энтропии. Максимальная энтропия представляет собой хаос. Это значит, что макротела рассыпятся на молекулы, молекулы – на атомы, а атомы – на элементарные частицы, которые будут хаотично носиться в мировом пространстве. Наступление теплового равновесия во Вселенной будет означать ее превращение в хаос или «тепловую смерть Вселенной».
Для пояснения приведем пример. Человеческое тело, как правило, теплее окружающей среды. Если установится тепловое равновесие между телом и средой (например, температура и среды, и тела равна +20 °C), то это будет означать смерть тела. Так и тепловое равновесие во Вселенной равносильно ее смерти. Из хаоса, как утверждали древние греки, она родилась, в хаос же, по законам термодинамики, должна возвратиться.
Однако возникает закономерный вопрос: если Вселенная движется к хаосу, то каким образом она могла не только возникнуть, но и развиться до нынешнего сложного и упорядоченного состояния. Более того, мы наблюдаем дальнейшее усовершенствование мира: постоянно происходит увеличение его сложности, дальнейшая восходящая эволюция. Получается, что Вселенная вопреки прогнозам термодинамики стремится прочь от теплового равновесия и хаоса. Почему? Древние сказали бы, что существует некая разумная, бестелесная сила (Бог или Мировой Разум), которая не позволяет Вселенной рассыпаться в прах и постоянно поддерживает ее в состоянии гармонии и совершенства.
Современная наука говорит, что материя обладает не только разрушительными свойствами, но и созидательными, что она – не пассивное начало мира, способное только к распаду, но, скорее, – активное, способное осуществлять работу и против термодинамического равновесия, могущее самоорганизо-вываться и самоусложняться. В нынешнем столетии появилась уже упоминавшаяся научная дисциплина – синергетика (греч. synergos – совместно действующий), которая изучает механизмы и законы самоорганизации различных материальных объектов и систем. Иначе говоря, синергетика пытается ответить на вопрос о том, как из хаоса рождается порядок. В качестве примера синергетического эффекта можно вспомнить замысловатую и необыкновенно красивую форму снежинки, которая представляет собой не что иное, как замерзшую каплю воды. Эта капля может быть охарактеризована в качестве хаоса: в ней происходит беспорядочное движение молекул. Однако при замерзании и превращении в ледяной кристаллик – снежинку, из данного хаоса частичек воды рождается упорядоченная структура, удивляющая нас безупречной правильностью своей формы (когда мы разглядываем снежинку, нам представляется, что она создана в соответствии с какиой-то геометрической идеей или художественным замыслом; самым невероятным и удивительным в этом случае нам кажется то, что это всего лишь замерзшая капля воды). Современное естествознание описывает все большее количество явлений природы с помощью синергнтической интерпретации. Вселенная в целом также поддается подобного рода объяснению.
Вселенная – это самая большая материальная система из всех возможных. По современным научным представлениям она эволюционировала от простейшего состояния к все более сложному, прошла в своей самоорганизации огромное количество этапов. Наиболее крупными вехами космической эволюции были следующие. 20 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв в результате которого, условно говоря, из «ничего» родилось «нечто». Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 миллиардов градусов. При такой температуре (которая выше температуры центра самой горячей звезды) ни молекулы, ни атомы, ни даже ядра атомов существовать не могут. Поэтому вещее-тво Вселенной пребывало в виде появившихся в результате Большого взрыва элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также в относительно малом количестве протоны и нейтроны. Плотность вещества Вселенной спустя одну сотую секунды после взрыва была колоссальной – в 4 миллиарда раз больше, чем у воды. В конце первых трех минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла 1 миллиарда градусов. При этой все еще очень высокой температуре, но уже не такой большой как сразу после взрыва, стало возможным образование из элементарных частиц ядер атомов. В большинстве своем это были ядра водорода и гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут состояло в основном из фотонов, нейтрино и антинейтрино (то есть – из разрозненных элементарных частиц). И только через несколько сотен тысяч лет начали образовываться первые атомы, главным образом, атомы водорода и гелия, которые образовали водородно-гелиевую плазму.
Как уже говорилось, в 1965 году было обнаружено так называемое реликтовое излучение Вселенной, представляющее собой излучение горячей плазмы, сохранившееся с того времени, когда звезд и галактик еще не было. В то время Вселенная была умеренно нагретой плазмой (с температурой около 4000 градусов), заключенной в небольшой области с радиусом в 15 миллионов световых лет. Мы говорим «небольшой», потому что ныне расстояние до самой удаленной из наблюдаемых галактик исчисляется 10 миллиардами световых лет. Из этой простейшей плазмы, являвшейся смесью водорода и гелия в процессе эволюции возникло все многообразие Вселенной. С течением времени под действием гравитационных и электромагнитных сил первоначально почти однородная плазма распалась на огромные сгустки, из которых в дальнейшем образовались галактики и их скопления. Появление галактик произошло приблизительно 19–17 миллиардов лет назад. Примерно 15 миллиардов лет назад появились звезды, а также атомы других элементов (помимо водорода и гелия). Около 5 миллиардов лет назад родилось Солнце. Земля образовалась примерно 4,6 миллиарда лет назад. Приблизительно 3,8 миллиарда лет назад на нашей планете зародилась жизнь. Около 450 миллионов лет назад появились растения, а 150 миллионов лет назад – млекопитающие животные. Примерно 2 миллиона лет назад начался антропогенез (греч. anthropos – человек и genesis – происхождение) – эволюция человека. Приблизительно 40 тысяч лет назад, как мы уже знаем, появился человек современного типа или Homo Sapiens.
Мы рассмотрели основные этапы космической эволюции в наиболее обобщенном виде. Понятно, что все указанные временные рамки являются приблизительными. Дальнейшее развитие науки будет все более прояснять и уточнять картину грандиозной истории Вселенной.
10. Живая и неживая природа
Грандиозное многообразие окружающего нас мира распадается на две большие области. Это неживая и живая природа. Основные естественные науки, посвященные изучению первой, – астрономия, физика и химия. Исследованием второй занимается биология (греч. bios – жизнь и logos – учение, наука).
Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями – в пище, лекарствах, одежде, жилье и т. п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли.
В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию. По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки: анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных; гистология, исследующая строение тканей; цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы. По свойствам, или проявлениям живого биология включает в свой состав морфологию – науку о структуре, или строении живых организмов; физиологию, которая изучает их функционирование; молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток; экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой; генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов. Все эти классификации в известной степени условны и относительны и, как вы заметили, пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.
К настоящему времени учеными обнаружено и описано более 1 миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более 3 тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается по меньшей мере в 1 миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ – приблизительно 500 миллионов.
Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что – неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.
Например, широко известно определение, предложенное немецким философом 19 в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому жизнь – это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т. е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостат