Термодинамический парадокс в космологии и постнеклассическая картина мира - Астрономия и современная картина мира
Качественно новые черты начала приобретать разработка проблемы термодинамики Вселенной на протяжении 80-х годов. Наряду с исследованием Вселенной в рамках неклассических оснований в этой области сейчас развивается и подход, который соответствует признакам "постнеклассической" науки. В. С.Степин [1] выделяет следующие черты этапа, который он обозначает этим термином: 1) революция в средствах получения и хранения знаний (в частности, компьютеризация науки); 2) возрастающая роль в научном поиске комплексных исследовательских программ; 3) объектами современных междисциплинарных исследований становятся, как правило, сложные системные объекты, уникальные системы, которые характеризуют открытость и саморазвитие; 4) особое место среди них занимают природные комплексы, в которые включен в качестве компонента сам человек; 5) ориентация науки на изучение объектов такого типа вызывает необходимость существенного изменения идеалов и норм познавательной деятельности (например, включение в идеалы описания и объяснения факторов, затрагивающих гуманистические ценности). Многие из этих черт "постнеклассической" науки, предсказанные К. Э. Циолковским, довольно определенно демонстрирует и современная космология.
Например, синергетика, в частности, теория диссипативных структур позволяет глубже, чем было возможно в неклассической науке, понять специфику нашей Вселенной как самоорганизующейся, саморазвивающейся системы. И. Пригожин показал, что необратимые процессы "играют существенную конструктивную роль в физическом мире" [18, c. 12]. Все физические объекты во Вселенной выступают, с этой точки зрения, как системы, которые постоянно обмениваются веществом и энергией с внешней средой. Необратимые процессы протекают различно - в зависимости от того, рассматриваются ли слабо неравновесные системы (объекты линейной термодинамики, с которыми только и имела дело термодинамика 19-го века), или же сильно неравновесные системы (объекты нелинейной термодинамики), известные физические законы остаются справедливыми и в случае чисто неравновесных систем (или "дисссипативных структур" - этот термин предложен Пригожиным). Но предсказать на основе одних лишь общих принципов поведение резко неравновесных систем оказывается невозможным. Новый принцип, дополняющий принцип возрастания энтропии и обеспечивающий динамику процессов становления, является излишним. Но специфичность условий, в которых проявляются известные законы, когда мы изучаем диссипативные системы, порождает неожиданные эффекты. Например, происходящие в системе флуктуации, вместо того, чтобы затухать, могут усиливаться (модели "порядка через флуктуации"); тогда система будет эволюционировать в направлении "спонтанной" самоорганизации. И. Пригожин приводит примеры, которые показывают, что во Вселенной повсюду наблюдаются "вспышки необратимости". Мы наблюдаем продукты распада - неравновесные объекты, квазары, взрывающиеся ядра галактик, пульсары, звезды, коллапсирующие в черные дыры. Необратимость и флуктуации играют важнейшую роль на всех структурных уровнях Вселенной.
Постнеклассическая наука позволяет внести ряд новых моментов в анализ проблем термодинамики Вселенной как целого. Но этот вопрос обсуждался пока лишь в самых общих чертах.
Основную цель подхода, основанного на статистической теории неравновесных процессов, И. Пригожин выразил так: "...мы отходим от замкнутой Вселенной, в которой все задано, к новой Вселенной, открытой флуктуациям, способной рождать новое" [18, c. 216]. Попытаемся понять это высказывание в контексте анализа тех космологических альтернатив, которые были выдвинуты М. П. Бронштейном.
1. Теория И. Пригожина в сочетании с современным развитием космологии, по-видимому, совместима скорее с пониманием Вселенной, как термодинамически открытой неравновесной системы, возникшей в результате гигантской флуктуации физического вакуума. Таким образом, в этом отношении постнеклассическая наука отходит от традиционной точки зрения, разделявшейся и М. П. Бронштейном. Кроме того, при анализе поведения Вселенной как целого в современной науке следует, по-видимому, отбросить то, что Пригожин назвал "путеводным мифом классической науки" - принцип "неограниченной предсказуемости" будущего. Для нелинейных диссипативных структур это связано с необходимостью учета "ограничений", обусловленных нашим действием на природу" [18, с. 215].
Наши знания о термодинамике Вселенной как целого, основанные на экстраполяции статистической теории неравновесных систем, также не могут игнорировать прямой или косвенный учет роли наблюдателя.
