2. Современная картина мира

Современная картина мира базируется на таких мировых достижениях в области естествознания как принцип глобального эволюционизма; принцип системного развития; синергетика; релятивистская физика, модель расширяющейся вселенной и другие концепции.

2.1 Принцип глобального эволюционизма.

Принцип глобального эволюционизма. Вселенная в целом и во всех своих проявлениях не может существовать вне развития.

Дарвин, предложил механизм его осуществления впервые приложив принцип эволюционизма к одной из областей действительности, заложив таким образом основы теоретической биологии. Г. Спенсер, попытался применить идей Дарвина в области социологии, он доказал принципиальную возможность применения эволюционной концепции, к иным областям мира не составляющими предмет биологии. Но в целом классическое естествознание оставалось не затронуто идеями эволюционизма, эволюционирующие системы рассматривались как случайное отклонение, результат, локальных возмущений. Первыми попытались распространить применение принципа эволюционизма за пределы, биологических и социальных наук физики. Они выдвинули гипотезу расширения Вселенной, данные астрономии вынуждали признать несостоятельность предположения о ее стационарности. Вселенная явно развивается, начиная с гипотетического Большего взрыва давшего энергию для ее развития. Эта концепция была предложена в 40-е и окончательно утвердилась в 70-е гг. Таким образом, эволюционные представления проникли в космологию, концепция Большего взрыва оказала влияние на представления о последовательности появления веществ во Вселенной. Первоначально на один из компонентов вещества не мог существовать, лишь спустя некоторое время после Взрыва образовалось некоторое количество ядерного материала, (ядер атомов, водорода и гелия), затем возникли целые атомы с полными электронными оболочками, но только легких элементов, многообразие, составляющее периодическую таблицу, возникает только в ходе синтеза в недрах звезд первого поколения[3].

В XX веке эволюционное учение интенсивно развивалось в рамках его прародительницы биологии. Современный эволюционизм в научных дисциплинах биологического профиля предстает как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биогеоценотическом). В настоящее время основная работа ведется на молекулярно-генетическом уровне, благодаря чему создана синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма). Удалось развести процессы макроэволюции (на популяционном уровне) и макроэволюции (на надвидовых уровнях), установила в качестве элементарной единицы популяцию и т. д. Можно привести пример из других областей естество знания – в геологии, например, утвердилась концепция дрейфа континентов. Возник ряд дисциплин, которые возникли именно благодаря применению принципов развития и поэтому были эволюционны в самой своей основе: биогеохимия, антропология и т.д.

2.2 Синергетика.

Одним из результатов внедрения принципа универсального эволюционизма было возникновение синергетики. В классической науке господствовало убеждение, что материи свойственна тенденция к понижению степени ее упорядоченности, стремление к равновесию, что в энергетическом смысле означает хаотичность. Такой взгляд на природу был сформулирован в рамках равновесной термодинамики (то есть, науки о превращении различных видов энергии друг в друга). Первое начало термодинамики – закон превращения и сохранения энергии в принципе не запрещает перехода энергии от менее нагретых тел к более нагретым, единственное условие, что бы общее количество энергии не изменялось. В реальности мы непосредственно такого не наблюдаем, поэтому в термодинамику было введено новое понятие энтропии, то есть меры беспорядка системы. Второе начало термодинамики приняло следующий вид: при самопроизвольных процессах в системах имеющих постоянную энергию энтропия всегда возрастает. В системе с постоянной энергией, то есть изолированной от внешней среды упорядоченность всегда со временем становится меньше, максимальная энтропия означает, полное равновесие и полный хаос. Применительно к вселенной в целом, которую тоже можно рассматривать как замкнутую систему с постоянной энергией, из этого следует, что рано или поздно вся энергия превратится в тепловую. Тепловая энергия рассеется, равномерно распределится между всеми элементами системы. Однако уже в то время когда принцип не убывания энтропии во Вселенной считался абсолютно универсальным и непреложным, были известны системы противоречащие ему. Степень их упорядоченности, со временем не убывала, а возрастала. К ним относились, прежде всего, живые организмы и их сообщества. Когда принцип эволюционизма, был распространен на другие уровни организации материи, противоречие стало еще заметнее. Стало очевидно, что для сохранения целостной не противоречивой картины мира нужно признать, что в природе действует не только разрушительный, но и созидательный принцип. Что материя способна самоорганизовываться и самоусложняться. На волне этих проблем возникла синергетика – теория самоорганизации. В настоящее время она развивается по нескольким направлениям: синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И. Пригожин) и др.

