- •Электронное оглавление
- •Капсулы (вставки)
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •Часть I. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА
- •Глава 1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ
- •Владимир Иванович Вернадский
- •1.1. Этапы развития и становления естествознания
- •1.1.1. Программа Платона
- •1.1.2. Представления Аристотеля
- •1.1.3. Модель Демокрита
- •1.2. Проблемы естествознания на пути познания мира
- •1.2.1. Физический рационализм
- •1.2.2. Методы познания
- •Эрнест Резерфорд
- •1.2.3. Целостное восприятие мира
- •1.2.4. Физика и восточный мистицизм
- •1.2.5. Взаимосвязь естественных и гуманитарных наук
- •Вернер Гейзенберг
- •1.2.6. Синергетическая парадигма
- •1.2.7. Универсальный принцип естествознания — принцип дополнительности Бора
- •Нильс Бор
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 2. МЕХАНИКА ДИСКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ
- •2.1. Трехмерность пространства
- •2.2. Пространство и время
- •Исаак Ньютон
- •Рис. 2.1. Изображение мировой линии в пространственно-временной системе отсчета
- •2.3. Особенности механики Ньютона
- •2.4. Движение в механике
- •2.5. Законы Ньютона — Галилея
- •2.6. Законы сохранения
- •2.7. Принципы оптимальности
- •2.8. Механическая картина мира
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 3. ФИЗИКА ПОЛЕЙ
- •3.1. Определение понятия поля
- •Рис. 3.1. Модель силовых линий поля.
- •3.2. Законы Фарадея — Максвелла для электромагнетизма
- •3.3. Электромагнитное поле
- •3.4. Гравитационное поле
- •3.5. Электромагнитная картина мира
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 4. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА — МОСТ МЕЖДУ МЕХАНИКОЙ И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМОМ
- •4.1. Физические начала специальной теории относительности (СТО)
- •А. Эйнштейн
- •4.1.1. Постулаты А. Эйнштейна в СТО
- •4.1.2. Принцип относительности Г. Галилея
- •Рис. 4.2. Преобразование Галилея х'= х— vt связывает положение тела Ρ в системах отсчета К и К'.
- •Рис. 4.3. Изменение электромагнитных сил в неподвижной К и подвижной К' системах отсчета.
- •4.1.3. Теория относительности и инвариантность времени
- •4.1.4. Постоянство скорости света
- •Рис. 4.5. «Поезд Эйнштейна»
- •4.1.5. Преобразования Г. Лоренца
- •4.1.6. Изменение длины и длительности времени в СТО
- •Рис. 4.6. Сокращение длины отрезка в направлении перемещения для системы, движущейся со скоростью ν ≈ с.
- •4.1.7. «Парадокс близнецов»
- •4.1.8. Изменение массы в СТО
- •4.2. Общая теория относительности (ОТО)
- •4.2.1. Постулаты ОТО
- •4.2.2. Экспериментальная проверка ОТО
- •Рис. 4.7. Отклонение световых лучей от звезды S при прохождении около Солнца от прямолинейной траектории.
- •4.2.3. Гравитация и искривление пространства
- •Рис. 4.8. Движение субъектов А и В с экватора точно на север по параллельным траекториям.
- •4.2.4. Основные итоги основ теории относительности
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 5. ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
- •5.1. Описание процессов в микромире
- •Первое.
- •Второе.
- •5.2. Необходимость введения квантовой механики
- •Эрвин Шрёдингер
- •абсолютно черное тело
- •корпускулярно-волновой дуализм
- •Луи де Бройль
- •5.3. Гипотеза Планка
- •Макс Планк
- •5.4. Измерения в квантовой механике
- •5.5. Волновая функция и принцип неопределенности В. Гейзенберга
- •Вольфганг Паули
- •5.6. Квантовая механика и обратимость времени
- •5.7. Квантовая электродинамика
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 6. ФИЗИКА ВСЕЛЕННОЙ
- •6.1. Космологическая модель А. Эйнштейна — A.A. Фридмана
- •6.2. Другие модели происхождения Вселенной
- •6.2.1. Модель Большого Взрыва
- •Георгий Антонович Гамов
- •6.2.2. Реликтовое излучение
- •6.2.3. Расширяется или сжимается Вселенная?
- •6.2.4. Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва
- •Рис. 6.1. Схема физической истории Вселенной.
- •6.2.5. Модель раздувающейся Вселенной
- •6.3. Современные представления об элементарных частицах как первооснове строения материи Вселенной
- •Поль Дирак
- •6.3.1. Классификация элементарных частиц
- •Рис. 6.2. Схема классификации элементарных частиц.
- •6.3.2. Кварковая модель
- •Таблица 6.1
- •Таблица 6.2
- •Таблица 6.3
- •6.4. Фундаментальные взаимодействия и мировые константы
- •6.4.1. Мировые константы
- •6.4.2. Фундаментальные взаимодействия и их роль в природе
- •6.4.3. Из чего же состоит вещество Вселенной?
- •Рис. 6.3. Возможные формы стабильной материи во Вселенной
- •6.4.4. Черные дыры
- •6.5. Модель единого физического поля и многомерность пространства—времени
- •6.5.1. Возможность многомерности пространства
- •Рис. 6.4. Модель трехмерного частотного пространства (ОД — оптический диапазон, видимая часть спектра, УФ — ультрафиолетовая, ИК — инфракрасная).
- •6.6. Устойчивость Вселенной и антропный принцип
- •6.6.1. Множественность миров
- •Рис. 6.5. Схематическое изображение областей, соответствующих устойчивым областям Вселенной.
- •6.6.2. Иерархичность структуры Вселенной
- •Рис. 6.6. Масштабы Вселенной
- •Рис. 6.7. Масштабы микромира
- •6.7. Антивещество во Вселенной и антигалактики
- •6.8. Механизм образования и эволюции звезд
- •Рис. 6.8. Схематическое изображение протон-протонной цепочки.
- •6.8.2. Углеродо-азотный цикл
- •6.8.3. Эволюция звезд
- •Рис. 6.10. Диаграмма эволюции звезд населения I.
- •6.8.4. Пульсары
- •Рис. 6.11. Модель пульсара, предложенная Голдом.
- •6.8.5. Квазары
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 7. ПРОБЛЕМА «ПОРЯДОК—БЕСПОРЯДОК» В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ. СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
- •7.1. Неравновесная термодинамика и синергетика
- •7.2. Динамика хаоса и порядка
- •7.3. Модель Э. Лоренца
- •7.4. Диссипативные структуры
- •7.6. Реакции Белоусова — Жаботинского
- •7.7. Динамический хаос
- •7.8. Фазовое пространство
- •7.9. Аттракторы
- •Рис. 7.1. Изображение аттракторов на фазовых диаграммах.
- •Рис. 7.2. Бифуркационная диаграмма (А — характеристика системы, λ — управляющий параметр).
- •7.10. Режим с обострением
- •7.11. Модель Пуанкаре описания изменения состояния системы
- •7.12. Динамические неустойчивости
- •7.13. Изменение энергии при эволюции системы
- •7.14. Гармония хаоса и порядка и «золотое сечение»
- •Леонардо да Винчи
- •7.15. Открытые системы
- •7.16. Принцип производства минимума энтропии
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 8. СИММЕТРИЯ И АСИММЕТРИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЯВЛЕНИЯХ
- •8.1. Симметрия и законы сохранения
- •8.2. Симметрия—асимметрия
- •8.3. Закон сохранения электрического заряда
- •8.4. Зеркальная симметрия
- •8.5. Другие виды симметрии
- •8.6. Хиральность живой и неживой природы
- •Рис. 8.1. Зеркальная симметрия молекул воды (а) и бутилового спирта (б).
- •8.7. Симметрия и энтропия
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 9. СОВРЕМЕННАЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА С ПОЗИЦИИ ФИЗИКИ
- •9.1. Классификация механик
- •Рис. 9.1. Куб фундаментальных физических теорий.
