Общий закон эволюции материи
Физики изучают эволюцию частиц и Вселенной. Биологи изучают эволюцию клеток и организмов. Обществоведы изучают эволюцию человеческого общества. Если сравнить все эти части эволюции – образование присущих им форм организации материи, то можно найти общий закон образования форм – общий закон эволюции. Он будет одинаково описывать прошлую и будущую для нас эволюцию материи. Так мы узнаем будущее человечества и сможем заранее к нему подготовиться.
Предположим, что такой закон найден. Тогда правильность его вывода нуждается в проверке специалистами – физиками, биологами, обществоведами. Но им нужно учесть важное методологическое обстоятельство. Для сравнения разных частей эволюции их потребовалось описывать сходным, упрощённым образом, отличным от принятого в среде их изучения. Универсальное описание всего процесса эволюции облегчает его понимание учёными, изучающими лишь свою его часть. Им будет легче понять аргументы друг друга и быть объективными.
Общий закон эволюции не имеет ограничений на масштаб (размер) представителей новых форм организации материи. А он растёт, что видно в каждой части эволюции. Поэтому нет ограничений и на объём пространства, в котором образуются всё более масштабные представители новых форм. Это значит, что процесс эволюции может протекать не только в одной нашей Вселенной, но и во множестве других соразмерных ей вселенных, расширяющихся вместе с ней во внешней среде. Есть философские и космологические основания предполагать именно такой вариант реализации принципа множественности вселенных. И эти основания тоже нуждаются в проверке специалистами.
Эволюцию материи можно представить как образование во Вселенной всё более масштабных (крупных) представителей очередных новых форм организации материи. Например, очередной новой формой материи после образования атомов было образование молекул – систем атомов. Таким образом, форма – это множество (или среда) представляющих её конкретных элементов материи. Элемент каждой новой формы является системой взаимодействующих элементов предыдущей формы. Поэтому он занимает в пространстве существенно больший объём по сравнению с любым элементом предыдущей формы – является более масштабным.
Элементы исходной формы в подходящих условиях могут развиваться, усложняться, приобретать новые свойства и в итоге объединяться друг с другом в системы – в более масштабные элементы следующей формы. То есть они могут стать формообразующими элементами. В соответствии с этими понятиями из всего многообразия материи можно выделить 7 форм её организации, по порядку их возникновения:
1. кварки;
2. адроны (главным образом протоны, нейтроны, мезоны);
3. атомы (в первую очередь ядра атомов);
4. молекулы;
5. клетки;
6. организмы (многоклеточные);
7. цивилизации (от первых городов-государств до космических).
Проанализируем процесс их образования, стараясь описывать его по общей схеме.
Из чего состоят элементы первой формы – кварки – науке пока не известно. И какая связь внутри кварка объединяет его части в одно целое – тоже не известно. Но известно, что кварки взаимодействуют между собой посредством обмена глюонами. С помощью этой внешней для них связи кварки объединяются в системы – в адроны. Это более масштабные, по сравнению с кварками, элементы второй формы материи. Глюонная связь для адронов становится их внутренней связью.
Вначале новообразованные адроны взаимодействуют на принципе своей внутренней связи – обмене глюонами. Это известно из жёстких адронных реакций. После своего остывания стабильные адроны – протоны и нейтроны – обретают принципиально новую, внешнюю связь – обмен мезонами (пи-мезонами или пионами). На её основе они объединяются в более масштабные элементы третьей формы материи – атомы (ядра атомов). Мезонная связь для таких атомов (ядер) становится их внутренней связью.
Только что синтезированные атомы (ядра) взаимодействуют на принципе своей внутренней связи – обмене мезонами. С её помощью они могут объединяться в более тяжёлые атомы, распадаться, обмениваться частью своих нуклонов. После остывания атомы обретают все свои электроны. Обмен крайними электронами становится для них принципиально новой, более дальнодействующей внешней связью. На её основе атомы объединяются в молекулы – более масштабные элементы четвёртой формы материи. Для молекул эта связь становится их внутренней связью.
Вначале молекулы взаимодействуют на принципе своей внутренней связи – обмене электронами. С её помощью они могут объединяться в более сложные молекулы, распадаться, обмениваться своими составными частями. В водных растворах молекулы-полимеры (в частности, белки и нуклеиновые кислоты) обретают принципиально новую связь – обмен ионизированными молекулами-мономерами. Мономеры-ионы служат и материалом и носителями информации для синтеза полимеров. На основе этой ионной связи молекулы объединяются в самовоспроизводящиеся системы – клетки (прокариоты). Это более масштабные элементы пятой формы материи. Для них обмен ионами в клеточной цитоплазме становится внутренней связью.