Общими положениями для всех для них являются следующие[4]:

-       процессы разрушения и созидания во Вселенной по меньшей мере равноправны;

-       процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

Таким образом, синергетика ставит перед собой задачу выявление некого универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация как в живой, так в неживой природе. Под самоорганизацией в данном случае понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложного к более сложным и упорядоченным формам организации.

Объектами синергетики являются системы, которые: открытые, то есть, способны обмениваться веществом с окружающей внешней средой;  неравновесные, то есть находящиеся в состоянии далеком от термодинамического равновесия.

Развитие таких систем, приводящее к постепенному нарастанию сложности, протекает следующим образом первая фаза – период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, приводящими в итоге к некому неустойчивому критическому состоянию. Вторая фаза – выход из критического состояния одномоментно скачком и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности. Особенно важно учесть, что переход в новое устойчивое состояние не является однозначным. Система достигшая, критического состояния находится как бы на развилке, оба варианта в момент выбора являются одинаково возможными. Но как только выбор сделан, и система достигла нового состояния равновесия, обратного пути нет, развитие систем такого рода всегда необратимо и непредсказуемо, точнее любые прогнозы ее развития могут носить лишь вероятностный характер.

Синергетическая интерпретация явлений открывает новые возможности их изучения. В обобщенном виде новизна синергетического подхода состоит в следующем:

-       хаос не только разрушителен, но и созидателен, развитие осуществляется, через неустойчивость (хаотичность);

-       линейный характер эволюции сложных систем, не правило, а частный случай, развитие большинства систем носит нелинейный характер, для сложных систем всегда существует несколько возможных путей развития.

Развитие осуществляется через случайный выбор одной из нескольких возможностей дальнейшей эволюции, следовательно, случайность необходимый элемент эволюции.

Синергетика возникла на базе физических дисциплин – термодинамики, радиофизики и пр. Но в настоящее время ее идеи уже имеют междисциплинарный характер, они подводят базу под глобальный эволюционный синтез, осуществляющийся в науке.

3. Системный подход в современной картине мира

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета и т.д. может быть рассмотрен как система – сложное образование, включающее составные части, элементы и связи между ними. Элемент в данном случае означает минимальную, далее неделимую часть данной системы.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы, устойчивые связи определяют упорядоченность системы. Связи по горизонтали – координирующие, обеспечивают корреляцию системы, ни одна часть системы не может измениться без изменения других. Связи по вертикали – связи субординации, одни элементы системы являются более значимыми, чем другие, и подчиняются им. Система обладает признаком целостности – это означает что все ее составные части, соединяясь в целое, образуют нечто обладающее качествами не сводимыми к качествам отдельных элементов. Согласно современным научным взглядам все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. В естественных системах выделяют два больших класса систем: системы неживой и живой природы. Принято так же выделять три уровни строения материи[5]:

-       Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины от долей миллиметра до километров и временные измерения от долей секунды до лет;

-       Микромир – мир предельно малых непосредственно ненаблюдаемых объектов, пространственная размерность от 10^-8 см до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 с;

-       Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние измеряется световыми годами, а время миллионами и миллиардами лет.

4. Сущность живого в современной картине мира

В развитии биологии выделяют три основных этапа. Первый – систематики (Карл Линней), второй – эволюционный (Чарльз Дарвин), третий – микробиологии (Грегор Мендель).

Современная биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. Первое. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах. Второе. Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию. Третье. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражители – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных. Четвертое. Живые организмы способны не только изменяться, но и усложняться. Они могут создавать новые органы, отличающиеся от породивших их структур. Пятое. Живое способно к самовоспроизведению. Шестое. Живые организмы способны передавать потомкам заложенную в них информацию, содержащуюся в генах – единицах наследственности. Эта информация в процессе передачи может видоизменяться и искажаться. Это предопределяет изменчивость живого. Седьмое. Живые организмы способны приспосабливаться к среде обитания и своему образу жизни[6].

Из совокупности этих признаков вытекает следующее обобщенное определение сущности живого: Жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты.

