Эволюция Вселенной и самоорганизация пространства-времени. 1996. (Дубровский В.Н., Молчанов Ю.Б.)
ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ И САМООРГАНИЗАЦИЯ
Возникновение и развитие отдельных объектов нашей Вселенной связано с эволюцией ее как целого. На определенной стадии этой эволюции возникло человеческое сознание, способное выявить законы развития как множества отдельных объектов, так и Вселенной в целом. Когда человечество осознало эволюционный характер окружающего его мира, познание Вселенной пошло с двух сторон: со стороны обобщения уже разработанных теорий на все более и более глубокие уровни ее организации и со стороны применения их к развитию Вселенной как целого.
Высокоорганизованные объекты относительно независимы от дальнейшего эволюционного процесса во Вселенной в целом. Изучение процессов самоорганизации и неорганической природы показало, что для возникновения организованной системы из низко организованной требуется привести последнюю в сильно возбужденное состояние, весьма далекое от равновесия, после чего некоторые флуктуации, существующие в системе, резко усиливаются и система переходит в новое, организованное состояние.
Современные представления об эволюции Вселенной основываются на стандартной космологической модели Большого Взрыва, которая подтверждается наблюдаемым в настоящую эпоху всеобщим расширением Вселенной, открытием реликтового микроволнового излучения и т.д. Согласно этой модели вначале существовала некая “первоматерия” с исключительно высокой степенью симметрии, эволюция которой привела к Большому Взрыву. Где–то около планковского времени образовался суперструнный вакуум, а затем суперструны.
Новый этап эволюции Вселенной связан с возникновением элементарных частиц как колебательных мод суперструн, которые вышли на сцену с уменьшением планковской температуры.
Кратко описанная модель позволяет выделить ряд процессов самоорганизации и деградации: 1. Исходный вакуум; 2. Возникновение суперструн; 3. Рождение частиц; 4. Разделение вещества и излучения; 5. Рождение Солнца, звезд, галактик; 6. Возникновение цивилизации; 7. Гибель Солнца; 8. Гибель Вселенной.
Согласно стандартной модели, исходным состоянием Вселенной было квантовое вакуумное состояние. С философской точки зрения – это важное основоположение космологии, свидетельствующее о качественной неуничтожимости материи и движения. Образованию суперструн предшествовало возникновение стабильной метрики пространства–времени суперструнного вакуума. Важнейшим этапом самоорганизации Вселенной является рождение частиц, а затем нарушение суперсимметрии, после чего стала возможной идентификация фермионов и бозонов и, тем самым, разделение вещества и сил. Отделение излучения от вещества позволило ему стать связующим звеном между вещественными объектами. С возникновением Солнца, звезд и галактик появились базовые объекты для отсчета движения макротел.
Стандартная космологическая модель охватывает основные этапы в эволюции Вселенной, однако она не отвечает на вопрос о причине Большого Взрыва (космического отталкивания).
Следует обратить внимание, что процессы самоорганизации материи имеют прямое отношение к процессам нарушения симметрии. Все развитие Вселенной, от ее рождения до современного состояния, есть последовательность нарушения симметрий, ведущая к появлению все большего многообразия материальных структур из первоначальной единой целостной высокосимметричной структуры. Сказанное можно распространить и на возникновение жизни, различных существ, языков, культур, искусств, религий и т.д. Всякий раз, когда нарушалась симметрия (спонтанно или неспонтанно), появлялось нечто новое. Можно сказать, что все существующее сейчас есть результат нарушения симметрии.
Возникшая Вселенная есть вещь в себе, целостное бытие, но как только во Вселенной рождается множественность, она становится явлением. Для мыслящего существа (способного к сознанию, самосознанию, оценке и принятию решений), Вселенная представляется в виде множественного бытия, пространственно–временного мира явлений, за которым, однако, скрывается целостность. И вещь в себе, и явление, и целостность, и множественность суть аспекты действительности, диалектические противоположности, познаваемые соответственно путем интеллектуального и чувственного созерцаний. Рождением мышления Вселенная показывает саму себя (при познании ее) во всей своей внутренней красоте, проявляющейся через множественный мир явлений. Целостность же сама по себе малоинтересна в силу ее эквивалентности ничто, в котором, собственно, нечего познавать (в этом смысле вещь в себе не познаваема).
