Лекции по экологии

подобной оригиналу с точностью до отсеянных несущественных деталей. Этот процесс называется синтезом.

Однако, изучая реальное явление, мы не можем учесть всех связей, поэтому выделяем только наиболее существенные его стороны, не учитывая второстепенных. Поэтому модель всегда отражает процессы, протекающие в оригинале, лишь с определенной степенью точности и моделирование никогда не дает абсолютно точного результата. Всегда есть вероятность существенной ошибки. И, тем не менее, достигнутая точность оказывалась, как правило, достаточной для технической реализации полученных знаний.

Успех редукционизма породил в науке так называемый

механистический подход к пониманию явлений природы, в основе которого лежат четыре его наиболее основополагающих принципа:

1.Редукционизм - первопричины всех явлений лежат в поведении элементов, из которых построено явление - знание законов микромира определяет уровень наших знаний о макроявлениях.

2.Экспериментальность - все можно измерить (дать количественную оценку), неизмеряемым сущностям нет места в науке.

3.Повторяемость - научным считается только такой результат, который может быть повторен в других лабораториях и прочих научных подразделениях.

4.Антителеологичность - все, что кажется целенаправленным, можно объяснить действием естественных “слепых” законов природы.

Благодаря своим успехам в исследовании вещественно-энергетических свойств природы механистический подход прочно утвердился в психологии не только ученых, но и людей, далеких от науки. Однако сложившиеся стереотипы мышления до сих пор не позволяют сдвинуться существенно в понимании так называемых "сложных систем", к числу которых, в частности, относятся все биосистемы, поведение которых не удается объяснить в рамках механистического подхода.

Особенность сложных систем - существенная взаимосвязь их свойств. Многие свойства сложных систем оказываются понятными

только при рассмотрении систем как единого целого, которое, в принципе, невозможно разложить на составляющие.

Оказывается, что попытки понять мир только исходя из принципов редукционизма изначально несостоятельны.

Еще в древности был сформулирован принцип единства Вселенной: все явления Вселенной находятся в тесной и неразрывной взаимосвязи. То есть любое явление, любое изменение “сигнализирует” о себе во все “уголки” Вселенной. Современная наука с этим полностью согласна. Например, одной из моделей электрона является “облако вероятностей”, то есть нечто, “размазанное” по всей Вселенной, что позволяет в принципе обнаружить данную частицу в любой сколь угодно далекой точке, но с разной вероятностью. Вся Вселенная погружена в это облако и любое явление воздействует на него. Свойство заполнять собой всю Вселенную можно распространить на любое явление природы, которое оказывается связанным с

11

другими явлениями бесконечным количеством связей. Если мы не учтем все связи, то не получим полного знания о данном явлении, а значит, заранее обречены на непонимание, ошибку в своих рассуждениях.

Основа холистского подхода к пониманию мира состоит в том, что «

Весь мир представляется как единое и органичное целое». Древние знали об этом. Так в гимнах Ригведы говорится: "едино то, что стало всем".

В науке холистский путь к пониманию сути явлений нашел воплощение совсем недавно, когда были сформулированы принципы так называемого системного подхода, дополняющие собой принципы механистического подхода.

Системный подход является новым этапом в развитии методов познания. Его основное положение - природу можно понять только как систему, противоречивую в самой себе.

Основная цель развития системного подхода в науке состоит в выработке новых принципов, которые могли бы быть положены в основу новых мировоззренческих платформ каждого отдельного индивидуума, которые несли бы в себе внутреннюю противоречивость как особый стержень нового мировоззрения.

В переводе с греческого слово "система" означает - "целое,

составленное из частей". В общепринятом смысле под системой понимают

совокупность явлений, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность.

Рассмотрим свойства сложных систем.

Свойства сложных систем

1) Наиболее общей системной закономерностью является закон подобия

части и целого: часть является миниатюрной копией целого, а потому все части одного уровня иерархии систем похожи друг на друга.

Античные мудрецы говорили, что “микрокосм есть отражение макрокосма”. Говоря современным языком, человек как “маленькая Вселенная” голограммно несет в себе всю “маточную” универсальность и полноту “большой Вселенной”.

