Принципы отбора

В мире действуют принципы отбора - законы, выделяющие из возможных (виртуальных) состояний определенное множе­ство допустимых, которые и проявляются в природе. Другими словами, все, что происходит в природе, не представляет собой аб­солютного произвола или не все мыслимое реализуется в природе.

В мире неживой природы - это законы физики и химии. Фи­зические законы считаются неизменными, поскольку характерное время их изменения лежит за пределами нашего возможного на­блюдения. Человек способен уточнять их формулировки, исполь­зуя эмпирические данные, но лишь до той степени, пока вме­шательство исследователя не превращает его из наблюдателя в участника событий, как это имеет место при изучении явлений микромира.

Эти законы остаются справедливыми и на уровне живого веще­ства. Но здесь к ним добавляются и свои. Например, стремление сохранить гомеостаз, т.е. относительное динамическое постоян­ство состава и свойств внутренней среды, устойчивость основных физиологических функций организма; дарвиновские законы эво­люции - дарвиновская триада: изменчивость, наследственность и естественный отбор.

На уровне общественной организации общественные законы не могут нарушить законы, определяющие процессы, протекающие в живом и неживом веществе, но и не исчерпываются ими. Обще­ству свойственны свои новые принципы отбора, связанные с целе­направленной деятельностью людей. Эти новые принципы отбора, возникающие в мире по мере усложнения организации, постепен­но становятся менее жесткими, приобретая характер тенденций. Например, закон сохранения энергии никогда не может быть на­рушен, тогда как сохранение гомеостаза - всего лишь тенденция.

Еще более размыт смысл принципов отбора на уровне обще­ственной организации, где они во многом связаны с представле­нием о ценностях, которые возникают в сознании человека. По­следнее является одной из причин неоднозначности развития и многообразия его путей.

К числу важнейших принципов отбора относят законы сохра­нения. Законы сохранения в физике считаются наиболее общими законами природы. Они говорят нам о тех величинах, которые со­храняются при различных взаимодействиях и превращениях. Чис

ло известных нам законов сохранения изменяется с развитием физики. По мере расширения круга явлений, доступных иссле­дователю, отбрасываются некоторые старые законы сохранения и формулируются новые. Наиболее известные законы сохранения - энергии, импульса и электрического заряда.

Многочисленные факты убеждают, что закон сохранения энергии - один из всеобщих законов природы. Он лежит в основе физики и всего естествознания в целом. Согласно этому закону в замкнутой системе энергия не может исчезать или рождать­ся: она может лишь переходить из одной формы в другую, на­пример, из механической в тепловую, из тепловой в химическую и т.п. Если вычислить и сложить значения, соответствующие раз­ным видам энергии, то для замкнутой системы полученная сумма всегда будет одинаковой - ее и называют полной энергией. По сути дела это абстрактное, чисто математическое правило: пол­ная энергия есть число, которое не меняется, когда бы вы его ни подсчитывали.

Существует много разных видов (форм) энергии: кинетическая, потенциальная, тепловая, электрическая и световая или электро­магнитная, энергия упругости в пружинах, ядерная энергия, энер­гия покоя тела Е = тс² (здесь т - масса, с - скорость света). Тепловая энергия - это всего лишь кинетическая энергия дви­жения частиц в теле. Упругая и химическая энергии имеют оди­наковое происхождение, так как обусловлены одними и теми же силами взаимодействия между атомами. Когда атомы перестра­иваются в другом порядке, меняются и эти энергии. Например, если что-то сжигается, то меняется химическая энергия, при этом возникает теплота там, где ее раньше не было. Но сумма тепловой и химической энергий должна остаться прежней. Упругая и хими­ческая энергии связаны с взаимодействием атомов, которые явля­ются комбинацией электрической и кинетической энергий. Свето­вая энергия - это электромагнитная энергия, поскольку свет есть электромагнитная волна. Ядерная энергия не выражается через другие виды энергий - она обусловлена действием ядерных сил.