- 2. Теория И. Пригожина совершенно по-новому ставит проблему законов и начальных условий в космологии, снимает противоречия между динамикой и термодинамикой. С точки зрения этой теории оказывается, что Вселенная, как считал и М. П. Бронштейн, может подчиняться законам, асимметричным по отношению к прошлому и будущему - что нисколько не противоречит фундаментальности принципа возрастания энтропии, его космологической экстраполируемости. 3. Теория Пригожина - в хорошем соответствии с современной космологией - по-новому оценивает роль и вероятность макроскопических флуктуаций во Вселенной, хотя прежний механизм этих флуктуаций с современной точки зрения иной, чем у Больцмана. Флуктуации перестают быть чем-то исключительным, становятся вполне объективным проявлением спонтанного возникновения нового во Вселенной.
Таким образом, теория Пригожина позволяет довольно непринужденно ответить на вопрос, который вот уже почти полтора века раскалывает научное сообщество и так занимал в свое время К. Э. Циолковского: почему - вопреки принципу Клаузиуса - повсюду во Вселенной мы наблюдаем не процессы монотонной деградации, а напротив, процессы становления, возникновения новых структур. Переход от "физики существующего" к "физике возникающего" произошел во многом за счет синтеза представлений, казавшихся взаимоисключающими в прежних концептуальных рамках.
Идеи Пригожина, ведущие к пересмотру ряда фундаментальных представлений, как и все принципиально новое в науке, встречают неоднозначное отношение к себе - в первую очередь среди физиков. С одной стороны, растет число их сторонников, с другой - говорится о недостаточной корректности и обоснованности выводов Пригожина с точки зрения идеала развитой физической теории. Сами эти идеи интерпретируются иногда не вполне однозначно; в частности, некоторые авторы (например, Ю. Л. Климонтович) подчеркивают, что в процессе самоорганизации энтропия системы может уменьшаться. Если такая точка зрения правильна - она означает, что удалось, наконец, сформулировать те крайне специфические условия, о которых писал К. Э. Циолковский, обсуждая возможности существования в природе антиэнтропийных процессов.
Но идеи русского космизма, в том числе и космической философии К. Э. Циолковского, посвященные этим проблемам, находят и более непосредственную разработку в постнеклассической науке. Особенно следует отметить работы Н. Н. Моисеева, в свою очередь вызывающие крайне неоднозначную реакцию - как и все другие исследования в этой области. Подчеркивая важное значение идей И. Пригожина, Н. Н. Моисеев [34] высказал мысль, что одной только термодинамической эволюции недостаточно для понимания развития Вселенной. По его мнению, для создания "единой картины" мирового процесса необходим широкий синтез представлений современной физики и астрофизики с биосферно-ионосферной концепцией.
Н. Н. Моисеев отмечает, что в ходе эволюции Вселенной происходит непрерывное усложнение организации структурных уровней природы, причем этот процесс носит явно направленный характер. Природой как бы запасен определенный набор потенциально возможных (то есть допустимых в рамках ее законов) типов организации и по мере развертывания единого мирового процесса в нем оказывается "задействованным" все большее количество этих структур. Разум и разумная деятельность должны быть включены в общий синтетический анализ процессов эволюции Вселенной.
К этой же точке зрения присоединился и С. П. Курдюмов [35, 36]. Он считает, что принципы, выдвинутые И. Пригожиным в теориях диссипативных структур, выполняются не всегда; можно привести примеры явного их нарушения. Наряду с принципом возрастания энтропии в открытых нелинейных системах действуют также иные механизмы создания сложных структур.
Разработка идей самоорганизации, в частности, пригожинской теории диссипативных структур, связанная с пересмотром концептуальных оснований термодинамики стимулировала дальнейшее исследование этого уровня знания. Как показал Ф. А. Цицин [37], статистическая термодинамика, развитая еще в классической физике, содержит ряд незавершенностей и неясностей, отдельных странностей и парадоксов - несмотря на то, что с фактами у нее как будто "все в порядке". Но, согласно исследованиям Ф. А. Цицина, даже в такой установившейся и явно прошедшей "проверку временем" сфере научного поиска кроется немало неожиданностей.
Сопоставление характерных параметров флуктуаций, введенных еще Л. Больцманом и М. Смолуховским, доказывает существенную неполноту "общепринятой" статистической интерпретации термодинамики. Как ни странно, эта теория построена в пренебрежении флуктуациями! Отсюда следует, что необходимо ее уточнение, т. е. построение теории "следующего приближения".