Вначале клетки взаимодействуют на принципе своей внутренней связи – обмене ионизированными молекулами в водной среде. На её основе некоторые из них объединяются в колонии. В дополнение к ней клетки-эукариоты обретают в своих дифференцированных по функциям колониях принципиально новую внешнюю связь – обмен нервными импульсами. Импульсы – новый вид носителя информации. На основе новой связи клетки объединяются в самовоспроизводящиеся многоклеточные организмы. Это более масштабные элементы шестой формы материи. Обмен импульсами становится их внутренней связью.
Первые организмы взаимодействуют на принципе своей внутренней межклеточной связи – путём обмена молекулами запаха и осязательными нервными импульсами. Затем организмы обретают принципиально новую, более дальнодействующую световую связь – зрение. В ней информацией служат зрительные и умозрительные образы, а её носителем – фотоны. Образы выражаются языком поз, жестов, мимики, кодируются звуками, словами. С появлением письменности общественные разумные организмы объединяются в самовоспроизводящиеся иерархические системы – цивилизации. Это более масштабные элементы седьмой формы материи. Световая связь становится их внутренней связью.
Мы проанализировали 7 форм материи – от кварков с их внешней глюонной связью до цивилизаций с их внутренней световой связью. Образование элементов седьмой формы известно на примере независимого образования первых цивилизаций на Земле – на континентах Старого и Нового Света. В то время люди объединялись в города-государства, а ныне их потомки объединены в единую глобальную цивилизацию.
Однако можно с уверенностью считать, что во Вселенной существует множество разных цивилизаций, и они образовались из организмов рассмотренным здесь путём. И тем же путём во Вселенной повсеместно возникли две предыдущие живые формы материи – клетки и многоклеточные организмы.
В этом убеждает универсальность описанного здесь пути образования форм. Он соответствует научным фактам и оказывается единым для неживых и для живых форм, пусть даже последние известны из одного земного примера. Поэтому данный путь можно считать общим законом эволюции материи, имеющим статус выше физического, биологического и социального законов. Сформулируем его в следующем виде:
Вначале элементы исходной формы материи взаимодействуют на принципе своей внутренней связи, а затем реализуют для этого принципиально новую, более дальнодействующую внешнюю связь, на основе которой они объединяются в системы – более масштабные элементы очередной формы материи.
В данной формулировке закона не говорится о том, все ли элементы исходной среды проходят указанный путь развития и объединяются в элементы следующей среды. Как правило, это удаётся лишь части элементов. Исключением из него служат кварки – все они объединяются в нашем пространстве в адроны, свободных единичных кварков не существует.
Из общего (надфизического!) закона следует, что цивилизации от световой связи во взаимодействиях друг с другом переходят к сверхсветовой связи. Такое будущее уже угадывается из прошлого и настоящего развития человечества. Его цивилизации Старого и Нового света начали взаимодействовать на основе световой связи – обмене информацией, выраженной в зрительных и умозрительных образах (носитель информации – фотоны) и кодированной словами. Теперь с помощью световой связи, воплощённой в технических средствах приёма и передачи фотонов, человечество ищет в космосе другие цивилизации и заявляет им о себе. Человечество ещё не обрело сверхсветовую связь, но уже изучает физические процессы, открывающие такую возможность. В частности, исследуются способы искривления пространства для сверхсветовых полётов кораблей и мгновенные взаимодействия запутанных частиц материи для мгновенного обмена информацией.
Поскольку информационный канал этой связи имеет практически мгновенную скорость, то размер системы цивилизаций может значительно превышать размер видимой нами части Вселенной – нашего объёма Хаббла. Вероятно, он почти совпадает с объёмом всей нашей расширяющейся Вселенной. Единая вселенская система цивилизаций названа федерацией – это представитель 8-ой формы материи. Для её образования наверняка потребовались не только информационные, но и силовые взаимодействия. Подобно тому, как потребовались они для образования единой земной цивилизации. Силовые взаимодействия развитых (взрослых) цивилизаций реализуются посредством их сверхсветовых кораблей. Сверхсветовая связь становится внутренней связью федерации.
Общий закон эволюции материи говорит о росте масштаба элементов каждой новой формы, но не устанавливает пределов их масштаба и численности. Хотя понятно, что в ограниченном объёме пространства-времени численность всё более масштабных элементов новых форм будет убывать. Например, на Земле численность одноклеточной формы была больше численности многоклеточной формы – организмов. А по сравнению с организмами численность первичных цивилизаций была несравнимо меньшей. Теперь на Земле вообще формируется единая планетная цивилизация. Но если взять гораздо больший объём пространства-времени, например, местную группу галактик, то в нём окажется уже множество обитаемых планет и единых планетных цивилизаций.
