Возможные катастрофические изменения климата, связанные с мировой термоядерной войной, могут привести к так называемой «ядерной зиме», когда дым от пожаров, возникших при ядерных взрывах, может помешать доступу к земной поверхности солнечного света, что приведет к понижению температуры на 20–40 градусов и повлечет гибель человечества и высших животных.
Эта гипотеза возникла во второй половине XX в. на основе учения о биосфере, экологии и концепции коэволюции. Ее авторы — английский химик Д. Лавлок и американский микробиолог Л. Маргулис. Вначале была обнаружена химическая неравновесность атмосферы Земли, которая рассматривается как признак жизни. По мнению Лавлока, если жизнь представляет собой глобальную целостность, ее присутствие может быть обнаружено через изменение химического состава атмосферы планеты.
Лавлок ввел понятие геофизиологии, обозначающее системный подход к наукам о Земле. Согласно Гея-гипотезе, сохранение длительной химической неравновесности атмосферы Земли обусловлено совокупностью жизненных процессов на Земле. С начала жизни 3,5 млрд. лет назад существовал механизм биологической автоматической термостатики, в котором избыток двуокиси азота в атмосфере играл регулирующую роль, препятствуя тенденции потепления, связанной с возрастанием яркости солнечного света. Другими словами, действует механизм обратной связи (он будет подробно рассмотрен ниже).
Лавлок сконструировал модель, в соответствии с которой при изменении яркости потоков солнечного света растет разнообразие системы, ведущее к возрастанию способности регулировать температуру поверхности планеты, а также к росту биомассы.
Суть Гея-гипотезы состоит в том, что Земля является саморегулирующейся системой, созданной биотой и окружающей средой, способной сохранять химический состав атмосферы и тем самым поддерживать благоприятное для жизни постоянство климата. По Лавлоку — мы обитатели и часть квазиживой целостности, которая обладает способностью глобального гомеостаза, справляющегося с внешними влияниями в пределах своей способности к саморегуляции. Когда подобная система попадает в состояние стресса, близкого к границам саморегуляции, даже маленькое потрясение может толкнуть ее к переходу в новое стабильное состояние или даже полностью уничтожить.
В то же время «Гея» превращает даже вредные для себя элементы в необходимые и, видимо, может выжить даже после ядерной катастрофы. Эволюция биосферы, по Лавлоку, может быть процессом, который выходит за рамки полного понимания, контроля и даже участия человека.
Подходя к Гея-гипотезе с биологический позиций, Л. Маргулис полагает, что жизнь на Земле представляет собой сеть взаимозависимых связей, позволяющих планете действовать как саморегулирующаяся и самопроизводящая система.
1. Что изучает геология?
2. Что такое тектоника литосферных плит?
3. Каково строение Земли?
4. Чем занимаются геофизика и геохимия?
5. Чем занимается климатология?
6. Каковы основные особенности Гея-гипотезы?
I. Ответьте на вопросы.
1. Что такое радиоактивный распад и как он влияет на эволюцию Земли?
2. Чем отличается радиоактивный распад от термоядерного синтеза?
3. Что такое глобальная тектоника и как она относится к глобальным проблемам?
4. Что является причиной горообразования и вулканической деятельности?
5. Каково эмпирическое подтверждение расхождения континентов?
6. Как происходит развитие Земли с точки зрения тектоники литосферных плит?
7. Каково строение атмосферы Земли?
8. Чем отличается климат от погоды?
9. Почему сменяются день и ночь, времена года?
10. Почему на экваторе всегда жарко, а на полюсах холодно?
II. Прокомментируйте схему.
Эволюция Земли.
Становление планеты (4,5–3,8 млрд. лет назад) → возникновение жизни на Земле (3,8–2 млрд. лет назад) → возникновение современной биосферы (2–0,6 млрд. лет назад) → палеозой: выход живого вещества на сушу (600–340 млн. лет назад) → мезозой (340-70 млн. лет назад) → кайнозой (70-3 млн. лет назад) → антропоген: появление человека (от 3 млн. лет тому назад).
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы. — Различные издания.
Мир вокруг нас. — М., 1983.
Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. — М., 1976.
Уильямс Л. Науки о Земле без тайн. — М., 2009.
Глава 7Релятивистская физика
В трех последующих главах мы дадим как бы моментальную фотографию современного строения мира. Поможет нам одна из наиболее древних и фундаментальных наук — физика (от греч. «physis» — природа). Стало быть, физика — наука о природе. Физика — главная из естественных наук, поскольку она открывает истины о соотношении нескольких основных переменных, справедливые для всей Вселенной. Ее универсальность обратно пропорциональна количеству переменных, которые она вводит в свои формулы.
