть металлического ядра вращается не так, как твердая сфера. Угловая скорость сферических слоев различна, она зависит от расстояния от оси. В созданной для описания таких тел теории гидродинамического динамо показывается, что в этом случае во вращающемся проводящем теле самопроизвольно и в самоподдерживающемся режиме возникают стационарные магнитные поля. Именно такому явлению обязано своим происхождением магнитное поле Земли. Магнитные полюса Земли не совпадают с её географическими полюсами, хотя в настоящее время и находятся не очень далеко от них. Периодически магнитные полюса меняются своими местами, но период это очень велик (порядка миллиона лет) и, видимо, не очень постоянен.

Жизнь на планете поддерживается за счет энергии, поступающей от Солнца. Количество и качество этой энергии определяет само существование биосферы. За одну секунду земной шар получает от Солнца около 1,751017 джоулей энергии. Из них 70% доходит до поверхности Земли, остальные 30% поглощаются или рассеиваются атмосферой. Соответственно, Земля столько же энергии сбрасывает через электромагнитное излучение всех частот. В целом планета не перегревается и не остывает. На самой поверхности Земли как космического тела расположены гидросфера и воздушная оболочка - атмосфера. Их суммарная масса невелика и составляет 0,00025 массы Земли, при этом гидросфера тяжелее атмосферы почти в 300 раз. Но их роль в нашей жизни отнюдь не пропорциональна массе. Водная поверхность занимает около 70% поверхности планеты; при этом 94% всей воды сосредоточено в Мировом океане. В нем растворено весьма заметное количество углекислого газа и кислорода. Мировой океан, моря, реки, озера и болота служат средой обитания для разнообразных форм жизни. Гидросфера довольно интенсивно обменивается водой с атмосферой через испарение и осадЭволюция мира ки. В круговороте воды в природе задействовано примерно 41017 кг, что всего лишь на порядок меньше массы атмосферы. Масса всей атмосферы равна 5,151018 кг, при этом 78% приходится на азот, 21 % - на кислород, чуть меньше одного процента - на аргон. В атмосфере присутствуют также углекислый газ (0,03%) и в очень малых количествах неон, гелий, озон, метан и следы других газов. Атмосфера Земли - структура очень неоднородная, особенно в вертикальном направлении. Нижний слой - тропосфера. Вверху она переходит через тропопаузу в стратосферу; у полюсов граница проходит на высоте около 7 км, на экваторе -17 км. Стратосфера на высотах 50-85 км переходит в мезосферу. Эта «сферная» классификация соответствует характеру изменения температуры с высотой. По газовому составу все три сферы, образующие вместе гомосферу, одинаковы. Выше, в так называемой гетеросфере, газовый состав сильно зависит от высоты. Хотя в верхних слоях давление газа очень низкое, эти слои оказывают заметное влияние на поглощение лучистой энергии солнечного излучения. Решающую роль в поглощении отдельных компонентов принадлежит химическому составу слоев. Это справедливо и для гомосферы, и для гетеросферы. Общеизвестно, что на высотах 20-25 км кислород под действием излучения превращается в озон (трехатомный кислород), который, в свою очередь, очень сильно поглощает почти весь ультрафиолет. До поверхности Земли доходит только излучение с длинами волн больше 300 нм. В поглощении видимого света и ИК-излучения заметную роль играют также углекислый газ, водяные пары и т.д. Наряду с неоднородностью атмосфера весьма подвижна, что в соединении с неоднородностью определяет большую переменчивость и погоды, и климата в целом. Как известно, погода - это состояние атмосферы в данный момент времени. Совокупность погод образует климат. И погода, и климат зависят как от глобальных факторов, типа вращения Земли и активности Солнца, так и от случайно локальных изменений в атмосфере. Огромную роль при этом играют электрические явления. Земной шар заряжен отрицательным электричеством.

Концепции современного естествознания

Перенос электрических зарядов в атмосфере определяет и грозовую деятельность, и перемещение влаги. Грозы, вообще говоря, необходимы для нормального существования биосферы. Без молний атмосфера обеднеет и озоном, и окислами азота, столь необходимыми для растений.