Посмотрим, можно ли рассуждать таким же образом в отношении федерации – системы цивилизаций, единой в пределах всей нашей Вселенной. Можем ли мы предполагать существование множества вселенных, расширяющихся в гораздо большем, внешнем для них пространстве? Основания для такого предположения есть – философские, космологические, физические.
В философии есть понятия вечности и бесконечности, и известная нам Вселенная им не отвечает. Она не вечна, как и её относительно малая часть – наш объём Хаббла. Потому что она вместе с нашей частью возникла около 14 млрд лет назад – в виде быстро расширяющегося объёма энергетически плотной среды (эфира, вакуума), в котором содержались элементы её будущей материи. И как бы быстро и долго не расширялся этот объём, он всё равно будет иметь свои условные временные границы, отделяющие его внутреннее пространство от внешнего, где он возник и расширяется.
Поэтому вечным и бесконечным следует признать это внешнее для Вселенной пространство. Назовём его сверхпространством. Его существование не отменяло бы и возможное вечное пульсирование нашей Вселенной. Расширение объекта или его пульсации всё равно требуют пространства, в котором происходит то или другое событие.
Теперь решим такой философский вопрос. Одна ли наша Вселенная существует в вечном и бесконечном сверхпространстве, или в нём существует множество соразмерных ей вселенных? Исторический опыт познания мира рекомендует нам избегать любых проявлений геоцентризма. Единственной в мире не может быть ни планета, ни система планет, ни Галактика. Это всё маловероятные события. Поэтому и существование в сверхпространстве единственной Вселенной тоже менее вероятное событие, чем существование множества вселенных.
К тому же, только множество вселенных позволяет предположить, что в некоторых из них могли естественным, случайным образом сложиться «животворные» фундаментальные параметры, обеспечившие протекание эволюции материи – как в нашей Вселенной. Предполагать случайное происхождение благоприятных для эволюции фундаментальных параметров позволяет и множество пульсаций единственной Вселенной. Эти параметры могли случайно сложиться в одну из её пульсаций, которая длится в настоящее время. Однако данные о критической плотности материи и энергии Вселенной не допускают её сжатия в обозримом будущем, а без стадии сжатия пульсации невозможны.
В космологии достаточно распространена идея множественности вселенных – идея мультиверса. Есть разные варианты её реализации, физики-теоретики рассматривают математические вселенные, параллельные, пузырьковые. Наиболее перспективным, видимо, должен быть такой вариант, который отвечает на большее число вопросов к мирозданию. Например, предлагает на качественном уровне решение проблемы космологической постоянной, раскрывает природу гравитации, объясняет мгновенную связь запутанных частиц.
В таком варианте множественности вселенных будет использоваться общий закон эволюции материи. Сочетание того и другого ведёт к созданию качественно новой эволюционной модели мира. Но вначале требуется обсудить общий закон.
Просьба к оппонентам воздержаться от минусования моей «кармы», если они желают моего участия в диспуте, поскольку при её понижении за -30 я фактически выбываю из обсуждения.
Источник
Возникновение живой материи
Окружающий человека мир представляет собой сложно организованную систему, в которой выделяются определенные подсистемы, уровни и подуровни. Природа в широком смысле слова подразделяется на две крупные подсистемы или, можно сказать, на два взаимосвязанных уровня. Речь идет о неживой природе и о природе живой (биоте), которые тесно взаимодействуют и отличаются спецификой иерархической структуры, особенностями происхождения и развития.
Для того чтобы правильно представить процесс возникновения жизни, необходимо кратко рассмотреть современные взгляды на образование Солнечной системы и положение Земли среди планет.
Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из газо-пылевого облака около 4,5 млрд лет назад. Такая газово-пылевая материя встречается в межзвездном пространстве и в настоящее время. Водород – преобладающий элемент Вселенной. Путем реакций ядерного синтеза из него возникает гелий, из которого в свою очередь образуется углерод. Ядра атомов гелия объединялись с ядрами углерода и формировали ядра кислорода, затем неона, магния, кремния, серы и т.д.