В экологии принцип подобия части и целого представлен множеством частных законов, например, принципом экологического соответствия:

строение организмов данного вида соответствует экологической нише,

которую он занимает. Причем в аналогичных условиях формируются подобные друг другу экосистемы, имеющие одинаковый набор экологических ниш (явление экологического параллелизма).

Принцип экологического соответствия тесно связан с принципом

естественного отбора Ч. Дарвина: в условиях конкуренции наибольшие шансы на выживание имеют организмы, наилучшим образом адаптированные к окружающей среде.

Частный случай закона подобия части и целого известен также как

биогенетический закон: онтогенез (индивидуальное развитие особи) повторяет филогенез (историческое развитие вида). Ярким подтверждением

12

данного закона является эмбриогенез: развитие эмбриона повторяет формы, через которые данный вид прошел в процессе своей эволюции.

Вообще, если какая-то часть (подсистема) не подобна системе в

целом, то она входит в дисгармонию с другими подсистемами и с системой в целом. Такое состояние является неустойчивым, и поэтому такая подсистема либо изменяется и входит в гармонию с целостностью (адаптируется), либо разрушается.

2) Разберемся с понятием – гармония.

Под гармонией понимается наиболее оптимальное сочетание противоречивых сторон в едином целом. Известно такое определение одного из пифагорейцев, Филолая, гармония есть “согласие разногласного”.

Гармония – это такое сосуществование нескольких подсистем в рамках единого целого, при котором достигается минимальное количество противоречий (конфликтов, противостояний, напряжений).

Вфизике подобное состояние называется энергетически наиболее выгодным. Это состояние с наименьшей потенциальной энергией взаимодействия подсистем.

Вэкологии - это состояние с наименьшим количеством конкурентных

отношений.

Всостоянии гармонии заложена изначальная противоречивость мира. Многочисленные исследования показывают, что состояние гармонии

достигается, когда количество предсказуемого (подчинение системным законам) в поведении элементов системы и непредсказуемого (свободы

выбора) соотносятся друг с другом в “золотой пропорции” =0,618 или

1,618.

Только те элементы системы, которые несут в себе “золотое” соотношение между “свободой выбора” и закономерностью могут устойчиво существовать длительное время, то есть обладают живучестью. Любое отклонение от “золотой пропорции” ведет к саморазрушению данной подсистемы.

Особенно характерно подчинение закону гармонии для биосистем, которые буквально “напичканы” золотыми пропорциями. Не случайно магическим символом жизни считается пентаграмма (пятиконечная звезда), в которой можно насчитать более двухсот золотых сечений. Вообще пятеричная симметрия характерна для биосистем.

Например, в неживой природе практически не используются кристаллические структуры с пятеричной симметрией, в то же время вирусы, как известно, могут кристаллизоваться, и эти кристаллы имеют пятеричную симметрию (типа футбольного мяча, скроенного из правильных пятиугольников).

Человек умеет интуитивно чувствовать гармонию. Его притягивает то, что несет в себе гармонию, и отталкивает дисгармония. Гармоничные структуры мы называем словом “красота”. Красивое тело построено по закону золотого сечения. Красивое здание несет в своих формах золотую пропорцию. И наоборот, здания, в которых эти пропорции не соблюдены, вызывают

13

ощущение уродства. В красивом (гармоничном) сочетании звуков заложена золотая пропорция (звукоряд Пифагора). По закону золотого сечения построена Солнечная система (закон Боде). Пятеричную симметрию имеет планета Земля, кора которой выложена из пятиугольных плит (уже это должно натолкнуть нас на мысль, что Земля есть живое существо).

Можно сделать следующий вывод: механистический подход

достаточно удачно вскрывает закономерную сторону мироздания, где царит порядок и симметрия. Но вторую, асимметричную сторону мира, для которой характерна “свобода выбора”, непредсказуемость, которая ассоциируется у нас с понятием “жизнь”, механистическая наука осмыслить не в состоянии.

3)Подобие части и целого не означает их идентичности. Наоборот, еще

вантичные времена была сформулирована аксиома: целое больше суммы его частей. Сейчас она читается как аксиома эмерджентности (от английского слова эмердженс - возникновение, появление нового): целое всегда имеет

особые свойства, отсутствующие у частей-подсистем и не равно сумме элементов, не объединенных системообразующими связями.