- •9.2. Современная физическая картина мира
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Часть II. ФИЗИКА ЖИВОГО И ЭВОЛЮЦИЯ ПРИРОДЫ И ОБЩЕСТВА
- •Глава 10. ОБЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ ЖИВОГО
- •Глава 11. ОТ ФИЗИКИ СУЩЕСТВУЮЩЕГО К ФИЗИКЕ ВОЗНИКАЮЩЕГО
- •11.1. Термодинамические особенности развития живых систем
- •11.1.1. Роль энтропии для живых организмов
- •11.1.2. Неустойчивость как фактор развития живого
- •11.2. Энергетический подход к описанию живого
- •11.2.1. Устойчивое неравновесие
- •11.3. Уровни организации живых систем и системный подход к эволюции живого
- •11.3.1. Иерархия уровней организации живого
- •11.3.2. Метод Фибоначчи как фактор гармонической самоорганизации
- •11.3.3. Физический и биологический методы изучения природы живого
- •11.3.4. Антропный принцип в физике живого
- •11.3.5. Физическая эволюция Л. Больцмана и биологическая эволюция Ч. Дарвина
- •11.4. Физическая интерпретация биологических законов
- •11.4.1. Физические модели в биологии
- •11.4.2. Физические факторы развития живого
- •11.5. Пространство и время для живых организмов
- •11.5.1. Связь пространства и энергии для живого
- •11.5.2. Биологическое время живой системы
- •11.5.3. Психологическое время живых организмов
- •11.6. Энтропия и информация в живых системах
- •11.6.1. Ценность информации
- •11.6.2. Кибернетический подход к описанию живого
- •11.6.3. Роль физических законов в понимании живого
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА:
- •Глава 12. ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИИ
- •12.1. От атомов к протожизни
- •12.1.1. Гипотезы происхождения жизни
- •12.1.2. Необходимые факторы возникновения жизни
- •12.1.3. Теория абиогенного происхождения жизни А.И. Опарина
- •12.1.4. Гетеротрофы и автотрофы
- •12.2. Химические процессы и молекулярная самоорганизация
- •12.2.1. Химические понятия и определения
- •Рис. 12.1. Схема изменения свободной энергии и химической связи в молекулах живых организмов.
- •12.2.2. Аминокислоты
- •12.2.3. Теория химической эволюции в биогенезе
- •12.2.4. Теория молекулярной самоорганизации М. Эйгена
- •12.2.5. Циклическая организация химических реакций и гиперциклы
- •12.3. Биохимические составляющие живого вещества
- •12.3.1. Молекулы живой природы
- •12.3.2. Мономеры и макромолекулы
- •12.3.3. Белки
- •Рис. 12.2. Структура белка-миоглобина.
- •Рис. 12.3. Структуры 20 аминокислот, встречающихся в белках.
- •12.3.4. Нуклеиновые кислоты
- •Рис. 12.4. Строение нуклеотида — мономера нуклеиновых кислот.
- •Рис. 12.5. Двойная спираль молекулы ДНК.
- •Рис. 12.6. Построение нуклеиновой кислоты из нуклеотидов.
- •12.3.5. Углеводы
- •Рис. 12.7. Структура АТФ.
- •Рис. 12.8. Схема получения свободной энергии с участием АТФ.
- •Рис. 12.9. Схема образования молекулы АТФ.
- •Рис. 12.10. Схема цикла Липмана по участию молекул фосфора в энергетических процессах живого организма.
- •12.3.6. Липиды
- •Рис. 12.11. Структура ненасыщенных (а) и насыщенных (б) жирных кислот.
- •Рис. 12.12. Растворение ионного конца жирной кислоты в воде.
- •Рис. 12.13. Растворение углеводородных цепей мыла в масле.
- •12.3.7. Роль воды для живых организмов
- •12.4. Клетка как элементарная частица молекулярной биологии
- •12.4.1. Строение клетки
- •Рис. 12.14. Строение клетки.
- •12.4.2. Процессы в клетке
- •12.4.3. Клеточные мембраны
- •12.4.4. Фотосинтез
- •12.4.5. Деление клеток и образование организма
- •Рис. 12.15. Клеточный цикл.