С самоорганизацией Вселенной связан процесс самоорганизации пространства–времени, ведущий к эволюции физических объектов, на которых можно эксплицировать разные концепции пространства–времени. Исходный неметрический вакуум можно охарактеризовать доинфляционным пространством и временем. Большой Взрыв привел к эволюции вакуума, достигшей, в конце концов, метрической определенности, характеризующейся суперструнным вакуумным пространством–временем, затем возникло 10–мерное квантованное суперструнное поле и соответствующее ему суперструнное пространство–время. С акта самоорганизации суперструнного поля до развертывания его четырех измерений имело место суперструнное пространство–время. С возникновением частиц и образованием гравитационного поля процесс самоорганизации привел к классическому гравитационному пространству–времени. Последнее приобрело фундаментальное значение, ибо все эволюционирующие процессы внутри Вселенной (на масштабах больше планковских) можно рассматривать происходящими на его фоне. Кривизна гравитационного пространства–времени уменьшалась с увеличением радиуса Вселенной, при некотором радиусе (в малых областях) пространство–время можно считать плоским. Переход к плоскому пространству–времени не является качественным скачком, поэтому не принадлежит к процессам самоорганизации материи.
После отделения вещества от излучения, возникновения больших масс (звезд, галактик), дальнейшего увеличения радиуса Вселенной, стало возможным реализовать пространство–время реляционно, но после распада барионов реляционное пространство–время опять потеряет свой смысл. Оно имеет значение лишь в небольшом оазисе на шкале эволюции Вселенной, связанном с существованием макротел и излучения.
Итак, базовым концептуальным пространством–временем во Вселенной является вакуумное пространство–время, которое существенно на ранней стадии ее эволюции. Суперструнное пространство–время возникло из него и преобладает на следующей стадии эволюции Вселенной планковской эпохи. Классическое гравитационное пространство–время возникло из суперструнного пространства–времени и существенно для послепланковской эпохи. Реляционное пространство–время преобладает в областях слабого гравитационного потенциала, наполненных макротелами и электромагнитным излучением. Оно не возникло из классического гравитационного пространства–времени, но существует на его фоне.
Наличие самоорганизующихся систем позволяет по–новому взглянуть на причинность. Под физической причинностью понимают наличие физических причин, т.е. неких воздействий, в результате которых происходит изменение в материальной системе. Следует различать состояние материальной системы и переход ее в новое состояние (процесс). Процесс может описываться, а может и не описываться эволюционным уравнением. Состояние будет классическим, если оно строго определено, и статистическим, если оно вероятностно. По характеру воздействий причины могут быть внешними, внутренними и совместными (теми и другими). Переходы из одного состояния в другое могут быть однозначно определенными или вероятностными, могут совершаться под действием внешних или внутренних (или совместных) воздействий. Однозначные переходы можно назвать динамическими, вероятностные – статистическими, они определяются типом воздействий, среди которых можно выделить динамические и статистические.
Состояния рассматриваются в определенный момент времени и в определенной области пространства, переходы же происходят в течение определенного промежутка времени как в ту же, так и в другую область пространства. Поэтому причинность связана не только с типом систем, но и со свойствами пространства–времени, которые могут быть различными в различных своих частях. Поскольку вместе с эволюцией Вселенной эволюционирует и пространство–время, то будет изменяться и форма причинности. Значит в причинности можно выделить два аспекта: системный и пространственно–временной.
Обычно рассматривают причинность по отношению к переходам (процессам), но явление самоорганизации материи показывает, что переходы связаны с состояниями и могут происходить только из специфических (сильно возбужденных) состояний. Поэтому причинность следует распространить и на состояния.
