Информационный сайт ru-mo
ru-mo
Меню сайта

  • Категории каталога
    Планета и царства природы [58]
    Эволюция жизни [20]

    Форма входа

    Поиск

    Друзья сайта


    Приветствую Вас, Гость · RSS 27.06.2017, 10:06

    Главная » Статьи » Среда обитания » Планета и царства природы

    Мир как большая гонка/ Юрий Биглов

    Мир как большая гонка

    Юрий БИГЛОВ

    1. Большая гонка

    Пытаясь добраться до «вечной» истины сквозь завесу временных и местных догм, я понял, что лежит эта истина далеко, не ближе решения проблемы происхождения человека и его места в мире. Если Вас устраивает представление о чудесном, божественном, из неживого вещества сотворении первых людей, то здесь наши пути расходятся. Я не намерен обсуждать вопрос о творце принципов, единых для мира, но хотел бы найти небольшое число таких принципов, исходя из которых можно правдоподобными рассуждениями вывести остальные наблюдаемые мировые закономерности. Не хотелось бы поминать Творца (кого бы ни считать творцом) по частным поводам. Если мир управляется массой отдельных божественных актов, то нет прока от человеческой способности рассуждать. Может быть, дело обстоит именно так, но ведь и религия сообщает человеку ряд правил, принципов, предлагая верующему руководствоваться ими в своей жизни. То есть необходимость человеческого рассуждения на базе ограниченного набора принципов для определения истины в частных случаях признается и религией. А для ученых такие рассуждения – основная работа (оставим в стороне крайних позитивистов).

    Живут умные люди, и неумные, живут верующие и безбожники, злодеи и праведники. Это заставляет в качестве базовых принципов искать не предписывающие нечто, а принципы, ограничивающие набор возможностей. Ограничение набора возможностей должно быть независимым от воли людей, но должно оставлять поле для очень разных реальных явлений, разных личностей, разных судеб.

    Самое основное ограничение набора возможностей – необходимость сохранения существования человечества, как простого множества человеческих существ. Этого совершенно не достаточно, но это необходимо. А среди условий сохранения существования множества человеческих существ большая часть имеет ту же природу, что и условия сохранения существования животных видов. Следуя в обозначенном направлении, приходим к условиям сохранения любого физического объекта в наблюдаемом нами мире. На каждом шаге мы берем заведомо не все условия сохранения существования, и соблюдение выбираемого нами множества условий является необходимым, хотя и не достаточным.

    Оказывается, физикам давно известен принцип, которому соответствуют все физические явления в наблюдаемом мире. Все остальные закономерности удается вывести из так называемого принципа наименьшего действия. В не слишком строгой словесной формулировке этот принцип состоит в том, что реализуются лишь те процессы, которые для перехода от начального состояния к конечному требуют наименьшей величины произведения работы на время достижения конечного состояния. Получается, что Богу было достаточно сотворить лишь принцип наименьшего действия, чтобы освободиться от необходимости управлять каждым атомом в отдельности.

    Этот принцип иллюстрируется, в частности, движением камня с горы. Работа силы тяжести при спуске камня пропорциональна перепаду высот, и её количество не зависит от пути камня. Поэтому путь между двумя высотами камень в соответствии с принципом наименьшего действия проходит по линии наибольшего ската (если катится не слишком быстро и не подпрыгивает при движении) и оказывается в нижней точке за минимальное время. Не наблюдая движение, можно восстановить часть истории камня – от начальной точки до ямки в конце пути. Но таких ямок в истории камня может быть множество, и, пребывая в любой из них сколь угодно долго, камень не нарушает принцип наименьшего действия. Отметим, что ямка, в которой имеет смысл искать камень, обязательно должна находиться на линии наибольшего ската. В этом можно увидеть основание причинности, то есть возможности для каждого события указать событие-причину.

    Правдоподобными рассуждениями от одного этого принципа удается прийти и к закону сохранения энергии, и к другим законам сохранения. В общем, у физиков с принципами – относительный порядок (хоть и не без оговорок).

    В области уровней энергии и временных интервалов, с которыми имеют дело люди в повседневной практике, физика сегодня рисует картину мира, на первый взгляд непривычную. Но свидетельства справедливости этой картины каждый может увидеть во множестве явлений своей жизни.