- •12.5. Роль асимметрии в возникновении живого
- •12.5.1. Оптическая активность вещества и хиральность
- •12.5.2. Гомохиральность и самоорганизация в живых организмах
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 13. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ВОСПРОИЗВОДСТВА И РАЗВИТИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ
- •13.1. Информационные молекулы наследственности
- •13.1.1. Генетический код
- •13.1.2. Гены и квантовый мир
- •Иерархия и сопоставление элементов в физическом и генетическом атомизме
- •13.2. Воспроизводство и наследование признаков
- •13.2.1. Генотип и фенотип
- •Геном
- •Генофонд
- •13.2.2. Законы генетики Г. Менделя
- •13.2.3. Хромосомная теория наследственности
- •13.3. Процессы мутагенеза и передача наследственной информации
- •13.3.1. Мутации и радиационный мутагенез
- •Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский
- •13.3.2. Мутации и развитие организма
- •13.4. Матричный принцип синтеза информационных макромолекул и молекулярная генетика
- •13.4.1. Передача наследственной информации через репликации
- •Рис. 13.1. Репликация ДНК.
- •13.4.2. Матричный синтез путем конвариантной редупликации
- •13.4.3. Транскрипция
- •13.4.4. Трансляция
- •Рис. 13.2. Схема биосинтеза белков.
- •Рис. 13.3. Основные этапы процесса передачи генетической информации.
- •13.4.5. Отличия белков и нуклеиновых кислот
- •13.4.6. Новый механизм передачи наследственной информации и прионные болезни
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 14. ФИЗИЧЕСКОЕ ПОНИМАНИЕ ЭВОЛЮЦИОННОГО И ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ
- •14.1. Онтогенез и филогенез. Онтогенетический и популяционный уровни организации жизни
- •14.1.1. Закон Геккеля для онтогенеза и филогенеза
- •14.1.2. Онтогенетический уровень жизни
- •14.1.3. Популяции и популяционно-видовой уровень живого
- •14.2. Физическое представление эволюции
- •14.2.1. Синтетическая теория эволюции
- •14.2.2. Эволюция популяций
- •14.2.3. Элементарные факторы эволюции
- •14.2.4. Живой организм в индивидуальном и историческом развитии
- •14.2.5. Геологическая эволюция и общая схема эволюции Земли по H.H. Моисееву
- •14.3. Аксиомы биологии
- •14.3.1. Первая аксиома
- •14.3.2. Вторая аксиома
- •14.3.3. Третья аксиома
- •14.3.4. Четвертая аксиома
- •14.3.5. Физические представления аксиом биологии
- •14.4. Признаки живого и определения жизни
- •14.4.1. Совокупность признаков живого
- •14.4.2. Определения жизни
- •14.5. Физическая модель демографического развития СП. Капицы
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 15. ФИЗИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР
- •15.1. Физические поля и излучения функционирующего организма человека
- •Рис. 15.1. Схема физических полей в организме человека
- •15.1.1. Электромагнитные поля и излучения живого организма
- •Рис. 15.2. Распределение вокруг человека электрического поля, образующегося в результате биоэлектрической активности его сердца.
- •15.1.2. Тепловое и другие виды излучений
- •15.2. Механизм взаимодействия излучений человека с окружающей средой
- •15.2.1. Электромагнитное и ионизирующее излучения
- •15.2.2. Возможности медицинской диагностики и лечения на основе излучений из организма человека
- •15.3. Устройство памяти. Воспроизводство и передача информации в организме
- •15.3.1. Физические процессы передачи информационного сигнала в живом организме
- •Рис. 15.3. Строение нейрона.
- •Рис. 15.4. Электрический потенциал действия нервного импульса.
- •15.3.2. Физическая основа памяти
- •15.3.3. Человеческий мозг и компьютер
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 16ю ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОСФЕРЫ И ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ
- •16.1. Структурная организованность биосферы
- •16.1.1. Биоценозы
- •16.1.2. Геоценозы и биогеоценозы. Экосистемы
- •16.1.3. Понятие биосферы
- •16.1.4. Биологический круговорот веществ в природе
- •16.1.5. Роль энергии в эволюции
- •Рис. 16.1. Распределение солнечной энергии, поступающей на Землю.
- •16.2. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского и живое вещество
- •16.2.1. Живое вещество
- •16.2.2. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского
- •16.3. Физические представления эволюции биосферы и переход к ноосфере
- •16.3.1. Основные этапы эволюции биосферы
- •16.3.2. Ноосфера
- •16.3.3. Преобразование биосферы в ноосферу
- •16.4. Физические факторы влияния Космоса на земные процессы
- •Рис. 16.2. Общая схема солнечно-земных связей.