Зная свойства отдельных компонентов системы очень часто невозможно предсказать свойства системы как целого. Например, водород и кислород - дают воду, то есть вещество, совершенно непохожее на газы.

Особенно сильна эмерджентность в высокоорганизованных биосистемах, таких как теплокровные животные. Здесь появляются такие непостижимые эмерджентные свойства, как образное отражение окружающего мира, психика, разум и т.п.

Особенно заметны также эмерджентные свойства при исследовании социальных систем, например, муравейник, пчелиный улей, птичья стая, толпа и т.п. Такие системы обладают качествами, присущими только всей целостности и не сводимыми к сумме качеств существ, образующих эту целостность.

Пример:

если во время сезонных перелетов одна из птиц отбивается от стаи, то она не сможет уже долететь до места назначения, так как одна птица “не знает” куда лететь, даже если это “опытная” птица; этим знанием обладает только стая в целом, даже если она состоит из птиц,

которые раньше никогда в тех местах не бывали. Птицы, объединенные в стаю, теряют частично свою маневренность (известны случаи, когда, не сумев сманеврировать, стая птиц врезалась в землю).

То есть к эмерджентности неприменим принцип редукционизма.

Именно поэтому в эмерджентности наиболее ясно проявляется ограниченность механистического подхода к пониманию сложных систем.

4)Интересно и свойство иерархичности систем. Иерархия переводится как расположение ступенчатым рядом.

Иерархичность есть одно из основных свойств систем, в соответствии с которым любая система сама может являться

14

элементом более общей системы, в то же время каждый элемент системы сам в свою очередь может быть системой.

Пример: иерархия природных систем на основе современного уровня знаний может быть представлена в виде следующей цепочки:

элементарные частицы - атомы - молекулы - клетки - многоклеточные - экосистемы - биосфера - космическое тело - звездная система - галактика - скопление галактик - Вселенная.

Между уровнями не существует четких границ или разрывов, имеется масса промежуточных переходных форм.

В настоящее время при исследовании феномена жизни сложилась определенная традиция: в учет принимается только ограниченная область системной иерархии, в лучшем случае от вируса, до биосферы. Выходя за рамки сложившихся традиций, видимо целесообразно в дальнейшем рассматривать также и системы более низкого уровня, относимые, в частности, к микромиру, а также системы более высокого иерархического уровня -

мегамир: звездные системы, галактики, метагалактика.

Выводы:

1.Наиболее полно феномен жизни можно объяснить с позиций системного подхода, который является новым этапом в развитии методов познания.

2.В мире нет ничего изолированного, все многообразие как живой, так

инеживой природы неразрывно связано воедино.

Тесты для самоконтроля

1. Что такое редукционизм в науке?

А. Необходимость разложения явления на составляющие его детали, механизмы и прочие частности. Зная механизмы данного явления, можно судить о явлении в целом, а значит, прогнозировать его, воспроизводить и использовать в практике.

Б. Исходит из наличия факта существования самого явления как некой целостности, не вдаваясь в вопросы о механизмах его реализации. Зная особенности этой целостности, можно прогнозировать свойства элементов, из которой она состоит.

В. Использование методов синтеза.

Г. Механистический подход к пониманию явлений в природе

2. Что такое холизм в науке?

А. Необходимость разложения явления на составляющие его детали, механизмы и прочие частности. Зная механизмы данного явления, можно судить о явлении в целом, а значит, прогнозировать его, воспроизводить и использовать в практике.

Б. Исходит из наличия факта существования самого явления как некой целостности, не вдаваясь в вопросы о механизмах его реализации. Зная особенности этой целостности, можно прогнозировать свойства элементов, из которой она состоит.

В. Использование методов синтеза.

Г. Механистический подход к пониманию явлений в природе

3.Формулировка принципа единства Вселенной

А. Все экосистемы Вселенной находятся в тесной и неразрывной взаимосвязи Б. Все явления Вселенной находятся в тесной и неразрывной взаимосвязи В. Совокупность взаимодействующих друг с другом явлений всегда едина

Г. Целостность и единство экосистем представляют собой слаженный организм

15

4. Суть системного подхода в науке

А. Природу можно понять только как систему, противоречивую в самой себе Б. Сложные системы имеют взаимосвязанные свойства В. Биосистемы имеют взаимосвязанные и противоречивые свойства

Г. Необходимо исходить из факта целостности и единства всех экосистем

5. Что понимается под гармонией?

А. Совокупность явлений, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность Б. Наиболее оптимальное сочетание противоречивых сторон в едином целом В. Оптимальное сочетание свойств Г. Определенная целостность явлений

6. Когда достигается состояние гармонии?

А. Когда количество предсказуемого (подчинение системным законам) в поведении элементов системы и непредсказуемого (свободы выбора) соотносятся друг с другом в

“золотой пропорции” ( =0,707)

Б. Когда количество предсказуемого (подчинение системным законам) в поведении элементов системы равно количеству непредсказуемого (свободы выбора)

В. Когда количество предсказуемого (подчинение системным законам) в поведении элементов системы и непредсказуемого (свободы выбора) соотносятся друг с другом в пропорции 2:1 Г. Когда количество предсказуемого (подчинение системным законам) в поведении

элементов системы и непредсказуемого (свободы выбора) соотносятся друг с другом в “золотой пропорции” ( =0,618)

7. Что такое иерархичность систем?

А. Любая система сама может являться элементом более общей системы, в то же время каждый элемент системы сам в свою очередь может быть системой.

Б. Целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у частей-подсистем и не равно сумме элементов, не объединенных системообразующими связями

В. Совокупность явлений, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность Г. Наиболее оптимальное сочетание противоречивых сторон в едином целом

8. Что такое эмерджентность?

А. Свойства отдельных компонентов системы Б. Целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у частей-подсистем и не равно сумме

элементов, не объединенных системообразующими связями В. Свойство высокоорганизованных биосистем Г. Образное отражение окружающего мира

9. Какие системы обладают эмержментными свойствами?

А. Высокоорганизованные биосистемы Б. Отдельные биосистемы В. Отдельные экосистемы Г. Сложные системы

16

Лекция 3 Вселенная как система

Цель: Появление земной жизни невозможно правильно оценить, не зная эволюционного пути Вселенной в целом. Истоки феномена жизни следует искать в структуре и особенностях развития Вселенной.

Познакомимся с современными взглядами на Вселенную, как на единую систему и с некоторыми наиболее фундаментальными законами, лежащими в основе всего мироздания, из которых следует, в частности, что земная жизнь является неизбежным следствием глобального эволюционного процесса.

Только зная эти законы, можно найти выход из современного экологического тупика.

3.1 Понятие Вселенной

В традиционном смысле под Вселенной понимают всю совокупность качественно различных форм материи. В более узком смысле под Вселенной

понимают физическую реальность, доступную астрономическим наблюдениям (более правильно такую Вселенную называть метагалактикой). Однако уже со времен русских ученых-космистов (Федоров, Флоренский, Соловьев, Бердяев и др.) формировался более широкий подход к пониманию Вселенной, суть которого в признании того, что и человек, и все, что его окружает - это частицы единого организма, где все взаимосвязано. Особенно ценной была идея, что мысль, сознание есть такая же принадлежность природы, как и звезды, микробы, камни и пр. В среде естествоиспытателей к этим идеям были близки Циолковский, Менделеев, Сеченов и др. Поэтому под Вселенной

следует понимать всю совокупность объективной и субъективной реальности как материального, так и идеального плана.

Формирование современных представлений о структуре и истории Вселенной (космология) во многом обязано успехам астрономии.

Масштабы физической Вселенной грандиозны. Так, например, наша галактика “Млечный путь” содержит приблизительно 100 миллиардов звезд, среди которых наше Солнце является вполне заурядной звездой. Галактика имеет диаметр порядка 90 000 световых лет. Световой год – расстояние в

вакууме, покрываемое светом за один год, равное 9,46 миллиона миллионов км.

Галактики отделены друг от друга гигантскими межгалактическими пространствами. Так ближайшая к нам галактика "Туманность Андромеды", которая примерно в два раза больше нашей, удалена от нас на 2 миллиона световых лет. Существуют и скопления галактик, содержащие от десятков до тысяч единиц. Вся наблюдаемая часть физической Вселенной называется метагалактикой. Она имеет радиус порядка 10 млрд св.лет.

В 20-х годах прошлого столетия было обнаружено, что световые спектры всех галактик по структуре практически не отличаются от спектров светил нашей галактики, но почему-то практически все они смещены в “красную” сторону, и чем дальше от нас галактика, тем сильнее “красное смещение” спектра.

18

Было выдвинуто множество объяснений этого факта. Однако все они не выдержали критики за исключением одного из них, основанного на эффекте Доплера:

если источник волн удаляется от наблюдателя, то наблюдатель фиксирует увеличение длины волны (например, смещение светового спектра в красную сторону), если же источник волн приближается к наблюдателю, то фиксируется укорочение волн (например, смещение спектра в синюю сторону).

То есть “красное смещение” спектров далеких галактик свидетельствует о том, что все далекие галактики удаляются от нас.

Позже Э.Хаббл сформулировал закон, который теперь носит его имя.

Закон Хаббла: все далекие галактики удаляются от нас со скоростями, прямо пропорциональными расстояниям до них. Скорость удаления оценивается постоянной Хаббла Н=15 км/с на каждый млн св.лет расстояния между галактиками. Значит, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас удаляется. То есть, либо мы находимся в центре Вселенной, и все почему-то от нас “убегают”, либо следует искать какой-то другой ответ, который может в корне расходиться с привычными обыденными представлениями.

Существует множество моделей, пытающихся как-то избежать кризиса рассудка. Однако наиболее логичная модель несет в себе парадокс, не поддающийся рассудочному осмыслению.

Согласно данной модели Вселенная представляет собой

расширяющуюся четырехмерную сферу.

Понять это нашим трехмерным умом невозможно. Однако можно определить возраст Вселенной. То есть около 20 миллиардов лет назад все галактики находились в одной точке (сингулярности).

Что представляла собой данная сингулярность, мы можем только догадываться. По некоторым соображениям сингулярность - это абсолютное ничто, полная пустота. Так, по словам известного астрофизика Дж. Силка, "очень ранняя Вселенная, возможно, была пуста". Согласно современным представлениям мир построен из ничего, наделенного структурой, которую мы воспринимаем в форме пространственно-временных отношений (П. Девис).

Переход Вселенной из "ничего" в физическую реальность произошел самопроизвольно в результате так называемого "Большого взрыва", причины которого неизвестны. Мы можем только догадываться о тех процессах, которые происходили в первые мгновения рождения Вселенной. Тем более не понятно нам, что было до Большого взрыва. Похоже на то, что время и

пространство родилось в момент Большого взрыва, поэтому времени и пространства “до взрыва” просто не было.

Кроме того, вероятно, есть смысл говорить и о пределах Вселенной, за которыми физическая реальность не существует. Если мы проведем вокруг себя сферу, радиусом приблизительно 20 млрд св.лет, то очертим тем самым горизонт Вселенной. Если за горизонтом Вселенной находится хотя бы одна галактика, то согласно закону Хаббла она должна удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света, а это запрещено теорией

19

относительности. То есть за горизонтом Вселенной, по-видимому,

физической реальности не существует. Это также один из парадоксов, не укладывающийся в рамки обыденного трехмерного мышления. Но если применить для понимания данного феномена сферическую модель Вселенной, то можно выйти за рамки и этого парадокса. Если принять, что диаметр расширяющейся четырехмерной сферы Вселенной увеличивается со скоростью света, то горизонт Вселенной вырождается в одну точку, диаметрально противоположную точке наблюдателя. Эта точка удаляется от наблюдателя со скоростью света и видна по всем направлениям поля зрения наблюдателя. То есть данная точка как бы “размазывается” по всему горизонту Вселенной. Поэтому попытки выйти за пределы горизонта Вселенной равносильны попыткам войти внутрь математической точки, не имеющей пространственных размеров.

Вообще все эти парадоксы снимаются, если применить для понимания информационную модель Вселенной. Но это уже предмет отдельного курса.

3.2 Принцип единства Вселенной

Согласно современным представлениям принципы сохранения лежат в самом фундаменте мироздания. Как же могла Вселенная нарушить эти принципы, возникнув из ничего? Оказывается, парадокс существует только по отношению к здравому смыслу человека, но не по отношению к принципам сохранения. Действительно, было исходное состояние, когда ничего не

было. И до сих пор суммарный эффект всех явлений Вселенной равен нулю. В целом Вселенная до сих пор является абсолютным «ничто».

Примеры, подтверждающие это.

1)Так ни у кого не вызывает серьезных сомнений тот факт, что

суммарный электрический заряд Вселенной равен нулю.

2)Суммарная энергия Вселенной похоже также равна нулю:

отрицательная энергия притяжения (сближения) может полностью уравновешиваться положительной энергией отталкивания (разбегания).

3)Массивность (инерционность) физических тел также не является

принадлежностью этих тел, а обусловлена фактом притяжения этих тел со стороны всей Вселенной. Это утверждение называется принципом Маха, который хотя и не доказан, но многие авторитетные ученые склоняются в пользу его справедливости. Современное представление принципа Маха - то

есть любое проявление, которое мы наблюдаем в данном физическом теле, обусловлено фактом принадлежности этого тела Вселенной и взаимодействием с ней. Значит, если физическое тело каким-то фантастическим образом вынести за пределы Вселенной, то оно просто перестанет существовать, так как исчезнут все его свойства (массивность, протяженность, внутренние взаимодействия и т.п.).

Примеры полной взаимоуравновешенности явлений и процессов во Вселенной приводят к утверждению, которое можно сформулировать в виде гипотезы: все явления и процессы во Вселенной взаимоуравновешены так,

20

что по любому проявлению в целом Вселенная равна нулю так же, как и до ее возникновения (принцип абсолютного нуля).

Это объясняет принцип дополнительности, который в более широкой формулировке звучит следующим образом: любое явление может

рождаться и существовать в физической реальности только в паре со своей противоположностью (отрицанием).

Подтверждением этому может служить также один из наиболее фундаментадьных законов, известный как принцип Ле Шателье-Брауна: на

любое изменение Вселенная откликается возникновением процессов, тормозящих данное изменение.

Формулировка принципа единства Вселенной:

«во Вселенной все взаимосвязано, любое явление влияет на весь мир

исамо испытывает влияние от всех явлений Вселенной ».

Вэтом и состоит основа холизма Вселенной, то есть ее целостность. Это приводит к тому, что некоторые проявления Вселенной невозможно разложить на составляющие. Их можно объяснить только как результат воздействия на конкретные явления всей Вселенной как единого целого. Если этому воздействию подвергается человек, то есть мыслящее существо, то у него может возникнуть ощущение общения с высшей сущностью - Богом. Это ощущение усиливается, когда человек убеждается, что целостный фактор Вселенной обладает качеством, аналогичным человеческому разуму. Это происходит благодаря господству во Вселенной принципа оптимальности, который является прямым следствием принципа единства Вселенной и принципа дополнительности. Именно эволюция форм проявления принципа оптимальности породила в конечном итоге человеческий разум. Вселенной же в целом он присущ изначально.

3.3 Принцип оптимальности

В самом фундаменте мироздания лежит принцип оптимальности: во Вселенной реализуются лишь оптимальные состояния и процессы (в

обыденной формулировке: что ни делается - все к лучшему).

Под оптимальным мы будем понимать такое состояние системы в целом, которое практически не изменяется или изменяется минимально возможным образом при различных вариациях внутренней структуры (такое состояние еще называется равновесным).

Исходя из принципа единства Вселенной и принципа дополнительности, все процессы во Вселенной взаимоуравновешены, то есть

в целом Вселенная сохраняет свое исходное состояние “абсолютного ничто”.

В основу принципа оптимальности могут быть положены два взаимодополнительных постулата:

любая система стремится занять состояние, в котором любое изменение внутри системы практически не влияет (влияет минимально возможным образом) на состояние системы в целом;

21