    В этой картине любой предмет (физический объект) образуется объединением нескольких составляющих его предметов, и такое объединение представляет собой ловушку (потенциальную яму) для составных частей, вроде ямки для камешка. Попадая в эту ловушку, несколько ранее свободных составных частей теряют – сбрасывают, передают другим предметам некоторое количество энергии. Чтобы теперь выбраться из ловушки, то есть чтобы предмет разрушился, нужна внешняя подпитка энергией – нужно вытолкнуть камешек из ямки. Такая подпитка – разрушающий удар всегда рано или поздно находится, и источником энергии служит возникновение какого-нибудь другого предмета, с неизбежным выделением порции энергии. В качестве возникающих и разрушающихся предметов выступают все предметы мира – от микрочастиц до космических объектов. В этой карусели предметами являемся и мы, Вы и я, и все человечество. Нет исключений. Любой предмет, существующий сейчас, цел лишь потому, что еще не встретился со своей разрушительной порцией энергии. Но масштабы актов творения столь различны и количество этих событий в каждый момент столь велико, что своя порция достанется каждому.

    Время существования конкретного предмета имеет случайную по своей величине продолжительность. Средняя продолжительность существования тем больше, чем глубже ловушка, то есть – чем прочнее соединение, чем больше энергии нужно на подпитку составных частей предмета для его разрушения. Такая зависимость объясняется разной частотой мощных и слабых событий. Чем больше мощность события, тем реже оно происходит. Слабый ветер дует чаще сильного, а сильное землетрясение происходит на фоне множества слабых толчков. Случайное распределение уровней энергии в больших и маленьких частях мира является источником того, что в мире устойчивы лишь статистические закономерности. Таким образом, в принципе наименьшего действия можно увидеть источник как причинности, так и случайности, проявляющихся параллельно в каждом событии.

    Интересно посмотреть, как эта картина мира помогает понять (правдоподобно объяснить) известные процессы в окружающем мире.

    На Солнце идёт мощный процесс слияния ядер атомов вещества. Каждый такой акт приводит к образованию более прочного ядра, а в окружающую среду сбрасывается (излучается) особая частица фотон, уносящая порцию энергии. Эти фотоны составляют солнечный свет, очень малая доля которого попадает на Землю. Земля не прозрачна для света, и попавший сюда поток фотонов частично отражается (рассеивается) обратно в космос, а частично поглощается веществом Земли. Когда Вы подставляете своё лицо солнечному свету, фотоны бомбардируют Вашу кожу, разрушая некоторые молекулы – передавая их частям свою энергию, достаточную для разрыва молекулярных связей. А при поглощении фотона молекулой хлорофилла эта молекула переходит в новое (возбуждённое) состояние, процесс разрядки которого составляет основную часть фотосинтеза в зелёном листе растения. В листе происходят разрывы и возникновения новых молекулярных связей, каждый такой акт имеет свой энергетический баланс. Новые молекулы оказываются достаточно прочными, чтобы просуществовать достаточно долго и послужить началом пищевой цепи множества животных.

    Дальше речь пойдёт, в основном, о людях, о нас с Вами. Но хотелось бы заложить фундамент постройки поглубже. Здесь есть риск потерять Вас – читателя. Не отпугнут ли читателя страницы с описанием таких скучных для большинства людей процессов? Рассчитываю на то, что Вы сами сразу увидите в этих «неживых» примерах множество аналогий с более близкими и интересными вещами. А неприятная глубина фундамента окупится надежностью строения.

    Сначала посмотрим, как образуются новые физические объекты – кристаллы из раствора. Этот процесс подробно изучается в школе, и каждому приходилось что-нибудь растворять или выпаривать. И в кружке с раствором поваренной соли и в, не дай бог, мочевом пузыре идут одинаковые процессы. Обещаю, что этими несколькими страницами исчерпывается сугубо физическая часть нашего построения.