На каждой стадии пространственно–временной эволюции Вселенной имеют место определенные формы системной причинности, всегда сопровождающей пространственно–временную причинность. Следует отметить самоорганизационную форму при переходе от Большого Взрыва к метрическому суперструнному вакууму, а также при переходе от суперструнного поля к гравитационному полю. Однако нельзя рассматривать эволюцию системного аспекта причинности в связи с эволюцией Вселенной, ибо процессы самоорганизации происходят и сейчас в отдельных участках Вселенной вне зависимости от ее эволюции. Значит, самоорганизационная форма причинности не эволюционирует, а проявляется по–разному в разные моменты времени на разных участках эволюционирующей Вселенной. То же самое можно сказать и относительно других форм системной причинности. Поэтому системную причинность можно назвать локальной причинностью в противоположность глобальной причинности, связанной с пространством–временем.
Источник
Вселенная как самоорганизующаяся система
Скачать презентацию
Самоорганизацией называют природные скачкообразные процессы, >>
Вселенная как самоорганизующаяся система. Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых протекает по единому алгоритму. В основе этого алгоритма заложена присущая материи способность к самоорганизации, проявляющаяся в критических точках системы. Самая крупная из известных человеку систем — это развивающаяся Вселенная.
Слайд 36 из презентации «Тела солнечной системы». Размер архива с презентацией 1391 КБ.
Астрономия 10 класс
«Тела Солнечной системы» — Строение кометы: Происхождение планет. Космические гости. Название спутника: Фобос Деймос Диаметр: 23 км. 16 км. Галилеевы спутники Юпитера :Ганимед, Каллисто, Ио, Европа. Метеориты. ПЛАН: Развитие астрофизики. Кометы являются самыми эффективными небесными телами в Солнечной системе. Планеты земного типа Меркурий, Венера, Земля, Марс. Астероиды –малые тела Солнечной системы. Спутники Юпитера. Период обращения (год): 165 лет. Луна- спутник Земли. Macca: 2 *1030кг.
«Галилей» — Ученики Галилея. ВЫПОЛНИЛА: Иванова Светлана Ученица 10 Б. В 1592 году Галилей занял кафедру математике в Падуе. Содержание: Галилей сделал много открытий в астрономии. Введение: Биография. Введение Биография Достижения учёного Ученики Галилея Заключение Список литературы. В 1637 году Галилео Галилей ослеп. Галилео Галилей родился 15 февраля 1564 в Пизе. Торричелли, ставший выдающимся физиком и изобретателем.
«Сергей Королев» — А с 1946 г. С. П. Королёв начинает работу по созданию мощных баллистических ракет. С пяти лет Королёв заинтересовался космосом. Операция оказалась роковой – Сергей Павлович умер. Космической эрой называют наше время. Сергей Павлович Королёв (1906 — 1966). Уже 1934 г. Выходит книга Королёва «Ракетный полёт в стратосфере». Тогда С. П. Королёв написал: «Луна твёрдая, С. Королёв». Но «многое сделать» уже не удалось.
«Освоение космоса человеком» — Впервые в мире космический корабль с человеком на борту ворвался в просторы Вселенной. «Леонов в космосе». Ракеты носители. Недавно Марс исследовал первый марсоход — PathFinder(Следопыт)! Вывод. Почетный член Международной академии астронавтики. Космические агентства. Важнейшие этапы:
«Космонавт Юрий Гагарин» — Гагарин остался в числе отобранных летчиков — кандидатов в космонавты. Создатели проекта: Балаян Тигрануи Холуёв Максим. Краткая аннотация. Памяти Юрия Алексеевича Гагарина, патриота и гражданина. Название проекта: МОУ Кубинская СОШ №1. Информация об авторах проекта. Работа посвящается Гагарину Юрию Алексеевичу, первому летчику- космонавту. Презентация экспериментально провелась в одном из начальных классов.