Более последовательный учет флуктуационных эффектов заставляет признать физически нетождественными понятия "статистического" и "термодинамического" равновесия. Оказывается, далее, справедливым вывод, находящийся в полном противоречии с "общепринятым": функциональная связь между ростом энтропии и стремлением системы к более вероятному состоянию отсутствует. Не исключены и такие процессы, в которых переход систем в более вероятное состояние может сопровождаться уменьшением энтропии! Учет флуктуаций в проблемах термодинамики Вселенной может привести, тем самым, к обнаружению физических границ принципа возрастания энтропии. Но Ф. А. Цицин не ограничивается в своих выводах основаниями классической и неклассической науки. Он высказывает предположение, что принцип возрастания энтропии неприменим к некоторым типам существенно нелинейных систем. Не исключена заметная "концентрация флуктуаций" в биоструктурах. Возможно даже, что подобные эффекты уже давно фиксируются в биофизике, но их не осознают или неправильно интерпретируют, именно потому, что считают "принципиально невозможными". Подобные явления могут быть известны другим космическим цивилизациям и эффективно использоваться ими, в частности, в процессах космической экспансии.
Ф. А. Цицин отмечает, что выдвинутые им идеи относительно космологических границ принципа возрастания энтропии не выходят пока за рамки ньютоновско-больцмановской модели Вселенной. Как изменит их применение неклассических и постнеклассических теорий в космологии - расширяющейся, а тем более раздувающейся Вселенной, включающей множество миров, - вопрос, требующий специального рассмотрения.
Итак, в постнеклассической науке были сформулированы принципиально новые подходы к анализу принципа Клаузиуса и устранению термодинамического парадокса в космологии. Наиболее значительны перспективы, которых можно ожидать от космологической экстраполяции теории самоорганизации, развитой на основе идей русского космизма. Необратимые процессы в резко неравновесных, нелинейных системах позволяют, по-видимому, избежать тепловой смерти Вселенной, поскольку она оказывается открытой системой. Продолжаются и поиски теоретических схем "антиэнтропийных" процессов, непосредственно предсказываемых научной картиной мира, основанной на космической философии К. Э. Циолковского; правда, такой подход разделяется лишь немногими естествоиспытателями. Сквозь всю новизну постнеклассических подходов к анализу проблем термодинамики Вселенной "просвечивают", однако, те же самые "темы", которые сформировались еще во второй половине 19 века и порождены парадоксом Клаузиуса и дискуссиями вокруг него.
Мы видим таким образом, что принцип Клаузиуса до сих пор является почти неиссякаемым источником новых идей в комплексе физических наук. Тем не менее, несмотря на появление все новых моделей и схем, в которых тепловая смерть отсутствует, никакого "окончательного" разрешения термодинамического парадокса до сих пор не достигнуто. Все попытки разрубить "гордиев узел" проблем, связанных с принципом Клаузиуса, неизменно приводили лишь к частичным, отнюдь не строгим и не окончательным выводам, как правило, достаточно абстрактным. Содержавшиеся в них неясности порождали все новые проблемы и пока нет особой надежды, что успеха удастся достигнуть в обозримом будущем.
Вообще говоря, это - вполне обычный механизм развития научного познания, тем более, что речь идет об одной из наиболее фундаментальных проблем. Но ведь далеко не всякий принцип науки, как и вообще не любой фрагмент НКМ, является столь эвристичным, каким выступает принцип Клаузиуса. Можно назвать несколько причин, объясняющих, с одной стороны, эвристичность этого принципа, который до сих пор не вызывает ничего, кроме раздражения, у догматиков - безразлично, естествоиспытателей или философов, с другой - неудачи его критиков.
Первое - сложности любых противостоящих этому принципу "игр с бесконечностью", каковы бы ни были их концептуальные основания. Возможно, только после глубоких исследований Г. И. Наана [38] стало выясняться, сколько недоразумений ожидает нас при постоянно совершаемых подменах одного типа бесконечности другим (например, бесконечности как безграничной протяженности, метрической бесконечности, характеризуемой отрицательной кривизной пространства или теоретико-множественной бесконечности). "Экстраполяция на бесконечность", "неограниченная экстраполяция" и т. п. не должны казаться чем-то очевидным. И вполне естественно, что все попытки опровергнуть принцип Клаузиуса с помощью разного рода блужданий в лабиринтах бесконечности пока успехом не увенчались.
Вторая причина - использование неадекватного смысла термина "Вселенная как целое" - все еще обычно понимаемого в значении "всего существующего" или "тотальности всех вещей". Неопределенность этого термина, вполне соответствующая неясностям употребления неэксплицируемых смыслов бесконечности, резко противостоит четкости формулировки самого принципа Клаузиуса. Понятие "Вселенная" в этом принципе не конкретизировано, но именно потому и возможно рассматривать проблему его применимости к различным вселенным, конструируемым средствами теоретической физики и интерпретируемым как "все существующее" лишь с точки зрения данной теории (модели).