    Итак, имеется раствор некоторого вещества. Молекулы кристаллизующегося вещества хаотически движутся в растворе. Для образования ячейки кристалла, требуется, чтобы молекулы в некоторый момент составили определённую пространственную фигуру. Тогда произойдёт перераспределение электрических сил, сопровождающееся сбросом энергии во внешнюю среду в форме тепла. Главное – это требование одновременности попадания хаотически движущихся молекул в определённое положение относительно друг друга. Только тогда сброс энергии оказывается достаточно большим, а получившийся кристаллик – достаточно прочным. В растворе такие моменты возникают редко. Ситуация меняется, если в раствор помещен кристалл-затравка (зародыш). На кристаллической затравке требуемая конфигурация может набираться постепенно, молекула за молекулой. Правда, присоединение каждой молекулы сопровождается небольшим сбросом энергии, и предварительное соединение молекулы с затравкой имеет малую прочность и само по себе сохраняется недолго. Но этого недолгого времени хватает для набора требуемой конфигурации молекул, чтобы произошло перераспределение электрического поля между ними, и совершился большой сброс энергии, и возник прочный слой кристалла. Скорость кристаллизации на затравке получается в десятки, сотни, тысячи раз более высокой, чем в однородном растворе. Куда сбрасывается энергия? Она передается молекулам раствора, раствор нагревается.

    Основным разрушающим воздействием для предварительного слабого соединения молекулы с затравкой является тепловое движение молекул. Поэтому время жизни этого соединения зависит в первую очередь от температуры раствора. Чем температура раствора ниже, тем дольше существует конкретное предварительное соединение, а, значит, чаще набирается требуемая конфигурация прочного соединения. С понижением температуры раствора кристалл растет быстрее.

    Так путём самоорганизации молекул в неживом мире образуется новый физический объект – кристалл, так ускоряет зародыш кристалла самоорганизацию молекулярного сообщества.

    А вот как выглядит в неживом мире конкуренция – конкуренция кристаллов в растворе. Часто оказывается, что возможны несколько разных типов кристаллических решеток для одного химического состава. Эти кристаллические решетки различаются сложностью – тем, сколько молекул или атомов должны правильно разместиться в пространстве, чтобы произошел достаточно большой сброс энергии, и образовалась очередная ячейка кристалла. Различаются возможные кристаллические решетки и величиной сброса энергии, а, значит, и прочностью. Простого соотношения сложности и прочности нет. В растворе одновременно формируются все возможные для данного химического состава типы кристаллов. При этом быстрее растут более простые кристаллы, ведь правильные (для них) конфигурации молекул или атомов возникают чаще.

    Поверхность уже сформировавшегося кристалла постоянно бомбардируется свободными молекулами раствора, в основном – растворителя. Эти молекулы передают свою энергию уже связанным в кристаллическую решетку молекулам. Часто полученной энергии оказывается достаточно, чтобы связанная молекула вырвалась из ловушки и перешла обратно в раствор. Постоянно соперничают процессы кристаллизации и растворения. Скорость кристаллизации снижается при уменьшении концентрации раствора. Если раствор оставить в покое, то через некоторое время установится равновесие между процессами кристаллизации и растворения.

    Так вот, концентрация равновесия для разных типов кристаллов одного химического состава зависит от прочности связей молекул в кристалле, то есть от глубины ловушки. И если самый простой кристалл не окажется самым прочным, то начнется перенос молекул с вырвавшегося вперед в своем росте простого кристалла в самый прочный кристалл. Через некоторое время самый прочный кристалл вберет в себя молекулы, успевшие побывать в ловушках менее прочных кристаллов. Менее прочные кристаллы будут растворяться и могут исчезнуть совсем. Так выглядит конкуренция кристаллов в борьбе за ресурсы – как соревнование в прочности связей без агрессии. Отметим, что в этой картине мира разрушение – это освобождение составных частей предмета, разделение предмета в себе. Именно составные части получают энергетическую подпитку, но может статься и так, что по внешним причинам уменьшится глубина ловушки, и для освобождения составных частей окажется достаточно их собственной энергии без подпитки.

    В «победившем» кристалле не остается никаких излишеств – только основная структура. Лишь при очень высокой скорости кристаллизации, когда скорость формирования новых ячеек структуры значительно опережает скорость растворения, могут оказаться «захороненными» в кристаллическом массиве обладающие меньшей прочностью соединения молекул – дефекты структуры.

    Как долго просуществует выросший кристалл? Пока по нашей воле или по стечению обстоятельств молекулы кристалла не получат внешнюю энергетическую подпитку достаточной величины. Источник, форма и механизм этой подпитки могут быть очень разными. Подойдет удар молотком, пожар, дождь или извержение вулкана. Для разрушения камня в мочевом пузыре используют ультразвук или электрический разряд. Но обязательно наступит момент, когда молекулы кристалла вырвутся из ловушки и... попадут в другую.