Всего в теме «Астрономия 10 класс» 9 презентаций
Источник
Научные Чтения
памяти К.Э.Циолковского
г. Калуга
Россия
КОСМОС К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО И САМООРГАНИЗУЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ
2. Космос К.Э. Циолковского выступает как целостная динамическая система, в которую включены существа, олицетворяющие «высший разум», в будущем к ним присоединится и наше человечество. Космос находится в общем потоке изменений: одни структуры различных уровней возникают из других, эволюционируют и распадаются, а образующие их «атомы-духи» вступают в бесконечное число новых комбинаций. Эти изменения, в общем обратимые, Циолковский видел как единый процесс коэволюции микромира, мегамира и космического разума. Специфика глобального эволюционизма в космической философии Циолковского состояла в том, что эволюция подчиняется, с одной стороны, «причине Вселенной» и ее «воле», а с другой — направляется разумом космических цивилизации и включает их преобразующую деятельность. Таким образом, глобальный эволюционизм в понимании Циолковского, т.е. совокупность эволюционных процессов в нашем и других космосах, не самодостаточен и в конечном счете дополняется креационизмом — сотворением космоса «первопричиной».
3. Современный этап разработки идеи глобального эволюционизма имеет ряд особенностей, качественно отличающих его от всех предшествующих ее вариантов — в том числе и от варианта, представленного космической философией.
Если раньше физика, по сути, выпадала из идеи глобального эволюционизма, оставаясь наукой неэволюционной, то после появления синергетики (работы И.Пригожина, Г.Хакена и др.) ситуация совершенно изменилась. Идеи эволюции и самоорганизации проникли и в физику. Сама наука прослеживает сейчас единую цепь процессов эволюции и самоорганизации от рождения вселенных при спонтанных флуктуациях вакуума до антропо- и социогенеза. Концептуальный аппарат идеи глобального эволюционизма настолько сблизился с теорией самоорганизации, что их рассматривают даже как синонимы. Сформировалось новое видение Вселенной как сложной самоорганизующейся нелинейной системы, содержащей спектр центров притяжения (аттракторов), которые определяют различные варианты эволюции. Процессы самоорганизующейся Вселенной носят стохастический, нередко спонтанный характер. Примечательная черта этих процессов — наличие точек бифуркации, в окрестности которых происходит не предсказуемый заранее выбор одного из возможных эволюционных трендов в общем потоке необратимых изменений. Это заставляет вспомнить мысли Аристотеля о потенциально возможном и действительном бытии, реализующем лишь незначительную часть создаваемых процессом самоорганизации потенциальных возможностей.
Эволюционизм космической философии Циолковского содержит некоторые «прообразы» современной теории самоорганизации, но лишь в самой зачаточной форме.
4. Важнейшим событием в процессе самоорганизации нашей Вселенной, Метагалактики, было само ее возникновение в форме спонтанной флуктуации вакуума (согласно современной теории). Потенциально вакуум содержит в себе бесчисленное множество вселенных с бесконечно разнообразными свойствами, из которых наша Вселенная представляет собой один из осуществившихся вариантов. Если считать, что комбинация фундаментальных параметров, определяющих некоторые свойства нашей Вселенной, фиксируемая антропным принципом, возникла («была выбрана») случайно, то процесс генезиса нашей Вселенной был первой грандиозной бифуркацией, предопределившей многие черты дальнейшего хода ее эволюции и самоорганизации.
5. Существенная черта самоорганизующихся систем — присущая им «память». В этом контексте интересно, что наша расширяющаяся Вселенная, как отмечали Я.Б.Зельдович и И.Д.Новиков, «помнит» начальные условия своего рождения.
6. В процессах самоорганизации Вселенной выделяется ряд «эр», последовательно породивших сначала элементарные частицы, из которых построены различные наблюдаемые нами структуры, а затем сами эти структуры, и, наконец, исследующего их человека. В ранней Вселенной космологи выделяют, например, эры планковскую, адронную, лептонную, излучения. Затем наступила длительная «эра вещества»; она продолжается и сейчас. Характерная черта самоорганизующейся Вселенной — коэволюция процессов усложнения на микро- и макроуровнях (например, возникновение водорода и большей части гелия в ранней Вселенной, тяжелых химических элементов — в процессах звездной эволюции, биологических систем — в ходе дальнейшего усложнения макроструктуры Вселенной). В отдаленном будущем во Вселенной, согласно некоторым современным экстраполяциям, должно произойти завершение существования «эры вещества»: распад планетных и звездных систем, окончание эры звезд, что связано с исчерпанием внутренних источников их энергии, окончание эры «черных дыр», распад вещества и его превращение в излучение. Процессы другого типа будут происходить в пульсирующей Вселенной.