И, наконец, третья причина: как сам принцип Клаузиуса, так и попытки разрешения выдвинутого на его основе термодинамического парадокса предвосхитили одну из черт постнеклассической науки _ включенность гуманистических факторов в идеалы и нормы объяснения, а также доказательности знаний. Эмоциональность, с какой на протяжении более сотни лет критиковали принцип Клаузиуса, выдвигали различные его альтернативы, анализировали возможные схемы антиэнтропийных процессов, имеет, пожалуй, мало прецедентов в истории естествознания - и классического, и неклассического. Принцип Клаузиуса явно апеллирует к постнеклассической науке, которая включает "человеческое измерение". Естественно, в прошлом эта особенность рассматриваемых знаний еще не могла быть по-настоящему осознана. Но сейчас, ретроспективно, некие "зародыши" идеалов и норм постнеклассической науки мы находим в этих старых дискуссиях.
Похожие статьи
-
Термодинамический парадокс в космологии: новый взгляд - Астрономия и современная картина мира
Термодинамический парадокс в космологии, сформулированный во второй половине ХIХ века, непрерывно будоражит с тех пор научное сообщество. Дело в том, что...
-
Случайность в научной картине Вселенной - Астрономия и современная картина мира
Научная мысль в процессе познания Вселенной всегда включала в себя идею случая. При этом исторически произошли весьма интересные изменения в самой...
-
Антропный подход и постнеклассическая наука - Астрономия и современная картина мира
Итак, антропный подход к пониманию Вселенной, возникший в недрах ряда философско-мировоззренческих традиций и своеобразно преломившийся в космической...
-
Фридмановский этап становления научной космологии - Астрономия и современная картина мира
Проблема эмпирической обоснованности теории Фридмана оказалась не менее сложной, чем проблема ее внутритеоретического обоснования. Сразу же после...
-
Антропный принцип, выдвинутый Картером, несмотря на его формулировку, не является вариантом принципа наблюдаемости. В контексте научной картины мира...
-
Инфляционный этап космологии - Астрономия и современная картина мира
Решение проблемы сингулярности, а также других проблем фридмановской космологии до конца семидесятых годов предпринималось самыми различными...
-
Проблемы, сфокусированные в АП, были поставлены еще на заре человеческой культуры. Истоки этой проблематики мы находим в самых различных философских...
-
Сильный АП - Астрономия и современная картина мира
Наибольшие споры вызывает, несомненно, сильный АП, некоторые из его интерпретаций могут рассматриваться как антропные в собственном смысле слова и...
-
Антропный принцип и мир постнеклассической науки - Астрономия и современная картина мира
Антропный принцип (АП), выступающий как одно из оснований постнеклассической науки [1] вызывает сейчас оживленные дискуссии [2, 3, 4]. АП оказался...
-
Две эволюции - Астрономия и современная картина мира
Эволюция, нелинейность, самоорганизация - слова, пожалуй, чаще других встречающиеся сегодня в многочисленных дискуссиях, ведущихся по самым...
-
Финалистский АП - Астрономия и современная картина мира
Казалось бы, финалистский АП, выдвинутый Ф. Типлером, стоит особняком среди различных модификаций этого принципа, так как он претендует не на объяснение...
-
Принцип участия ("соучастника") - Астрономия и современная картина мира
Несмотря на попытки отторжения "экстремистских" интерпретаций сильного АП в духе постнеклассической науки, такие интерпретации интенсивно пробивают себе...
-
Идея развития (эволюции) и причинность - Астрономия и современная картина мира
Идея развития и идея причинности относятся к числу наиболее фундаментальных представлений человеческого интеллекта. Видимо, нельзя считать полностью...
-
Возникновение и развитие объектов нашей Вселенной связано с ее эволюцией как целого. Когда это было осознано, познание Вселенной пошло в двух...
-
Введение - Астрономия и современная картина мира
Научная картина мира и ее развитие(( Научная картина мира (НКМ) - творение тысяч авторов, от живших в эпоху предыстории науки до наших современников. Уже...
-
Релятивистская космология: Эйнштейн - Астрономия и современная картина мира
Создавая свою космологическую теорию, Эйнштейн находился, несомненно, под влиянием картины мира Ньютона не только в вопросах детерминизма, что...
-
Фрактальная Вселенная - Астрономия и современная картина мира
...Что, не поймешь Природу ты? Лик Космоса - чужд и ужасен? Узри фрактальные черты, и ты увидишь - Мир прекрасен! Необъясним Природы ритм? Мрак черных...