Как отмечено выше, Земля образовалась 4,6 млрд лет назад в протопланетном облаке. Возрасты в геологии определяют радиометрическим методом, по накоплению в горных породах продуктов распада природных радионуклидов, то есть атомных ядер, способных к радиоактивному распаду. Совпадение радиоактивных возрастов земных и лунных пород указывает на то, что система «Земля - Луна» возникла из протосгустка как двойная планета. Но свое стационарное устройство земной шар обрел только 3,7 млрд лет назад - именно этот радиоактивный возраст имеют самые древние горные породы, от возникновения которых начинается геологическая история Земли. В ней выделяют два этапа: докембрий, длившийся чуть больше 3 млрд лет, и фанерозой (этап явной жизни), занимающий последние 570 млн лет. Примерно 2,5 млрд лет назад возник первый (и единственный в то время) сверхконтинент, ныне его называют Пангеей. Через 300 млн лет он распался на континенты, разделенные океаном. Появилась океаническая кора. Затем континенты снова объединились в Пангею-2, которая, в свою очередь, тоже распалась, и примерно 600 млнлет назад возникла структура континентов и океанов, отдаленно похожая на современную. Затем была Пангея-3, и новый распад, уже на нынешние континенты. Как утверждает историческая геология, циклы «схождение - расхождение» длятся 500-600 млн лет. Нынешний геологический облик Земля приобрела примерно 65 млн лет назад. Но живая материя на Земле возникла примерно 3,5 млрд лет назад и благополучно перенесла и превращения Пангеи, и различные космические атаки, в результате которых каждые 30 млн лет происходили массовые вымирания некоторых плохо адаптированных видов животных и растений. Самая сложная система живой материи -человечество - за очень короткий по геомасштабам отрезок

Эволюция мира времени сумела изменить ход эволюции биосферы. Не исключено, что мы вмешаемся и в эволюцию планеты в целом.

  • 8. Биологическая стрела. Начиная с этой стрелы, включим по вертикали шкалу сложности, а не размеров. Со временем сложность биосистем нарастает, стрела на диаграмме круто забирает вверх. Наша биосфера уже стала фактором планетарного масштаба: состояние Земли как планеты все сильнее зависит от процессов в биосфере. В основе научных представлений о происхождении живой материи лежит мысль о том, что живое на планете самозародилось, оно возникло как результат длительной эволюции углеродных соединений. Период чисто химической эволюции состоял из последовательности трех основных процессов:
    • • синтез низкомолекулярной органики из газов протоатмосферы. В ней практически не было свободного кислорода. Были метан, аммиак, пары воды. Их непрерывное взаимодействие в условиях интенсивной грозовой активности атмосферы могло привести к появлению первых органических молекул. Видимо, так оно и было. В наши дни экспериментально доказано, что при электрических искровых разрядах в газовых смесях восстановительного характера (все те СН4, NH3 и Н2О) синтезируются низкомолекулярные органические соединения;
    • • полимеризация мономеров с образованием цепей нуклеиновых кислот и белков. Первыми здесь были, скорее всего, молекулы рибонуклеиновой кислоты - РНК. Древние РНК были и катализаторами в синтезе белков, и информационногенетическими носителями. Затем появились ДНК как более «специализированные» молекулы. Весьма вероятно, что на этом этапе «работала» цепочка РНК - белок - ДНК, которая обеспечивала требуемую стабильность генетической информации. Постепенно РНК сменила свою функцию на перенос информации от ДНК к белкам;
    • • возникновение обособленных систем органического вещества. Эти системы имели мембраны на границе с внешней средой.

Далее стартовал период биологической эволюции. Суть его состоит в возникновении простейших клеток. Первые одКонцепции современного естествознания ноклеточные живые организмы были безъядерными клетками. Их называют прокариоты, а сам процесс известен в биологии под названием «самосборки», то есть спонтанного упорядоченного объединения биополимеров. В результате такого самопроизвольного процесса возникали рибосомы, цитоскелеты, мембраны и даже ферментные комплексы и вирусы. Важно понять, что в этих процессах управляющие факторы формируются в самой системе; внешняя среда не управляет, а только обеспечивает необходимые условия. В те времена требуемые условия были.