Названные процессы, согласно теории самоорганизации, содержат в себе множество бифуркаций. Естественно, однако, что сама эта концепция заставляет с осторожностью относиться к экстраполяциям на 1О в сотой степени и более лет в будущее.
В космической философии Циолковского, возникшей до появления физики элементарных частиц, подобным процессам, конечно, не было места.
7. Еще один принцип выделения «эр» эволюции Вселенной был предложен уже давно П.Тейяром де Шарденом. Он исходит из становления феномена человека. Хотя человек, согласно Тейяру, потенциально уже заложен в «ткани универсума», но в действительности жизнь и разум возникают лишь в ходе космической эволюции, включающей: преджизнь, жизнь, мысль (развертывание ноосферы). В будущем допускается выход в «сверхжизнь», к духовному целому универсума. Наличие «психической» составляющей, присущей каждой живой частице, в некотором отношении сближает позиции Тейяра и Циолковского. (Вероятно, допустимо говорить, что жизнь и разум являются аттракторами для самоорганизующейся Вселенной). Но сами «эры» не находят себе аналогов в космической философии. Согласно идеям Циолковского все живо, никакой «преджизни» нет, жизнь, мысль и «сверхжизнь» сосуществуют в бесконечности. Очевидно, эти «эры», если только под «сверхжизныо» мы будем понимать, в отличие от Тейяра, космические ноосферы, достигшие высочайшей ступени развития, лишь дополняют «физикалистский» взгляд на самоорганизующуюся Вселенную.
8. Характер самоорганизации Вселенной в существенной степени выражается открытым А.Л.Чижевским воздействием космических факторов (особенно солнечной активности) на геофизические, биологические, социальные процессы. С этой точки зрения человек, действительно, встроен в динамическую нелинейную систему «человек-космос», являясь ее неотъемлемой частью. Не только биологическая, но и социальная история оказывается продолжением процесса самоорганизации Вселенной. Нелинейность этого процесса проявляется, например, в том, что сравнительно малые по энергетике гравитационные воздействия планет на Солнце вызывают огромные эффекты в виде всплесков солнечной активности, столь значимых для процессов в биосфере
9. Самоорганизация Вселенной — естественный процесс, но из него не может быть исключена деятельность человеческою разума, которая проявляет себя в разнообразных формах, включая научно-познавательную и технологическую. Следует, конечно, различать развитие техносферы по своим собственным законам (что приводит к самым негативным последствиям) и развитие ноосферы согласно концепции В.И.Вернадского (ее возникновение на Земле и, возможно, в других местах Вселенной, — это своеобразная бифуркация). Развитие ноосферы подчиняет логику техногенного развития «научному мировоззрению» и, в конечном счете, разуму. Только вторая из этих альтернатив может быть включена в процесс самоорганизации Вселенной. Несомненно, здесь мы имеем дело с качественно новым моментом этого процесса.
Одной из самых спорных сейчас является проблема пределов человеческой деятельности. С одной стороны, речь идет о существовании (или, как считает автор, отсутствии) принципиальных границ познания. С другой — об ограничении масштабов техногенного воздействия на биосферу, а потенциально — о существовании границ такого воздействия и в космических масштабах (вопреки образу космоса как «бездонной кладовой», который мы постоянно встречаем у Циолковского). Мы приближаемся к очередной бифуркации, в которой нам предстоит сознательный выбор одного из вариантов будущего, обеспечивающего выживание человечества. Не исключено, что предопределяющая этот выбор глубинная экология, выдвигающая новое понимание взаимоотношения человека и окружающей его среды, может оказаться одним из факторов самоорганизации Вселенной. Но, во всяком случае, предсказанная Циолковским бифуркация, при которой человек станет мощным фактором эволюции космоса, оказывается пока прогнозом крайне проблематичным.
Тезисы подготовлены при поддержке РГНФ, проект 00-03-00163.
