РАЗДЕЛ 2. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КОСМОЛОГИИ И АСТРОНОМИИ
2.1. Проблема развития Вселенной в астрономии и космологии
Астрономия – наука о космических телах, образуемых ими системах и о Вселенной в целом. Сам термин «астрономия» в переводе с греческого означает науку о законах поведения звезд (astron – звезда и nomos – закон).
Философскими проблемами астрономии и космологии являются: проблема объективности космологического знания, эволюционная проблема, проблема коэволюции человека во Вселенной, проблема существования внеземных цивилизаций и установления контакта с ними, проблема научного метода в астрономии и космологии.
Вселенная – это доступная изучению часть космоса. Учение о Вселенной в целом в науке получило название космология.
Развитию космологии способствуют экспериментально обнаруживаемые факты, такие, например, как расширение Вселенной, регистрация реликтового излучения, установление крупномасштабной однородности космоса. В развитии космологического знания, как и в развитии научной картины мира в целом, можно выделить переломные, революционные эпохи [3].
К концу XIX в. появились серьезные сомнения в классической космологической модели, которые приняли форму космологических парадоксов – фотометрического, гравитационного и термодинамического.Описание данных парадоксов подробно приведено в учебном пособии Александра Петровича Садохина [4], с материалом соответствующего раздела которого рекомендуем вам ознакомиться. Мы приведем, ссылаясь на данное пособие, лишь краткую их характеристику.
1. Фотометрический парадокс Шезо–Ольберса. В XVIII в. швейцарский астроном Р. Шезо высказал сомнения по поводу пространственной бесконечности Вселенной. Если предположить, что в бесконечной Вселенной существует бесконечное множество звезд, и они распределены в пространстве равномерно, то тогда по любому направлению взгляд земного наблюдателя непременно натыкался бы на какую-нибудь звезду. В этом случае небосвод, сплошь усеянный звездами, имел бы бесконечную светимость, другими словами, такую поверхностную яркость, что даже Солнце на его фоне казалось бы черным пятном. Однако этого не происходит, поэтому данное парадоксальное утверждение получило в астрономии название фотометрического парадокса Шезо–Ольберса.
2. Гравитационный парадокс К. Зеелигера. Данный парадокс, вытекающий их представлений о бесконечности Вселенной, выражен немецким астрономом К. Зеелигером в конце XIX в. Сущность его в следующем: в бесконечной Вселенной с равномерно распределенными в ней телами сила тяготения со стороны всех тел Вселенной на данное тело оказывается бесконечно большой или неопределенной. Поскольку этого не наблюдается, Зеелигер сделал вывод, что количество небесных тел во Вселенной ограничено, а значит, и сама Вселенная не бесконечна.
3. Термодинамический парадокс. Был сформулирован в XIX в.
Он вытекает из второго начала термодинамики – принципа возрастания энтропии. Мир полон энергии, которая подчиняется закону сохранения энергии. Кажется, что из этого закона неизбежно вытекает вечный круговорот материи во Вселенной. Если в природе материя не исчезает и не возникает из ничего, а лишь переходит из одной формы существования в другую, то Вселенная вечна, а материя пребывает в постоянном круговороте. Таким образом, погасшие звезды снова превращаются в источник света и тепла.Поэтому неожиданно звучит вывод из второго начала термодинамики, открытого в середине XIX в. Кельвином и Р.Ю.Э. Клаузиусом
Таким образом, три космологических парадокса заставили ученых усомниться в классической модели Вселенной, побудили их к поискам новых непротиворечивых моделей.
Следующая модель Вселенной получила название релятивистской. Она была создана в 1917 г. А. Эйнштейном. Ученый разделял убеждение И. Ньютона, что звезды находятся в стационарном положении по отношению друг к другу и число звезд и звездных систем ограничено. Свойства Вселенной, по мнению А. Эйнштейна, определяются распределением в ней гравитационных масс. Вселенная безгранична, но при этом замкнута в пространстве, имеет конечный объем. К такому пониманию Вселенной не применимы фотометрический и гравитационный парадоксы, но применим термодинамический. Концепция релятивистской стационарной Вселенной была опровергнута астрофизическими наблюдениями, способствовавшими развитию новой нестационарной модели Вселенной, которая получила название модель расширяющейся Вселенной.