Как атомы и элементарные частицы — «кирпичики» мироздания, так законы физики — «кирпичики» познания. «Кирпичиками» познания законы физики выступают не только потому, что в них используются некоторые основные и универсальные переменные и постоянные, действующие во всей Вселенной, но также и потому, что в науке действует принцип редукционизма, согласно которому все законы развития сложных уровней реальности должны быть сводимы к законам более простых уровней.
Скажем, законы воспроизводства жизни в генетике раскрываются на молекулярном уровне как законы взаимодействия молекул ДНК и РНК. Согласованием законов различных областей материального мира занимаются специальные пограничные науки, такие как молекулярная биология, биофизика, биохимия, геофизика, геохимия и т. д. Очень часто новые науки образуются как раз на стыках традиционных дисциплин.
Относительно сферы применимости принципа редукционизма в методологии науки ведутся ожесточенные споры, но само объяснение как таковое всегда предполагает сведение объясняемого на более глубокий понятийный уровень. В этом смысле наука подтверждает свою рациональность.
Физики утверждают, что ни одно тело во Вселенной не может не подчиняться закону всемирного тяготения, а если его поведение противоречит данному закону, значит, вмешиваются другие закономерности. Самолет не падает на землю, космический корабль преодолевает земное тяготение за счет применения реактивного двигателя, точного расчета при конструировании, использования специальных видов топлива. Полет самолета, космического корабля не отрицает закона всемирного тяготения, а использует факторы, которые нейтрализуют его действие.
Можно отрицать философию, религию, мистику, и это признается нормальным. Но с подозрением посмотрят на человека, который выразит сомнение в справедливости закона всемирного тяготения. В этом смысле можно сказать, что законы физики лежат в основании научного постижения действительности.
Два обстоятельства мешают понять современную физику: 1) применение сложнейшего математического аппарата, который надо предварительно изучить (А. Эйнштейн сделал попытку преодолеть эту трудность, написав учебник, в котором нет ни одной формулы); 2) невозможность создать наглядную модель современных физических представлений (искривленное пространство; частицу, одновременно являющуюся волной, и т. д.).
Прогресс физики (и науки в целом) связан с постепенным отказом от непосредственной наглядности. Как-будто такой вывод должен противоречить тому, что современная наука, и физика прежде всего, основывается на эксперименте, т. е. эмпирическом опыте, который проходит при контролируемых человеком условиях и может быть воспроизведен в любое время любое число раз. Но дело в том, что некоторые стороны реальности незаметны для поверхностного наблюдения и наглядность может ввести в заблуждение. Механика Аристотеля покоилась на принципе: «Движущееся тело останавливается, если сила прекращает свое действие на него». Он казался соответствующим реальности просто потому, что не замечалось, что причиной остановки тела является трение. Для того, чтобы сделать правильный вывод, потребовался эксперимент, который был не реальным, невозможным в данном случае, а идеальным.
Такой эксперимент провел великий итальянский ученый Г. Галилей, автор «Диалога о двух главнейших системах мира, птолемеевой и коперниковой» (1632). Для того, чтобы данный мысленный эксперимент стал возможным, потребовалось представление об идеально гладком теле и идеально гладкой поверхности, исключающей трение. Эксперимент Галилея, позволивший сделать вывод, что, если ничто не будет влиять на движение тела, оно сможет продолжаться бесконечно долго, стал основой классической механики И. Ньютона (вспомним три закона движения из школьной программы физики). В 1686 г. Ньютон предоставил Лондонскому королевскому обществу свои «Математические начала натуральной философии», в которых сформулировал понятия массы, инерции, ускорения, основные законы движения и закон всемирного тяготения. Так, благодаря мысленным экспериментам стала возможной новая механистическая картина мира.
Возможно, на знаменитые мысленные эксперименты Галилея подвигло создание гелиоцентрической системы мира выдающимся польским ученым Н. Коперником (1473–1543), ставшее еще одним примером отказа от непосредственной наглядности. Главный труд Коперника «Об обращении небесных миров» подвел итог его наблюдениям и размышлениям над этими вопросами в течение более 30 лет. Датский астроном Т. Браге (1546–1601) ради спасения наглядности выдвинул в 1588 г. гипотезу, согласно которой вокруг Солнца вращаются все планеты, за исключением Земли, последняя неподвижна и вокруг нее обращаются Солнце с планетами и Луна. И только И. Кеплер (1571–1630), установив (первые два в 1609, третий — в 1618 г.) три закона планетарных движений, названных его именем, окончательно подтвердил справедливость учения Коперника.