Для возникновения жизни на Земле необходимы были некоторые космические и планетарные условия. Во-первых, оптимальные размеры планеты. Масса ее не должна была быть слишком большой, так как энергия атомного распада природных радиоактивных веществ может привести к перегреваю планеты или к радиоактивному загрязнению среды, несовместимому с жизнью. Слишком маленькие планеты не способны удерживать около себя атмосферу, потому что сила притяжения их невелика. Во-вторых, движение планеты вокруг звезды по круговой или близкой к круговой орбите позволяет постоянно и равномерно получать от нее необходимое количество энергии. В-третьих, постоянная интенсивность излучения светила. Неравномерность потока энергии препятствовала бы возникновению и развитию жизни, так как существование живых организмов возможно лишь в узких температурных пределах.
Всем этим условиям удовлетворяла наша планета – Земля, на которой около 4,5 млрд лет назад создались условия для более высокого уровня развития материи – ее эволюции в направлении возникновения жизни.
Существующие теории возникновения живого сводятся в пять концепций:
1. Креационизм – сотворение. Модель, предполагающая сотворение одновременно всех единиц природы: атомов, молекул, организмов, планет и т.д. Значит, что не может идти речь об эволюционизме, о происхождении одних видов растений и животных от других. Отвергается и синергетический подход к развитию систем: мир разрушается, т.е. переходит не от хаоса к порядку, а наоборот. Процесс божественного сотворения мира мыслится как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения, уже по этой причине концепция выводится за рамки научного исследования.
2. Панспермия– перенос жизни на Землю из космоса посредством органических соединений. Сторонниками такого взгляда были У. Кельвин, Г.Гельмгольц, С. Аррениус, Л.С.Берг, П.П. Лазарев, С.П. Костычев. С планет, населенных другими существами, уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки, живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями, они начинают на ней новую жизнь. Для обоснования этой теории, используются сообщения о неопознанных летающих объектах, наскальные изображения. Современная наука располагает только фактами обнаружения на метеоритах и кометах веществ, которые являются лишь предвестниками живого: цианогентов, синильной кислоты и др. Однако все вещества космического происхождения ( остатки метеоритов или лунный грунт) не обладают характерной для живых организмов дисимметрией
3. Биогенез– концепция стационарного состояния. Жизнь существовала всегда, как и материя вообще. Меняются виды, меняется их численность на Земле, жизнь перетекает между ними. Большая часть доводов этой точки зрения связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи: появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте объясняется увеличением его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения останков. Сторонники этой концепции немногочисленны из-за ее оригинальности и умозрительности.
4. Абиогенез– самопроизвольное возникновение живого из неживого. Эта теория была распространена в древнем Китае, Вавилоне и Египте. Ее сторонниками были Аристотель, Платон, Демокрит, предполагавшие активное жизненное начало то в солнечном свете, то в иле озер, то в воде, то в земле. Научными исследователями концепция была отвергнута 0( Ф. Реди, Л.Пастер).
5. Геохимическая– зарождение жизни в результате физико-химических процессов одновременно с эволюцией планеты. В середине прошлого столетия Л. Пастер окончательно доказал невозможность самозарождения жизни в теперешних условиях. В 20-х годах текущего столетия биохимики А. И. Опарин и Дж. Холдейн предположили, что в условиях, имевших место на планете несколько миллиардов лет назад, образование живого вещества было возможно. К таким условиям они относили наличие атмосферы восстановительного типа, воды, источников энергии (в виде ультрафиолетового (УФ) и космического излучения, теплоты остывающей земной коры, вулканической деятельности, атмосферных электрических явлений, радиоактивного распада), приемлемой температуры, а также отсутствие других живых существ.
Главные этапы на пути возникновения и развития жизни, по-видимому, состоят в:
1) образовании атмосферы из газов, которые могли бы служить «сырьем» для синтеза органических веществ (метана, оксида и диоксида углерода, аммиака, сероводорода, цианистых соединений), и паров воды;
2) абиогенном (т.е. происходящем без участия организмов) образовании простых органических веществ, в том числе мономеров биологических полимеров — аминокислот, сахаров, азотистых оснований, АТФ и других мононуклеотидов;
3) полимеризации мономеров в биологические полимеры, прежде всего белки (полипептиды) и нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды);
4) образовании предбиологических форм сложного химического состава — протоби-онтов, имеющих некоторые свойства живых существ;
5) возникновении простейших живых форм, имеющих всю совокупность главных свойств жизни,— примитивных клеток;
6) биологической эволюции возникших живых существ.