- •Рис. 16.3. Взаимодействие заряженных частиц от Солнца с магнитным полем Земли.
- •16.4.1. Связь Космоса с Землей по концепции А.Л. Чижевского
- •Александр Леонидович Чижевский
- •16.5. Физические основы экологии
- •16.5.1. Увеличение антропогенной нагрузки на окружающую среду
- •16.5.2. Физические принципы ухудшения экологии
- •16.6. Принципы устойчивого развития
- •16.6.1. Оценки устойчивости биосферы
- •16.6.2. Концепция устойчивого развития и необходимость экологического образования
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Глава 17. ФИЗИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ САМООРГАНИЗАЦИИ В ЭКОНОМИКЕ
- •17.1. Экономическая модель длинных волн Н. Д. Кондратьева
- •17.2. Обратимость и необратимость процессов в экономике
- •17.3. Синергетические представления устойчивости в экономике
- •17.4. Физическое моделирование рынка
- •17.5. Циклический характер экономических процессов в модели Н.Д. Кондратьева
- •17.6. Модель колебательных процессов в экономике
- •КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •ЛИТЕРАТУРА
- •Основная
- •Дополнительная
- •ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ, РЕФЕРАТОВ И ДОКЛАДОВ
- •ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ И ЭКЗАМЕНУ
- •СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
- •ЛИТЕРАТУРА
- •СОДЕРЖАНИЕ
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru |
245 |
желания найти одно полное и исчерпывающее определение живого. Понятно, что на данном этапе нашего развития и понимания окружающей нас природы вряд ли это возможно.
Заметим, что кроме упомянутых выше ученых этими проблемами занимались и многие другие. Так, еще в 1886 г. Л. Больцман сделал первую попытку найти принципиальное отличие жизни именно с физических позиций. Он писал: «Всеобщая борьба за существование — это борьба за отрицательную энтропию, становящуюся доступной при переходе от пылающего Солнца к холодной Земле».
Его идеи были развиты с учетом новых достижений для каждого времени такими крупными учеными, как В.И. Вернадский,
413
Л,А. Чижевский, К,А. Тимирязев, НА. Умов, Э. Бауэр, Л. Бриллюэн, И.Р. Пригожин, М. Эйген, H.H. Моисеев, С.Э. Шноль, и в результате трудов этих ученых и работ современных исследователей складывается та парадигма, в рамках которой в настоящее время ведутся поиски физической сущности жизни и ее происхождения. Заметим, что общая теория жизни, по-видимому, не может быть создана только в рамках биологии или физики, необходимо целостное современное естествознание, так как целостность является признаком сущности жизни.
14.5. Физическая модель демографического развития СП. Капицы
История естествознания - это история попыток объяснить разнородные явления общими причинами.
А.Б. Мигдал
Ученый в России делает, что нужно и как нужно. Ученый на Западе делает, что нужно и как можно.
М. Азбель
Вопрос об изменении численности людей на Земле является также одним из глобальных вопросов человечества, как по взаимодействию человека с природой, так и по своим социальным последствиям. Широкий круг процессов и явлений, связанных с существованием человека и его деятельностью, является производным от основного вопроса: сколько людей живет, жило и будет жить на Земле? Поэтому проблема роста народонаселения наряду с «вечными» вопросами загадки происхождения и развития жизни безусловно является предметом анализа в современном естествознании.
Долгое время в описании демографического развития господствовала широко известная теория Мальтуса, согласно которой рост численности населения происходит по закону геометрической прогрессии. Заметим, что эта модель давала возможность в социологическом плане обосновывать целесообразность войн и других катастроф (природных и созданных человеческими стараниями, геноцид, авторитарный режим и т.д.), приводящих к уменьшению числа людей и тем самым снижающих экологическую нагрузку на ту среду, в которой человек живет.
Однако в последние годы в связи с развитием идей и методов синергетики появились новые модели демографического кризи-
414
са и законов развития человечества [10]. Согласно этим представлениям демографическая проблема может быть рассмотрена как открытая и эволюционирующая система. Большой вклад в разработку этих вопросов и в целом в синергетику внесли отечественные ученые СП. Курдюмов, E.H. Князева, Г.П. Малинецкий, а по демографии особенно СП. Капица.
