Лев Виленчик - Эволюция с позиций теоретической физики

Автор стремился избегать математических выкладок, хотя считает, что физика без математики подобна армии без оружия. Чтобы не оставлять эту армию совершенно безоружной, неспособной убедительно подтвердить свою силу и аргументацию, пришлось всё-таки включить в текст несколько математических формул. Однако читатель, по своему образованию далекий от математики, может опустить их, перейдя сразу к следующим из них выводам. Более детальные математические выкладки вынесены в приложения.

Предлагаемый в книге подход к явлениям природы основан на экспериментальных фактах, а там, где их недостаточно, использует ряд общепринятых аксиом, т.е. истин, которые кажутся очевидными, но не могут быть строго доказаны. В подходе предлагается возможное объяснение возникновения и эволюции Вселенной, кратковременного появления в ней отрицательной гравитации после Большого взрыва, затем появление обычной гравитации, а спустя определенное время – возникновения отрицательного давления. Обсуждается природа времени и исследуется связь между его ритмом и эволюцией. Объясняется существование биологического времени и его зависимость от внешних условий и образа жизни. Рассмотрены взаимодействия между объектами в мире живой и неживой природы, включая психологические эффекты, связанные с сознанием человека. Много внимания уделяется медицинским аспектам состояния живого организма. Думается, эти разделы заинтересуют медиков и фармакологов и дадут толчок к развитию новых методов лечения различных заболеваний.

Если в психоанализе Зигмунда Фрейда /8/ многое в поведении человека уходит своими корнями в его раннее детство, то в данном подходе определяющим фактором выступает « энтропийный порядок », существующий в организме человека, в нашем обществе, его истории и в окружающей нас Природе. Данный подход выглядит предельно просто, но претендует на многое. Автор не стремился перегрузить его основополагающими примерами. Высказывание Антуана де Сент Экзюпери: «Совершенство достигается не тогда, когда нечего прибавить, а когда нечего отнять», — как нельзя лучше отражает его суть. Хочется верить, что этот подход найдет надлежащее понимание и у научной общественности, и у широкого круга читателей этой книги.

В естественных науках для описания закономерностей Природы широко используется асимптотический подход. Например, хорошо знакомая всем Евклидова геометрия построена (согласно Д. Гильберту /9/) на 20 аксиомах, самая известная из которых – аксиома о параллельных прямых, утверждающая, что они никогда не пересекаются.

В число аксиоматических принципов, которые будут использоваться в этой книге, входят Принцип причинности /10, 11/, Принцип Маха /12/, Принцип Ле Шателье /13/, Принцип наименьшего действия /14, 15/, Принцип суперпозиции /16/, Принцип относительности /17/, Корпускулярно-полевой формализм /18/ и три Начала термодинамики /19/.

Принцип причинности утверждает, что каждому явлению предшествует вызвавшая его причина. Все явления – следствия определенных причин и для двух событий, разделенных во времени, более раннее может оказать влияние на более позднее, но не наоборот.

Принцип Маха в его наиболее общей формулировке /5, 12/ постулирует, что локальные физические законы определяются крупномасштабной структурой Вселенной. Это означает, что процессы, происходящие в любой локальной области пространства, существенным образом зависят от процессов в более широкой области, а также от характеристик всей Вселенной, происходящих в ней процессов и связанных с ними изменений. Верно и обратное, т.е. процессы, происходящие в локальных системах, оказывают определенное влияние на состояние систем, частью которых они являются. Согласно Э. Маху /12/, любые изменения в какой-либо части Вселенной изменяют состояние всей Вселенной и оказывают соответствующее влияние на все ее части.

Любопытно, что ещё в 17м веке выдающийся математик и физик, Лейбниц, высказал созвучную с принципом Маха мысль: «Вселенная – это взаимосвязанное целое».

Альберт Эйнштейн неоднократно подчеркивал /20/, что принцип Маха сыграл немаловажную роль при создании общей теории относительности, в рамках которой все существующие материальные тела (от небольших объектов до галактик) постоянно взаимодействуют посредством своих гравитационных полей, заполняющих всю Вселенную.

Принцип Ле Шателье декларирует, что все системы в природе противятся каким-либо изменениям, к которым их вынуждают внешние воздействия. Т.е. при внешнем воздействии, выводящим систему из некоторого стационарного состояния, в системе возникают процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия.

Принцип наименьшего действия занимает в физике особое положение. Ему подчиняются все известные на сегодняшний день фундаментальные взаимодействия: электромагнитные, сильные, слабые и гравитационные. Из него следуют основные уравнения классической и квантовой механики, электродинамики, физики сплошных сред, квантовой теории поля, термодинамики и общей теории относительности (гравитации) /15, 21/. Согласно этому Принципу, все изменения в Природе должны быть такими, чтобы некоторая ее количественная характеристика (обычно связанная с энергией) оставалась (или, по крайней мере, стремилась остаться) минимальной. Принцип наименьшего действия, как бы говорит нам, что в Природе нет ничего лишнего, происходящие в ней процессы не дублируют друг друга, она экономна и для любой ее эволюции достаточно минимальных расходов энергии.

Принцип суперпозиции в общем случае утверждает, что при действии нескольких сил результат определяется их векторной суммой. В квантовой механике он отражает также тот факт, что объект может с определенной вероятностью находиться в различных состояниях, но только одно из них проявляется при соответствующем измерении. В принципе, также можно интерпретировать вероятность события в статистической механике и термодинамике.

Принцип относительности декларирует, что во всех системах материальных объектов, если они неподвижны или находятся в состоянии равномерного и прямолинейного движения, законы Природы одни и те же и физические процессы протекают одинаково, независимо от места расположения этих систем и времени их тестирования.

Все три Начала термодинамики являются аксиоматическими. Они не доказываются и основываются исключительно на экспериментальных фактах /16, 19/.

Первым Началом является Закон сохранения энергии, гласящий, что энергия не создается, не исчезает, а лишь переходит из одного вида в другой.

Второе Начало термодинамики утверждает, что называемая энтропией функция состояния изолированной термодинамической системы, выведенной из состояния равновесия под воздействием какого-либо необратимого процесса, всегда возрастает и определяет таким образом эволюцию системы