Модель расширяющейся Вселенной, так же как и стационарная модель А. Эйнштейна, основывается на общей теории относительности. Заслуга ее создания принадлежит отечественному ученому, профессору Петербургского университета А.А. Фридману (1888–1925).
А.А. Фридман разделил философское понимание мира и объект космологической теории. По его словам, мир естествоиспытателя «есть совокупность лишь таких объектов, которые могут быть изменены или оценены числами, поэтому этот мир бесконечно уже мира – мира Вселенной философа» [5]. Фридман часто употреблял выражение «наш физический мир», чтобы отличить его от мира философа. Изучением «физического мира» он занимался в рамках общей теории относительности. В результате её изучения и решения ряда космологических уравнений он теоретически доказывает тот факт, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, не может находиться в стационарном состоянии, она должна либо сужаться, либо расширяться.
Полученный Фридманом принципиально новый результат нашел свое подтверждение после обнаружения в 1929 г. американским астрономом Э. Хабблом (1889–1953) смещения света, идущего от отдаленных галактик в сторону красного участка спектра. Такое смещение свидетельствовало о расширении Вселенной. Более подробно открытие Эдвина Пауэла Хаббла и его теоретическое обоснование представлено в учебнике Виктора Андреевича Канк [3], с материалом соответствующего раздела которого рекомендуем вам ознакомиться.
Г.А. Гамов разработал модель, получившую название теории горячей Вселенной. Интересен тот факт, что эта теория положена в основу космологического применения тех исследований, которые привели к созданию атомной бомбы. Используя локально-физическое знание, полученное в земных лабораториях, Гамов предположил, что оно может быть экстраполировано и на условия ранней Вселенной. Согласно рассматриваемой модели Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15 млрд. лет назад. До момента расширения Вселенная представляла собой сверхплотное образование, радиус которого был равен нулю, а плотность бесконечности. В космологии такое состояние получило название сингулярность. Сингулярность характеризуется наличием высокой температуры и давления. Модель «Большого взрыва» предполагает, что начальная температура внутри сингулярности превышала 1013 градусов по абсолютной шкале Кельвина, а плотность материи равнялась 1093 г/см3. После взрыва Вселенная постепенно охлаждалась и расширялась.
Согласно современным космологическим исследованиям в условиях расширяющейся Вселенной должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). Предположительно через три минуты после взрыва из нуклонов образовалась смесь легких ядер водорода (75 %) и гелия (25 %).
В настоящее время модель горячей Вселенной получила название стандартной. Гипотеза «Большого взрыва» [4], являющаяся основой, опирается на следующие эмпирические и теоретические данные:
– эмпирические факты внегалактической астрономии о непрерывном «разбегании» наиболее удаленных от нас галактик;
– экспериментальное обнаружение в 1965 г. американскими астрофизиками А. Пензиасом и Р. Вильсоном реликтового излучения, свидетельствующего о начальном этапе развития Вселенной;
– экспериментальное получение в 2000 г. в лаборатории Центра европейских ядерных исследований нового состояния материи – кварк-глюонной плазмы, в котором предположительно находилась Вселенная в первые десять микросекунд после большого взрыва;
– постулат о разрушении симметрий между микрочастицами, с одной стороны, и силами, действующими между ними, – с другой.
Процесс космической эволюции и формирование Вселенной в рамках модели расширяющейся Вселенной наглядно представлен нобелевским лауреатом Стивеном Вайнбергом. Ученый представляет первые минуты возникновения Вселенной в виде последовательности кадров кинофильма. Для того чтобы наглядно представить этот процесс, рекомендуем прочитать работу С. Вайнберга, также начальный этап развития Вселенной представлен в виде таблицы в учебнике В.А. Канке [3].
А. Гут предложил модель раздувающейся (инфляционной) Вселенной, согласно которой Вселенная возникла из первоначального вакуума, который обладал огромной энергией и находился в неустойчивом состоянии. Отрицательное давление внутри вакуума привело к тому, что гравитационные силы стали силами отталкивания. Под действием гигантских сил отталкивания, согласно инфляционной теории, квантовый вакуум очень быстро расширяется (приблизительно за 10–30 секунд его размеры увеличиваются в 1030 раз) и охлаждается, а выделяющаяся при этом энергия выделяется в виде излучения и быстро нагревает Вселенную. Огромное повышение температуры и давления в процессе быстрого расширения высокоэнергетического квантового вакуума приводит к взрыву сверхгорячей материи. После взрыва происходит резкое понижение температуры и давления и в дальнейшее расширение Вселенной происходит по сценарию предыдущей стандартной модели.