У первичных клеток уже была способность к обмену веществом и энергией с окружающей средой (метаболизм). У них был и репродуктивный аппарат, обеспечивающий воспроизведение в дочерних клетках всего сочетания химических свойств и процессов обмена веществ. Именно воспроизведение клеток путем митоза составляет основной признак живой материи. На первых стадиях возникновения живого стал действовать отбор, в результате которого сохранились соединения и процессы, наиболее пригодные для реализации биологических функций. Прокариоты породили эукариотов, обладавших внутриклеточными структурами (аппарат Гольджи, хлорпласты и т.п.). Эукариоты - структуры более сложные и упорядоченные. Выживание таких систем привело к появлению первых организмов. Ими были гетеротрофы. Они в качестве источника углерода использовали внешние (экзогенные) органические вещества, то есть органические молекулы небиологического происхождения. В них уже был механизм наследуемого обмена веществ, то есть «были включены» аппараты синтеза белков и генетического кода. Путем отбора возникли первые фотосинтезирующие клетки, способные питаться не за счет внешней органики, а через внутренний синтез органических соединений из двуокиси углерода и воды с выделением кислорода. Атмосфера стала обогащаться кислородом, то есть приобрела окислительный характер. Жизнь сама изменила те условия, которые сделали возможным её дальнейшее развитие. Это произошло примерно 2 млрд лет назад,

Эволюция мира с той поры восторжествовало правило: «живое только от живого...». Процесс зарождения живого из неживого вещества воспроизвести в лабораториях мы пока не в состоянии. Не можем мы наблюдать его и на иных планетах. Дальнейшее развитие привело к появлению все более сложных уровней организации живого вещества.

  • 9. Экологическая стрела. Как порождение и спутник биологической стрелы на определенном этапе возникла стрела экологическая. В современном естествознании экология трактуется как наука о взаимоотношениях внутри живого сообщества и живого со своей средой обитания. Сам термин ввел в обращение Э. Геккель в 1866 году, но экологические процессы протекают давно, с эпохи появления живого. Это те процессы, которые составляют суть и относительной устойчивости («гомеостаз») видового состава живых организмов, и эволюционных процессов в биосфере Земли. Экологические явления стали переходить в ранг экологических проблем только с появлением человека.
  • 10. Антропологическая стрела. Возникновение человека -весьма значимый для нас миг в эволюции планеты и, будем надеяться, в эволюции Вселенной. На диаграмме стрела уходит вверх ещё круче биологической, а все вышележащие стрелы стартуют с неё. Это означает, что человек есть не только объект эволюции (то есть он сам развивается), но и субъект эволюции, её движущая сила. Он создал общество, культуру, техносферу. Пока что наше влияние ощущается в масштабах планеты Земля. Но вряд ли человечество ограничится только околоземными искусственными спутниками, поскольку потребность и способность человека к познанию и творчеству предела не имеют. Быть может, подобный сверхоптимистический антропоцентризм и неоправдан, но уж очень хочется верить в то, что мы со временем сами будем управлять собственным совершенствованием в удобной для нас среде обитания.

Вопрос о том, когда, как и зачем появился человек на Земле, очень интересен. Когда и как? Датировка и ход процесса в общих чертах прослеживаются довольно определенно.