Возможность абиогенного образования органических веществ, включая мономеры биологических полимеров, в условиях, бывших на Земле около 4 млрд. лет назад, доказана опытами химиков. В лабораторных условиях при пропускании электрических разрядов через различные газовые смеси, напоминающие примитивную атмосферу планеты, а также при использовании других источников энергии ученые получали среди продуктов реакций аминокислоты (аланин, глицин, аспарагиновую кислоту), янтарную, уксусную, молочную кислоты, мочевину, азотистые основания (аденин, гуанин), АДФ и АТФ. Низкомолекулярные органические соединения накапливались в водах первичного океана в виде первичного бульона или же адсорбировались на поверхности глинистых отложений. Последнее повышало концентрацию этих веществ, создавая тем самым лучшие условия для полимеризации.
Возможность полимеризации низкомолекулярных соединений с образованием полипептидов и полинуклеотидов (определяющая следующий этап на пути возникновения жизни) непосредственно в первичном бульоне вызывает сомнения по термодинамическим соображениям. Водная среда благоприятствует реакции деполимеризации. Ученые предполагают, что образование полипептидов и полинуклеотидов могло происходить в пленке из низкомолекулярных органических соединений в безводной среде, например на склонах вулканических конусов, покрытых остывающей лавой. Это предположение находит подтверждение в опытах. Выдерживание в течение определенного времени при 130°С сухой смеси аминокислот в сосудах из кусков лавы приводило к образованию полипептидов.
Образующиеся описанным образом биополимеры смывались ливневыми потоками в первичный бульон, что защищало их от разрушающего действия УФ-излучения, которое в то время из-за отсутствия в атмосфере планеты озонового слоя было очень жестким.
По мере повышения концентрации полипептидов, полинуклеотидов и других органических соединений в первичном бульоне сложились условия для следующего этапа — самопроизвольного возникновения предбиологических форм сложного химического состава, или протобионтов. Предположительно они могли быть представлены коацерва-тами (А. И. Опарин) или микросферами (С. Фокс). Это коллоидные капли с уплотненным поверхностным слоем, имитирующим мембрану, содержимое которых составляли один или несколько видов биополимеров. Возможность образования в коллоидных растворах структур типа коацерватов или микросфер доказана опытным путем.
При определенных условиях коацерваты проявляют некоторые общие свойства живых форм. Они способны до известной степени избирательно поглощать вещества из окружающего раствора. Часть продуктов химических реакций, проходящих в коацерватах с участием поглощаемых веществ, выделяется ими обратно в среду. Происходит процесс, напоминающий обмен веществ. Накапливая вещества, коацерваты увеличивают свой объем (рост). По достижении определенных размеров они распадаются на части, сохраняя при этом некоторые черты исходной химической организации (размножение). Поскольку устойчивость коацерватов различного химического состава различна, среди них происходит отбор.
Перечисленные выше свойства ученые усматривают у протобионтов. Протобионты представляются как обособленные от окружающей среды, открытые макромолекулярные системы, возникавшие в первичном бульоне и способные к примитивным формам роста, размножения, обмена веществ и предбиологическому химическому отбору.
Предбиологическая эволюция протобионтов осуществлялась в трех главных направлениях. Важное значение имело совершенствование каталитической (ферментной) функции белков. Один из путей, дающих требуемый результат, заключается, по-видимому, в образовании комплексов металлов с органическими молекулами. Так, включение железа в порфириновое кольцо гемоглобина увеличивает его каталитическую активность в сравнении с активностью самого железа в растворе в 1000 раз. Развивалось такое свойство биологического катализа, как специфичность. Во-вторых, исключительная роль в эволюции протобионтов принадлежит приобретению полинуклеотидами способности к самовоспроизведению, что сделало возможным передачу информации от поколения к поколению, т.е. сохранение ее во времени. В основе этой способности лежит матричный синтез. Механизм матричного синтеза был использован также для переноса информации с полинуклеотидов на полипептиды. Третье главное направление эволюции протобионтов состояло в возникновении мембран. Отграничение от окружающей среды мембраной с избирательной проницаемостью превращает протобионт в устойчивый набор макромолекул, стабилизирует важные параметры обмена веществ на основе специфического катализа.
Разделение функций хранения и пространственно-временной передачи информации, с одной стороны (нуклеиновые кислоты), и использование ее для организации специфических структуры и обмена веществ — с другой (белки); появление молекулярного механизма матричного синтеза биополимеров; освоение эффективных систем энергообеспечения жизнедеятельности (АТФ); образование типичной биологической мембраны — все это привело к возникновению живых существ, которые поначалу были представлены примитивными клетками.
С момента появления клеток предбиологический химический отбор уступил место биологическому отбору. Дальнейшее развитие жизни шло согласно законам биологической эволюции. Переломным моментом на этом пути было возникновение клеток эукариотического типа, многоклеточных организмов, человека.
Источник