2.2. Философские аспекты проблемы взаимодействия человека и Вселенной
Современные физические и космологические исследования показывают, что наблюдаемая в нашей Вселенной иерархия структур устойчива при имеющихся значениях ряда фундаментальных физических констант и неустойчива при всех других. Изменения численности значений этих констант сделали бы невозможным существование во Вселенной ядер, атомов, молекул, звезд, галактик. Так, если бы масса протона возросла на треть, был бы невозможен ядерный синтез, а, следовательно, микро- и макроэволюция Вселенной пошли бы по другому сценарию.
Признание закономерности приводит к выводу, что на какой-то стадии эволюции должен появиться человек, который в состоянии наблюдать эти процессы и оценивать значения мировых физических постоянных. Многие ученые, рассматривающие природу как господство стихийных сил, считают «тонкую подстройку» чисто случайным совпадением. Дискуссии по поводу появления в физической картине мира человека как уникального и одновременно естественного результата глобально-космической эволюции в 70-х гг. ХХ в. привели к выдвижению антропного принципа.
Впервые антропный принцип был сформулирован в 1961 г. Д. Дикке, а в дальнейшем развит английским математиком Б. Картером, которому принадлежит сам термин «антропный принцип». Б. Картер ввел понятия слабого антропного принципа и сильного антропного принципа.
Сущность слабого антропного принципа состоит в том, что человек мог возникнуть только на определенном этапе эволюции Метагалактики. Согласно сильному антропному принципу Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых зависят ее свойства) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось появление человека, наблюдателя. Одна из его интерпретаций состоит в том, что наша Вселенная была «запрограммирована» на появление в ней человека.
К сильному антропному принципу примыкает финалистский антропный принцип, выдвинутый в 1980-е гг. Ф. Типпером. Он исходит из того, что в начальных условиях возникновения нашей Вселенной была заложена не только ее наблюдаемая структура, но и будущее, которое связывается с вечностью разумной жизни. Согласно этому принципу начавшееся во Вселенной производство информации никогда не прекратится.
Обсуждение вопросов взаимосвязи между случайным и закономерным в эволюции Вселенной, приводит ученых к анализу ряда других философских и мировоззренческих проблем, выдвинутых развитием современной космологии. Одной из таких проблем является проблема поиска внеземных цивилизаций.
Н.С. Кардашев в статье «О стратегии поиска внеземных цивилизаций» дает следующее определение, применимое к космологическому исследованию: «Цивилизация – высокоустойчивое состояние вещества, способного собирать, абстрактно анализировать и использовать информацию об окружающем и самом себе, для самосовершенствования возможностей получения новой информации и для выработки сохраняющихся реакций; цивилизация обособляется объемом накопленной информации, программой функционирования и производством для реализации этих функций» [7].
В настоящее время существуют две основные стратегии поиска внеземных цивилизаций: так называемая концепция «земного шовинизма» (другие цивилизации по уровню энергопотребления сходны с нашей), и эволюционная концепция, согласно которой другие цивилизации могли намного превзойти нас в своем технологическом развитии. Поскольку ни одна из стратегий в настоящее время не привела к успеху, невозможно определить, какая из них более эффективна.
ВЫВОД: Механизмы развития Вселенной всегда вызывали интерес философов и ученых. Первая научная модель развития Вселенной была предложена И. Ньютоном, базировалась на постулатах механики и получила в последствии название классической.
А. Эйнштейн при построении модели Вселенной исходил из общей теории относительности. Разработанная им модель получила название релятивистской и просуществовала достаточно короткое время.
А.А. Фридман после анализа уравнений общей теории относительности приходит к выводу, что Вселенная нестационарна. Это положение легло в основу теории расширяющейся Вселенной, эмпирически подтвержденной Э. Хабблом.