Структурный или системный анализ обнаруживает, что мир живого чрезвычайно многообразен и имеет сложную структуру. Условно на основе критерия масштабности можно выделить следующие уровни организации живого вещества:

-       Биосферный. Включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

-       Уровень биогеоцинозов. Отражает структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему.

-       Популяционно-видовой уровень. Образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида.

-       Организменный и органно-тканевый уровни. Отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ.

-       Клеточный и субклеточный уровни. Отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры.

-       Молекулярный уровень. Отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации.

4.1 Клетка как элементарный структурный компонент живой материи.

Живая клетка является фундаментальной частицей структуры живого вещества. Она является простейшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе способностью переносить генетическую информацию. Клеточная теория была создана немецкими учеными Теодором Шванном и Матиасом Шлейденом. Ее основное положение состоит в утверждении, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по своему строению. Исследования в области цитологии показали, что все клетки осуществляют обмен веществ, способны к саморегуляции и могут передавать наследственную информацию. Жизненный цикл любой клетки завершается или делением и продолжением жизни в обновленном виде, или гибелью. Вместе с тем выяснилось, что клетки весьма многообразны, они могут существовать как одноклеточные организмы или в составе многоклеточных. Срок жизни клеток может не превышать нескольких дней, а может совпадать со сроком жизни организма. Размеры клеток сильно колеблются: от 0,001 до 10 см. Клетки образуют ткани, несколько типов тканей – органы, группы органов, связанные с решением каких-либо общих задач называются системами организма. Клетки имеют сложную структуру. Она обособляется от внешней среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром, обмен с ним веществом, энергией и информацией. Метаболизм клеток служит основой для другого их важнейшего свойства – сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки. Это свойство клеток, присущее всей живой системе, называют гомеостазом. Гомеостаз, то есть постоянство состава клетки, поддерживается метаболизмом, то есть обменом веществ. Обмен веществ – сложный, многоступенчатый процесс, включающий доставку в клетку исходных веществ, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и отходов.

В настоящее время к миру живого относят также вирусы, которые не имеют клеточной структуры. Кроме того, существуют также некоторые организмы с клеточным строением, клетки которых не имеют типичной структуры. Это так называемые прокариоты, их клетки не имеют ядер. Прокариоты являются историческими предшественниками организмов с развитыми клетками. К ним относят бактерии и сине-зеленые водоросли. Нити нуклеиновых кислот у этих клеток расположены не в ядре, а в цитоплазме.

Общепризнано, что структуры, управляющие жизнедеятельностью клетки, расположены в ядре в длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), исходной единицей которых является ген (от греч. «рождающий»).

4.2 Принципы биологической эволюции.

Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы в биологию началось в конце XVIII в. благодаря работам французского биолога Ламарка. Ламарк объяснил изменчивость видов взаимодействием двух факторов: влияния внешней среды (питание, климат, упражнение органов) и наследственности. Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно разрешены Ч. Дарвином в его работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859), которая заложила основу учения о биологической эволюции. Это наука о причинах, движущих силах и закономерностях изменения и развития живых организмов. Эволюционное учение является теоретической основой современной биологии. С точки зрения теории эволюции все многообразие живой природы является результатом действия трех взаимосвязанных факторов: наследственности, изменчивости и естественного отбора. Эти выводы теории эволюции базируются на следующих наблюдениях. Во-первых, в любой популяции животных наблюдается изменчивость составляющих ее особей. Во-вторых, некоторые из этих изменений получены от родительских особей, другие являются результатом приспособления к окружающей среде и приобретены в течение жизни. В-третьих, рождается, как правило, гораздо большее число организмов, чем доживает до стадии размножения. Причем выживают те организмы, которые обладают сочетанием признаков, повышающих вероятность их выживания и размножения. Если эти признаки закреплены в генах, они передаются потомству. Наиболее ярко эволюционные процессы проявляются на уровне популяций (длительно существующих групп особей, устойчиво сохраняющихся на протяжении жизни многих поколений). Виды, как правило, состоят из нескольких популяций, хотя бывают и исключения. Появление элементарных эволюционных изменений в популяции, то есть ее новых устойчивых признаков, передающихся по наследству через несколько поколений зависит от следующих эволюционных факторов. Первое. Перестройка генов – мутационный процесс. Является основой разнообразия особей в популяциях, но он основан на случайности и не определяет направление эволюции. Второе. Популяционные волны – резкие колебания численности особей, они могут резко менять число встречающихся мутаций, создавая те или иные предпосылки для эволюционных изменений. Третье. Изоляция – возникновение препятствий, уменьшающих возможности обмена генетической информацией с другими группами особей данного вида. Она выступает как фактор, закрепляющий начальную стадию дифференциации генофонда обособившейся группы. Четвертое. Естественный отбор – выживание и оставление потомства. Этот фактор действует на всех стадиях развития особи, причем отбор закрепляет именно те особенности, которые полезны данному виду как целому. Эти признаки могут быть вредны для особи, но полезны для популяции. Таким образом, весь ход эволюции видов ведет к тому, что признаки, обеспечивающие выживание в данных условиях, встречаются в популяции все чаще от поколения к поколению, определяя направление развития вида. Эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых организмов. Указанные факторы действуют не только на популяционном и видовом уровне как микроэволюции, но также и на надвидовом уровне как макроэволюция, образуя новые виды и классы живого. Современная сложная структура живого является результатом продолжавшейся миллионы лет макро- и микроэволюции.