-
Вселенная как целое в научной картине мира - Астрономия и современная картина мира
Обращаясь к проблеме методологического обоснования современной космологии, мы не можем не коснуться вопроса о надобности такой процедуры. Действительно,...
-
Слабый антропный принцип - Астрономия и современная картина мира
Слабый АП не вызывал особых дискуссий, вокруг него - в отличие, например, от сильного АП - научные страсти не кипели. Это понятно: ключевая для слабого...
-
Рассмотрим процесс самоорганизации пространства-времени в связи с самоорганизацией Вселенной, ведущей к эволюции физических объектов, на которых можно...
-
О "термодинамике Вселенной" - Астрономия и современная картина мира
- А зачем им вообще эта дурацкая энергия? - Видишь ли, мальчик, эти славные существа вбили себе в голову, что вечного двигателя построить нельзя! - Не...
-
Научная картина мира и космогоническая дилемма - Астрономия и современная картина мира
"...Саску знали о мире многое, чего не знали тану, - о том, как возник мир и каково его будущее" Г. Гаррисон. "Запад Эдема". Две концепции глобальной...
-
Процессы самоорганизации в ранней Вселенной - Астрономия и современная картина мира
Современные представления об эволюции Вселенной основываются на стандартной космологической модели Большого взрыва, которая подтверждается наблюдаемым в...
-
Черные дыры и современная научная картина мира - Астрономия и современная картина мира
...А вдали наблюдается мир полосатых и пестреньких дыр. С бесконечным (по модулю) z, произвольно меняющих цвет... (Из старого астрофольклора) Стандартная...
-
Наброски контуров осознающей себя Вселенной - Астрономия и современная картина мира
Мы отдаем себе отчет в том, что у нас еще нет до конца разработанного языка для выполнения поставленной задачи. Нет и достаточного опыта - здесь нужно...
-
Теория элементарных частиц и принцип целесообразности - Астрономия и современная картина мира
1. Наша Вселенная - лучший из миров Панглос: Все события неразрывно связаны в лучшем из возможных миров. Кандид: Если это лучший из возможных миров, то...
-
Осознающая себя Вселенная, Преодоление мешающих предпосылок - Астрономия и современная картина мира
Настало время говорить о вездесущности сознания. Иными словами, нужно готовиться к тому, чтобы подойти к построению сверхъединой теории поля, описывающей...
-
"Предыстория Вселенной" и астрономическая картина мира - Астрономия и современная картина мира
Все сущее в мире рождается из бытия. А бытие рождается из небытия. Лао Цзы Первые 10-43 секунды. В истории развития НКМ всегда очень существенным было...
-
Общие принципы астрономии - Прошлое и будущее Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и систем. Эта классическая наука в...
-
Современные теории - Возникновение Солнечной системы
Среди последующих космогонических теорий можно найти и теорию "катастроф", согласно которой наша Земля обязана своим образованием некоему вмешательству...
-
Заключение - Антропный принцип современной космологии
Ценность антропного принципа состоит, во-первых, в том реальном содержании, которым с его помощью удалось наполнить наше представление о допустимых...
-
Сильный и слабый антропный принцип - Антропный принцип современной космологии
Картер выделил две различные формулировки: слабый АП и сильный АП. Слабый АП он сформулировал таким образом: "наше положение во Вселенной с...
-
Литература - Антропный принцип современной космологии
1. Казютинский В. В., Балашов Ю. В. Антропный принцип. История и современность //Природа - 1989. - №1 2. Картер Б. Совпадение больших чисел и...
-
Физическое содержание АП - Антропный принцип современной космологии
Космологов и физиков-теоретиков, занимающихся космологией, интересовали проблемы: почему тот или иной космологический параметр имеет вполне определенное...
-
Происхождение комет - Яркие кометы в астрономии
За обозримое прошлое человечества было открыто много комет. Каждая из них имеет свои особенности. На первых порах серьезного изучения комет никому не...
-
Теория Большого взрыва "Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем...
-
На протяжении веков человек стремился разгадать тайну великого мирового "порядка" Вселенной, которую древнегреческие философы и назвали Космосом (в...
-
Вселенная антропный константа вещество При обсуждении антропного принципа (АП) представляется целесообразным с самого начала провести разграничение между...
-
Введение - Антропный принцип современной космологии
Антропный принцип затрагивает одну из вечных философских тем - идею единства человека и Вселенной. Но какова природа этого единства? На этот вопрос...
-
Космологические модели Вселенной - Космологические модели Вселенной
Метагалактика космология параллактический вселенная Современная космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики,...
Термодинамический парадокс в космологии и постнеклассическая картина мира - Астрономия и современная картина мира