Г.А Гамов разработал теорию горячей Вселенной, согласно которой Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно
15 млрд. лет назад. До момента расширения Вселенная представляла собой сверхплотное образование, радиус которого был равен нулю, а плотность бесконечности. В космологии такое состояние получило название сингулярность. Подтверждением данной теории явилось открытие реликтового излучения А. Пензиасом и Р. Вильсоном.
В настоящее время в космологии исследуется модель раздувающейся (инфляционной) Вселенной. Данная модель позволяет объяснить множество космологических фактов, необъяснимых в рамках предыдущих моделей (причины происхождения галактик, единообразное расширение различных областей Вселенной, разную степень интенсивности реликтового излучения, приходящего на Землю со всех сторон).
Вопрос места человека во Вселенной имеет несколько аспектов.
Это проблемы: антропоцентризма, смысла антропного принципа, коэволюции человека и Вселенной, существования внеземных цивилизаций и установления контакта с ними, «космического императива».
Космологическая проблема антропного принципа связана с постановкой вопроса о единстве космоса и человека и роли человека в этом единстве. Сама возможность человеческого существования содержится в характере космологических законов и находится в определенной взаимосвязи со значениями физических констант. Антропный принцип во всех его вариациях (сильный, слабый, финалистский, принцип соучастия) ставит, наряду с естественно-научным, философский аспект осмысления места человека во Вселенной и на данном этапе развития космологии вызывает острые дискуссии.
Проблема места человека в структуре и эволюции нашей Вселенной включает философское осмысление вопроса: является ли наша цивилизация уникальной или одной из представителей целого класса подобных систем? Проблема поиска внеземных цивилизаций – это своего рода попытка ответа на вопрос: следуют ли эти цивилизации, если они существуют, принципу единообразия Вселенной? Многообразными вариантами решения этой проблемы выступают исследовательские программы поиска внеземных цивилизаций либо аргументация о безнадежности поисков космической цивилизации. Данная проблема тесно связана с уровнем развития космологии и всего комплекса научных знаний в целом.
РАЗДЕЛ 3. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИИ
Химия известна своей глубокой связью с промышленностью, с технологией. Часто химию называют и наукой и производством. Так, основатель Института химической физики, Нобелевский лауреат Н.Н. Семенов, говорил о химии как о «науке и производстве». Основным и наиболее характерным предметом химии как науки и как производства, по словам ученого, являются процессы получения из определенных веществ (сырья) новых веществ (продуктов), обладающих существенно новыми свойствами.
Одной из важных философских проблем химии является проблема предмета химического знания. Актуальный вопрос определения предмета химии так или иначе ставится многими химиками.
Предметы химии и физики можно разграничить исходя из способов познания, подходов к определению вещества, специфики классификации научных понятий.
Одним из центральных понятий химии является вещество.
Химию интересуют в большей степени не свойства веществ сами по себе, а комплексы свойств (физические, химические, физико-химические, экологические), характеризующие химический элемент или химическое соединение. Химия акцентирует внимание на индивидуальных свойствах вещества, индивидуальных химических реакциях, являющихся предметом изучения химической кинетики.
Центральной идеализацией химии является химический элемент.
Химические идеализации удерживают целый спектр наблюдаемых характеристик вещества, от физических идеализаций они отличаются меньшей радикальностью, большей индивидуальностью. Для наглядности приведем пример химической идеализации из раздела «Философские проблемы химии» учебника «Современные философские проблемы естественных, технических и социально-гуманитарных наук»[8].
Обычной химической идеализацией является кислота. Кислотой называют вещество, обладающее кислым вкусом (англ. acid происходит от лат. acidus – «кислый»), разрушающее такие металлы, как цинк и железо, но не действующее на медь и драгоценные металлы, нейтрализующее основания (щелочи). По предложению А.Л. Лавуазье, теоретической характеристикой кислоты служило содержание в веществе кислорода. По мере развития химии водных растворов становилось, однако, ясным, что более характерной составной частью кислот является водород.
Вода не имеет кислого вкуса, она не разрушает цинк так, как разрушает обычная кислота. Но, как всякая кислота, она взаимодействует с основанием, производя кислотно-основной комплекс. Образование этого комплекса – аналог того, что ранее понималось под нейтрализацией.
Не менее важная химическая идеализация – металлы. Это ковкие и тягучие вещества, отличающиеся специфическим металлическим блеском, способные хорошо проводить электричество и тепло.