Это обусловлено тем, что в условиях возрастания общей неустойчивости мирового развития, усиления информационных потоков в обществе, усиления неопределенности, глубинной нестабильности и роста хаотичности в общественном сознании, культуре, знаниях и в науке (что мы и наблюдаем в современном искусстве, массовой культуре и философии) именно новый методологический подход синергетики к сложным самоорганизующимся системам и процессам позволяет построить правильный вектор развития.
Человечество как раз и представляет такую сложную самоорганизующуюся систему, к которой применимы законы синергетики. Кроме того, в наше время ускоряющегося развития выявление законов организации и коэволюции сложных биологических,
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru |
246 |
экологических и социальных систем приобретает особое значение в связи с тем, что у человечества сейчас уже нет времени определить организацию мира методом проб и ошибок. Надо искать кратчайшие пути, и синергетика это позволяет сделать.
О развитии системы человечества как целого можно судить по изменению отдельных параметров, которые описывают ее динамику. В феноменологической модели СП. Капицы на основе имеющегося значительного фактического, демографического, антропологического и исторического материала человечество рассматривается как единое целое, и в качестве ключевого параметра развития его как системы выбирается количество людей N. При этом не требуется учитывать пространственное распределение людей на Земле, их миграцию и т.д. Действительно, как отмечает СП. Капица, с Земли никто еще не улетел! Число людей N становится параметром порядка по Хакену, что позволяет описывать процесс изменения народонаселения дифференциальным уравнением роста
где к = 67000 является константой его модели.
415
Числами порядка к ~ 105 определяется эффективный размер группы, в которой проявляются коллективные признаки когерентного сообщества людей. Например, таким может быть оптимальный масштаб города или района большого города, обладающего системной самодостаточностью, или численность устойчиво существующего вида или популяции, занимающей определенный ареал или экологическую нишу. Таким образом, в общем смысле параметр к отражает масштаб сообщества, имеющего генетическую или социальную природу.
Особенность этого уравнения — квадратичная нелинейность роста. Предполагается, что рост биологических особей обусловлен естественным механизмом увеличения их числа путем полового размножения и поэтому зависит от числа встреч пар особей, парными столкновениями с возможным порождением. Кроме того, сохранение исходных взаимодействующих тел после столкновения создает возможность последующих неоднократных столкновений. Поэтому скорость роста населения пропорциональна не числу людей Ν, а квадрату числа людей Ν2. Как мы отмечали, это уже нелинейный закон изменения параметра. Оказалось, что зависимость числа людей N от времени описывается гиперболой, которая имеет асимптоту около 2010— 2025 гг. Заметим также, что нелинейный рост привел к демографическому взрыву, людей стало больше, чем сравнимых с ними животных.
По существу, это новый количественный закон исторического развития, известный в синергетике как развитие системы в режиме с обострением. Оказалось, что большинство процессов лавинообразного роста (биологические процессы, некоторые процессы в экономике, увеличение потока информации, в том числе и возрастание численности населения Земли) происходят не по экспоненциальному закону, а гораздо быстрее, когда параметры системы хотя бы часть времени неограниченно возрастают за конечное время, а это и есть знакомые нам режимы с обострением в различных физических и математических моделях. Анализ демографических данных за много поколений показал, что рост численности населения описывается только гиперболической кривой.
Существенным признаком такой гиперболической модели является время обострения t. Согласно СП. Капице оно зависит от
416
характерного параметра — среднего времени жизни человека (поколения), равного τ = 42—25 годам, и времени наступления момента обострения T1 = 2025 лет:
где Τ — текущее время.
С.П. Капица вводит также понятие системного исторического времени Те= Т— Тe которое в терминах неравновесной термодинамики открытых систем Пригожина можно считать внутренним временем такой системы; Те — параметр модели — время, за которое население растет в е = 2,72 раза. Резкое возрастание численности населения, называемое демографическим взрывом, является для таких систем неравновесным фазовым переходом. По расчетам в рамках такой модели к 2025— 2070 гг. рост населения достигнет своего максимального значения (асимптотически приблизится к нему) в 14 млрд человек и стабилизируется.