Примерно 20 млн лет назад появились предки гоминидов -самого высокоорганизованного семейства человекообразных существ. Это семейство включает ныне и человека, и многих его предшественников. Собственно гоминиды сформировались 6-10 млн лет назад. Эволюция шла неравномерно, как это и положено по законам развития природных систем. Для эволюции человека характерно, что каждый новый этап в ней был «ответом» на общепланетные изменения; ужесточение условий существования неизменно вызывали усложнение человеческой сущности. Аналогичное явление свойственно эволюции многих систем. На некоторых этапах изменение формы отставало от биохимической эволюции и т.п. Процесс шел путем перехода к прямохождению, увеличения объема мозга, его структурирования со специализацией отдельных участков, развития рук и адаптации к труду. Первым человеком был «человек умелый», которого около 1,5 млн лет назад сменил «человек прямоходящий» Именно прямоходящие оказались наиболее адаптированными к изменениям среды обитания. Анатомически и физиологически современный человек - «человек мыслящий» {«Homo sapiens») появился всего около 40 тысяч лет назад. Первые сапиенсы ещё не подразделялись на расы, это пришло позднее. На первых стадиях интенсивно развивалась анатомо-физиологическая структура, здесь «работали» как внутренние факторы, так и влияние среды обитания. Где-то около 10 тысяч лет назад «человек мыслящий» перешел от собирательства к созидательной деятельности. Это стимулировало ускорение развития социальной организации. Иногда этот период называют «неолитической революцией». Сохранялось сильное влияние биологических изменений человека, но становление человечества как природной системы все более ограничивало действие естественного отбора. Физиологически человек стал относительно стабилен около 20 тысяч лет назад, лишь периодически испытывая «приступы акселерации». Но культурная среда формировалась и развивалась очень энергично; можно считать, что культура - это вторая природа современного человека. Биологически же все совреЭволюция мира менные люди принадлежат к одному виду; расовые различия относятся к внутривидовым. Если проследить последовательность стрел, то сразу же заметна огромная роль случайностей -от зарождения звезд до появления гоминидов. Множество случайностей порождает огромное число проб природы. До нас дошло то, что уцелело под действием естественного отбора.

  • 11. Гносеологическая стрела. Свое название эта стрела получила от «гносеологии» - науки о познании. Человек начал познавать мир почти одновременно со своим появлением и познает его довольно интенсивно. Сложность методик и полученных результатов растут очень быстро. Сущность гносеологической стрелы мы более тщательно рассмотрим на примере эволюции естествознания - одном из основных разделов курса КСЕ.
  • 12. Социологическая стрела. Становление и развитие человеческого общества - это предмет наук социологического направления. Социология - наука о закономерностях развития и функционирования социальных систем. Наука эта пока ещё не естественная, и в учебных планах она представлена отдельно. Для КСЕ существенно то, что социум - это творение людей. Следовательно, явление это по сути своей природное. Человеческое общество создано людьми. Аналогов общества в остальной природе нет. Вместе с тем, становление и развитие социальных структур идут в соответствии с естественнонаучными закономерностями, на основе все тех же процессов самоорганизации и гомеостаза (обеспечения устойчивости). В развитии самого социума и его форм четко видно чередование спокойных и быстрых этапов.
  • 13. Культурологическая стрела. Культурология, как она представлена сейчас в учебных планах высшего профессионального образования, наука тоже пока ещё не естественная. В эволюции культуры четко просматриваются два направления - это развитие искусства и науки. Системообразующий фактор в эволюции мировой культуры - естествознание, познание человеком окружающего мира и самого себя как природных феноменов. Искусство и наука - две дополняющих Друг друга грани в осознании человеком своего места в мире и своей роли в развитии человечества. Интересно, что в латинском языке слово «ars» означало одновременно и изучение мира, и искусство. Оба этих занятия у древних римлян считались весьма благородными.
  • 14. Техносферная стрела. Техносфера - это системная совокупность объектов искусственного происхождения, состоящая из технических устройств и технологий. Здесь, при обсуждении «стрел времени», мы отметим лишь самое главное в понимании сути и роли техносферы. Первое - на настоящий момент техносфера по сложности структуры и процессов в ней - самая высшая форма организации неживой материи. Второй жизненно важный аспект определяется тем, что техносфера стала неотъемлемой частью среды нашего обитания, и эта часть создана людьми. Человечество медленно, но неуклонно само создавало и продолжает совершенствовать среду своего обитания. Люди уже довольно интенсивно используют технологии производства материальных благ, на очереди - технологии интеллектуальной и творческой деятельности. Третье - техносфера как глобальная надсистема развивается по своим объективным законам, не зависящим от нашей воли. Вся техносфера есть порождение естествознания. Но вместе с тем полезно осознавать, что «сумма технологий» принципиально отличается от науки. Наука определяет выбор путей к достижению результатов. Для технологий важен только результат.

Развитие человечества может привести к появлению новой «стрелы времени». Вопрос: будет ли она, и если да, то какой?

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >