Сборник статей - Чего не знает современная наука

Последняя фраза предыдущего раздела, конечно, не вдохновляет – всем нам нужно знать всё и прямо сейчас, а не ждать неопределенное число столетий для получения окончательных ответов на заданные вопросы. Но мы не сильно погрешим против истины, если согласимся, что именно для этого – давать ответы, основываясь не на всеобщем, всеобъемлющем знании, а на наблюдении за доступной частью действительности – и изобретена была наука. И кое в чем преуспела.

Так, одна из черт науки XX века – отход от поиска законов, выполняющихся в простых системах в идеальных условиях, к анализу сложных систем, состоящих из большого числа составляющих, взаимодействующих между собой. Изучение таких систем позволило заметить, что их характерной чертой является самоусложнение, самоорганизация, выражающаяся в потере симметрии, – как раз то, о чем мы говорили как о направлении эволюции. В ходе исследования удалось понять общие механизмы самоорганизации, определить условия, в которых идет образование структур в среде изначально бесструктурной и, казалось бы, даже не содержащей зерен этих будущих структур.

Выяснилось, что для усложнения необходимы нелинейность, открытость, неустойчивость и неопределенность.

Нелинейное поведение системы противоположно «линейному», когда малым изменениям условий соответствуют малые изменения ее состояния. Примером нелинейного поведения являются скачки, разрывы, бесконечный рост значений параметров системы за конечные времена и т. п. Открытость системы означает, что она обменивается с окружающей средой веществом, энергией, информацией. Неустойчивость связана с тем, что незначительное внешнее воздействие на систему может существенно изменить ее эволюцию (движение). Неопределенность выражается в некотором «дрожании» параметров среды или системы вокруг некоторого среднего значения (флуктуаций параметров).

В развитии таких сложных систем, как оказалось, есть периоды, когда их движение предопределено достаточно жестко, однако рано или поздно возникают этапы, в которых их структура разрушается, «тонет в хаосе», и рождается новая. Такие периоды обновления системы сходны по своей сути с «проходом через смерть и возрождением», то есть с этапами античного «существенного движения». Интересно, что грубые модели, описывающие ситуации смены структур, предсказывают несколько возможных вариантов будущего. Попытка использовать более подробные модели для предсказания однозначного будущего не приводит к успеху из-за неустойчивости модели. Здесь существенно возрастает роль неопределенности, случайных флуктуаций.

Примером такой системы может служить маятник в виде грузика, подвешенного на стальном стержне: грубая модель предписывает его колебание согласно законам механики. Но если расположить его грузиком вверх в положении неустойчивого равновесия, то дальнейшее его движение должно описываться моделью, учитывающей колоссальное число факторов – например, взаимодействие всех молекул грузика, стержня, точки подвеса и окружающей воздушной среды. На его дальнейшее движение могут оказать влияние совершенно незначительные (в другие этапы движения) явления: человек, прошедший мимо лаборатории и качнувший точку подвеса, открытая форточка и т. п. Описать все это мы не в состоянии – и говорим о случайности выбора дальнейшего пути движения.

Исследование законов развития сложных систем говорит о том, что в природе далеко не все возможно. Есть разрешенные сценарии, а есть и невозможные. Однако как происходит выбор между тем, что в принципе возможно? Тот или иной выбор, осуществляемый системой, объясняют сейчас действием флуктуаций.

Признание флуктуаций фундаментальным свойством природы опять возвращает нас к вопросу о роли случайности в развитии мира. Что это – абсолютно неуправляемое явление, выбрасывающее тот или иной результат как при игре в кости, или механизм выполнения «задуманного природой»? Однозначного ответа наука на этот вопрос пока не дает – но кто знает, что нас ждет впереди?..

Алексей Чуличков, д-р физ. – мат. наук, МГУ

Когда говорят об эволюции, в сознании большинства сразу всплывают страницы учебника биологии, на которых изображен ряд постепенно распрямляющихся фигур, наглядно демонстрирующий «происхождение вида путем естественного отбора». Видимо, из всего богатства идей эволюционизма именно то, что касается человека, наиболее поражает наше воображение. Поражает – и вызывает протест: как, неужели эта мохнатая дама из зоопарка и есть наша прапрапра…бабушка? Не очень-то хочется верить. А может, и вся эволюция – выдумка, а весь мир создан когда-то таким, каков он есть сейчас, и будет пребывать неизменным во веки веков? Тоже как-то невесело – зачем тогда жить, если от тебя ничего не зависит?.. Нет, давайте-ка все-таки вернемся к идее эволюционизма.

Со времен древнейших мыслителей эволюция понималась значительно более широко, чем просто происхождение людей от обезьян. Само это слово латинское: evolutio – «развертывание», оно обозначает необратимые изменения, которые можно наблюдать в живой и неживой природе, в человеческом обществе. Один из первых философов-эволюционистов, чьи труды дошли до нас, – Гераклит Эфесский. «Все течет. И никто не был дважды в одной и той же реке. Ибо через миг и река была не та, и сам он уже не тот», – за этой его фразой встает идея вечно изменяющегося мира. Выжив во времена Средневековья, она вновь возродилась уже в Новом времени, но в достаточно цельном и убедительном виде была сформулирована и принята лишь в середине XIX века. И сейчас идея о развивающемся мире прочно заняла место в учебниках.

Но раз все течет – то куда? Оптимист скажет: «Все прекрасно в этом лучшем из миров». Противоположную точку зрения формулирует американский физик Фрэнсис Чизхолм: «Все меняется от плохого к худшему». А чтобы вы не сомневались, добавляет: «Если вам кажется, что ситуация улучшается, значит, вы чего-то не заметили». И хотя утверждения эти – шутливые (они опубликованы в сборнике под названием A Stress Analysis of a Strapless Evening Gown, что в переводе означает «Анализ напряжений в вечернем платье без бретелек»), все-таки они найдут довольно много сторонников.

В пользу оптимистической точки зрения – факты, свидетельствующие о прогрессе. Особенно ярко они проявляются в науке, технике, промышленности. Человечество сделало колоссальный шаг в изучении природы: от плоской Земли, покрытой хрустальным куполом небес, – до современной картины Вселенной, от ямщицкой тройки и конной железной дороги – до городских монорельсов и самолетов. В общественной жизни тоже, казалось бы, есть изменения к лучшему: люди договорились о принципах, упорядочивающих отношения между государствами, между человеком и государством, между людьми. Осуждено рабство, приняты законы о свободе совести, слова и т. д.