Таким образом, предмет химии не сводим к предмету физики, как в силу междисциплинарного характера квантовой физики, так и исходя из способов познания, подходов к определению вещества, специфики классификации научных понятий применяемых в этих науках. Также следует учитывать тот факт, что химия внутренне неоднородна. Неорганическая химия, органическая химия, аналитическая химия, химическая кинетика, радиационная химия, нефтехимия, химия плазмы – все это различные химические науки несводимые друг к другу.
3.1. Концептуальные системы химии
Современную химическую теорию составляют четыре относительно замкнутых понятия, получивших название концептуальные системы химии. Это следующие системы:
– учение о химических элементах в составе вещества;
– структурная химия;
– учение о химическом процессе;
– химия самоорганизации.
На уровне учения о химических элементах в составе вещества ученые решают три важнейшие проблемы: химического элемента, химического соединения и задачу создания новых материалов с вновь открытыми химическими элементами [9].
Структурная химия включает в себя учение о строении органических и неорганических соединений, координационную теорию, кристаллохимию. Термин «структурная химия» условен. Он подразумевает такой уровень химических знаний, при котором путем комбинации атомов различных химических элементов, можно создать структурные формулы любого химического соединения.
Учение о химическом процессе предполагает исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких как температура, давление, скорость протекания реакций. Эти факторы оказывают большое влияние на характер химических процессов и объем получаемых веществ, что имеет определяющее значение для применения химических знаний в производстве.
В основе учения о химическом процессе находятся химическая термодинамика и кинетика. Термодинамические методы влияют на направление химических процессов. Скоростью химических процессов управляет химическая кинетика.
Одним из важнейших современных направлений развития учения о химических процессах является создание методов управления этими процессами. Поэтому сегодня химическая наука занимается разработкой таких проблем, как химия плазмы, радиационная химия, химия высоких давлений и температур.
Теории самоорганизации зародились при объяснении поведения химических систем – изменения их целостных характеристик. Организация реакционной системы – это внутреннее устройство системы в совокупности со схемой ее реагирования на изменение граничных условий.
Самоорганизация реакционной системы – это структурирование, отражающее внутренние ресурсы этой системы.
Становление химии самоорганизации связано с открытием, которое в настоящее время носит название реакции Белоусова–Жаботинского.
Профессор МГУ А.П. Руденко рассматривает химическую эволюцию как процесс саморазвития и самоорганизации открытых каталитических систем. Такие системы являются открытыми, поскольку их функционирование основано на постоянном притоке новой энергии и выводом готовых продуктов. Основным источником энергии является базисная химическая реакция, служащая для совершения полезной работы, направленной против равновесия, а также самоорганизации каталитических систем.
Развитие химии самоорганизации отражает процесс не только физикализации, но и биологизации химии. Химический реактор предстает как некое подобие живой системы, для которой характерны саморазвитие и определенные черты поведения. В настоящее время химия самоорганизации является высшим уровнем развития химического знания и позволяет использовать в производстве материалов самые высокоорганизованные химические системы, какие только возможны в настоящее время. В качестве иллюстрации практического применения эволюционной химии предлагаем вам в рамках самостоятельной работы проанализировать материал статьи академика Виктора Александровича Кабанова: «Пейте полимеры стаканами!», посвященной химии высокомолекулярных соединений.
ВЫВОД: Развитие современной химии обнаруживает две тенденции. Первая тенденция – это физикализация химии – внедрение в химическую науку физических идей и методов, подведение под химию теоретико-физического фундамента. Вторая тенденция обнаруживается в эволюции концептуальных систем химии. Это тенденция к формированию системных понятий, раскрывающих предмет этой науки – вещество (понятий «состав», «свойство» и т. д.).
Указанные две тенденции могут рассматриваться как независимые: физикализация химии не предполагает обязательного развития системных представлений этой науки, и, наоборот, развитие системных представлений, вообще говоря, может быть не связано с физикализацией. Более того, эти тенденции могут рассматриваться как альтернативные. Благодаря развитию системных представлений химия как бы «убегает» от физикализации: на каждый новый шаг на пути физикализации химии химики реагируют новыми системными химическими идеями, еще не оформленными в физических понятиях и не имеющими твердой физической основы.
1 2 3