Комплекс представлений о макро- и микроэволюции, сложившийся к середине ХХ в., стали называть синтетической теорией эволюции. Генетика – это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки методов селекции, то есть создания новых пород животных, видов растений и т.д.

Основными направлениями исследований ученых-генетиков в ХХ в. стали[7]:

-       Изучение элементарных материальных структур, которые являются носителями генетической информации, единицами наследственности.

-       Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации.

-       Изучение механизмов реализации генетической информации, ее претворение в конкретные признаки и свойства организма.

-       Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.

Крупнейшие открытия современной генетики связаны с установлением способности генов к перестройке – мутирование. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида – мутанта. Причины мутаций (изменения генной информации) до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации, так называемые мутагены. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. или действием экстремальных факторов, например, некоторых химических веществ или радиоактивных элементов. Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы.

Заключение

В результате проделанной работы были изучены основные аспекты современной научной картины мира.

Говоря в целом, необходимо отметить, что сегодня вновь строятся модели доньютоновских времен, когда живой мир не  был отделен от мира неживого. Сегодня вновь обращаются к мировоззрению Востока, не выделявшего человека из общей картины мироздания. Землю вновь рассматривают как живой организм, говорят о гуманизации естественных наук.

Классическое естествознание уделяло внимание понятиям, характеризующим замкнутые системы и линейные соотношения. Современная наука, признавая правомерность изученных ранее моделей, перешла к исследованию открытых систем, которые обмениваются с окружением энергией, веществом, информацией. Такие системы, более распространенные в природе, характеризуются разнообразием, неустойчивостью, нелинейными соотношениями.

Социальные системы сегодня можно описать сложившимися в естествознании языком и понятиями. В этих системах отмечены волновые явления. развитие обществ представляется поступательным необратимым движением по спирали с элементами повторяемости и цикличности. Историю человечества можно представить как переходы от порядка к хаосу и от хаоса к порядку через механизм самоорганизации. Как и в любой неравновесной системе эти переходы совершаются через точки бифуркации, вблизи которых развитие становится непредсказуемым. Возрастает роль коллективных взаимодействий.

Человечество  переходит в новую – информационную эпоху, что требует переосмысления основных законов развития и позволяет изучать происходящие процессы на компьютерных моделях. Адекватность моделей можно проверять и тем самым корректировать модель, строя социологическую концепцию самоуправления и самоорганизации общества.

Список литературы

1.     Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск: СибАГС, 2001.

2.     Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997.

3.     Самоорганизация в природе и обществе / Сб. Под ред. В.Н. Михайловского. – СПб: наука, 1994.

4.     Тринчер К.С. Биология и информация. – М.: Наука, 1997.

5.     Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. – М.: Наука, 1991.

[1] Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. – М.: Наука, 1991. – с. 104.

[2] Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск: СибАГС, 2001. – с. 57.

[3] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 613.

[4] Самоорганизация в природе и обществе / Сб. Под ред. В.Н. Михайловского. – СПб: наука, 1994. – с. 137.

[5] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 347.

[6] Тринчер К.С. Биология и информация. – М.: Наука, 1997. – с. 81.

[7] Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск: СибАГС, 2001. – с. 95.