    Здесь приходится несколько усложнить картину. Дело в том, что части, из которых состоит любой предмет, в свою очередь имеют некоторую структуру, и этот ряд вложенных структур бесконечен. Удерживаемые в ловушке части предмета сами являются ловушкой для своих составных частей и имеют ограниченный срок существования. Изменение внутренних частей предмета может оказаться еще одним механизмом его разрушения, за счёт того, что на обломки составных частей могут действовать уже другие физические ограничения, и эти обломки могут, например, просто просочиться через границы, до того – непроницаемые. Льдинки в решете могут растаять...

    Похожая в общих чертах история и у каждой отдельной молекулы, и у сосуда, в котором идет процесс, и у собаки, сидящей у ног экспериментатора, да и у самого экспериментатора.

    Приведенный пример показывает, что, пользуясь представленной здесь очень упрощенной физической картиной мира, можно понять достаточно сложные процессы, умозрительно находить правильные ответы на вопросы «Что будет, если...», эффективно управлять этими процессами.

    Если Вы восприняли предложенную картину мира, то для Вас не будет неожиданным утверждение: тот факт, что человечество существует, может означать лишь одно – до сих пор мы не подверглись разрушительному воздействию достаточного уровня. Все выпавшие на долю людей испытания человечество выдержало. Одновременно это означает, что с каждым днем возрастает вероятность встречи с такими мощными (и очень редкими) воздействиями, которые мы не сможем выдержать. Вся человеческая деятельность может рассматриваться как постоянное наращивание степени защищенности людей от вредных внешних воздействий, то есть как повышение того порога воздействия, который разделяет жизнь и гибель человечества. Хотя человечество обязательно когда-нибудь погибнет, хотя время, ему отпущенное, имеет случайную (непредсказуемую) продолжительность, хотя наступит момент, когда не хватит кубометра газа, килограмма урана, одного талантливого человека, чтобы выжить, момент этот будет тем более отдаленным, чем эффективнее человечество использует отпущенное ему время для наращивания своей защищенности.

    Земля – невысокий остров в океане Вселенной. Мы давно живем на этом острове. И все время мы сроим дамбу для защиты от волн, чередой идущих с океана. Рожаем детей, растим и учим их, и они включаются в вечную стройку – дамба должна защитить людей от большой волны. Много мелких волн. Реже налетают волны покрупнее. Пока мы успеваем наращивать и ремонтировать дамбу. Но, говорят, изредка в океане рождается огромная волна – цунами. Пока мы не готовы – ведь высота цунами может быть очень большой. Когда будет эта волна и какой она будет по высоте, никто не знает. Может – завтра, может – высотой до неба. Нужно спешить. А тут еще новые неприятности. На дамбу пошло много грунта, остров превратился в болото. Нужно искать новые материалы. И укреплять расползающиеся дома. Улететь бы на другой остров – нетронутый нашей работой, не такой низкий. Но Земля для нас – ловушка. Нет энергетической подпитки, чтобы оторваться от нее. Изредка удается наскрести на полет одного – двух человек, но общее освобождение не предвидится. Остается продолжать строительство дамбы, изобретать новые технологии строительства, с надеждой встречать каждый день и с ужасом ждать цунами.

    Некоторые пытаются строить свою частную дамбу. Или башню. Но материал-то на всех один, из одного карьера. Нескольких человек, выживших в частной башне, в частном убежище, ждет невесёлое и недолгое будущее. Лучше уж – выжить или погибнуть всем вместе.

    Очень страшно, когда надежный с виду камень вдруг рассыпается в песок.

    Если Вы не готовы переживать за судьбу всего человечества, то можете без потери смысла применить это представление к отдельной стране или другой общности людей, объединивших свои ресурсы.

    Два процесса идут одновременно – автоматическое увеличение вероятности встречи с новыми редкими опасностями по мере увеличения продолжительности существования человечества и повышение защищенности человечества в результате его деятельности. Идет большая гонка с заведомо проигранным финалом. Дистанция не объявлена. Мы живем, пока не наткнемся на финиш.

    ссылка - http://n-t.ru/tp/mr/mbg01.htm



    Источник: http://n-t.ru/tp/mr/mbg01.htm
    Категория: Планета и царства природы | Добавил: Яковлев (18.05.2008)
    Просмотров: 448
    Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
    [ Регистрация | Вход ]