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.
Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru |
247 |
Это явление СП. Капица называет демографическим переходом. Заметим, что в предлагаемой гиперболической (с квадратичной нелинейностью) закономерности роста народонаселения содержится возможность неустойчивости, смены циклов, и в том числе демографических кризисов, что хорошо укладывается в представления о динамике эволюции сложной самоорганизующейся системы. Интересно отметить еще одну общую черту теории самоорганизующихся систем и рассматриваемой модели. Предложенная закономерность роста оказывается справедливой для всей истории человечества и действует длительное время.
Все неустойчивости развития человеческого общества через войны, эпидемии, катастрофы, приводящие к резкому уменьшению численности людей, отражаются на кривой роста лишь как малые отклонения от общей закономерности: проходит не очень большое историческое время, и численность восстанавливается. Проявляется рассмотренный ранее принцип устойчивого неравновесия, согласно которому система развивается, оставаясь устойчивой. Квадратичная нелинейная зависимость роста оказывается неустойчивой лишь относительно момента обострения. Огромные по нашим меркам потери людей во время чумы в XIV в. (в Европе погибло до 50% населения) или во Вто-
417
рой мировой войне1 самим режимом роста восстанавливаются, и кривая роста оказывается устойчивой по отношению к этим флуктуациям.
Если эта модель реальна, то у человечества появляется исторический шанс закрепиться в своей экологической нише в природе на разумном уровне численности в 14 миллиардов. Это, конечно, не «золотой миллиард», к которому нас призывают экологи, что обсуждалось 10 лет назад на конференции в Рио-де-Жанейро по устойчивому развитию. Сейчас на Земле уже более 6 миллиардов человек (считается, что 12 октября 1999 г. появился 6-миллиардный житель Земли). Доказательством справедливости модели СП. Капицы является решение «обратной» задачи: по закону изменения численности людей в этой модели рассчитать, когда же «это все началось» и сколько людей было «вначале».
Ориентировочный расчет показал, что «начало» человеческой истории датируется ~4,5 млрд лет назад, а число людей составляло около 100000 (тысяча стоянок по сто человек на нашей прародине — в юго-восточной части Африки), что совпадает с данными современной антропологии о начале антропогенеза. Любопытно отметить, что модель СП. Капицы позволила оценить число людей, когда-либо живших на Земле, — со времени начала антропогенеза и до 2005 г. — около 90 млрд человек.
Согласно теории режимов с обострением, примененной к развитию человечества, в настоящее время темп течения времени в процессе роста населения имеет особенность, описываемую гиперболическим законом, и важен процесс прохождения этой особенности в глобальном демографическом переходе, в котором мы сейчас, согласно этой модели, находимся. Оказывается, что ход исторического времени (внутреннего времени для человечества как системы) протекает неравномерно. Режим с обострением как бы управляет временем, ускоряет его. Происходит глобальное ускорение мирового развития, что подтверждается историческими этапами развития общества: древний мир существовал около 2500 лет, средневековье порядка 1000 лет, а наше новое время длится около 300 лет.
В целом же временные интервалы развития процессов во Вселенной и на Земле по современным представлениям таковы: Вселенной — 2 · 1010 лет, Солнечной системе — 5
·109 лет, жиз-
1Всего в двух мировых войнах, локальных международных конфликтах и гражданских войнах ХХ в. погибло 120—140 млн человек [128].
418
ни на Земле — 3,5 — 4,0 · 109 лет, существованию человеческого рода — 106 лет, всей человеческой цивилизации — 104 лет. Исторические процессы идут в режиме с обострением и приводят к сокращению длительности исторических фаз. Как указывалось в [10, 62, 68, 69], «1 миллион лет в палеолите оказывается эквивалентным 40 годам в наше время, т.е. по сути жизни одного поколения». Предложенная количественная статистическая нелинейная теория роста затрагивает и другие вопросы, например, коллективное взаимодействие людей, влияние окружающей среды и ресурсов на человеческое общество, энергопотребления человечеством (оказалось, что суммарное потребление энергии также пропорционально N2, т.е. происходит нелинейно!), что позволяет сделать прогнозы о пространственном и временном распределениях населения
Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.