Закон сохранения энергии очень полезен в методическом от­ношении. Зная его и формулы для вычисления энергии, можно понять другие законы. Он позволяет предсказывать новые явле­ния. С помощью закона сохранения энергии можно подсчитать энергию, освобождающуюся при превращениях частиц, или вы­числить энергию, необходимую для образования новых частиц.

Закон сохранения энергии имеет абсолютный характер,т.е. на­рушение его до сих пор не наблюдалось.

Другой важный закон сохранения - закон сохранения им­пульса. В классической механике импульс определяется как р = mv, где т - масса тела, v - скорость. В отсутствие внешних сил полный импульс всех частиц постоянен - таково содержание закона сохранения импульса. При больших скоростях выражение для импульса усложняется, но закон сохранения импульса оста­ется. Импульс более фундаментальная физическая величина, чем скорость, поскольку существует закон сохранения импульса, но нет закона сохранения скорости.

Закон сохранения электрического заряда можно сформули­ровать так: в замкнутой системе полный электрический заряд всех ее частиц остается постоянным при любых изменениях в ней. Если заряд теряется в одном месте, то он возникает в другом. Электрический заряд не может рождаться или уни­чтожаться - во всех явлениях сохраняется алгебраическая сум­ма зарядов. Поэтому одна нейтральная частица никогда не может превратиться в одну заряженную, даже если это превращение не противоречит всем остальным законам сохранения. Закон сохране­ния электрического заряда также относится ко всеобщим законам природы.

Существуют и другие законы сохранения, которые все вместе позволяют отобрать из всех мыслимых взаимодействий те, кото­рые возможны в природе. Согласие с законами сохранения еще не означает, что интересующее нас явление или процесс происходят. Но если соответствующие законы сохранения нарушаются, то та­кой процесс или явление происходить не могут. В этом смысле некоторые законы сохранения рассматривают как принципы от­бора или запрета,которые ограничивают наше вмешательство в природу в процессе ее преобразования. Подчеркнем, что все фи­зические законы подчинены одним и тем же законам сохранения, которые составляют фундамент современной физики и всего есте­ствознания.

Среди других правил отбора особенно необходимо выделить второй закон термодинамики или закон неубывания энтро­пии,который устанавливает неравнозначность взаимного пре­вращения тепла и работы. Хорошо известно, что работа может полностью превращаться в тепло, но тепло полностью превратить в работу принципиально невозможно. Последнее означает, что при взаимопревращениях одних видов энергии в другие суще­ствует выделенная самой природой направленность, т.е. теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к бо­лее горячему. Именно эту однонаправленность перераспределе­ния энергии и отражает второе начало термодинамики.

Второй закон термодинамики часто интерпретируют как закон постепенной деградации, разрушения организации и неизбеж­ного утверждения хаоса. Как и закон сохранения энергии, второй закон термодинамики имеет абсолютный характер - не известно ни одного примера его нарушения. Все замкнутые системы обре­чены, как говорят, на тепловую смерть - на выравнивание темпе­ратуры внутри системы. Поэтому если Вселенная замкнута, то ее ждет такая незавидная участь. Кроме того, мы не можем исполь­зовать огромные запасы энергии, которые находятся вокруг нас. Если бы можно было понизить температуру воды на долю граду­са, то этой энергии хватило бы человечеству на много лет. Но это сделать принципиально нельзя, так же как и построить вечный двигатель.

Мировоззренческое значение таких открытий велико. Эти зако­ны ограничивают возможности человека - их невозможно пре­одолеть. Никакой процесс не может идти вопреки, например, за­кону сохранения энергии или второму закону термодинамики. Тем самым природа сама ограничивает деятельность человека жест­кими рамками своих законов, среди которых закон сохранения энергии и неубывания энтропии занимают особое место. Второй закон термодинамики не является следствием каких-либо других законов сохранения - это новое и самостоятельное правило отбо­ра, которое не сводится к другим изначальным принципам отбора. Его действие является одной из важнейших особенностей нашего мира и имеет много разных следствий. Но необходимо помнить, что он справедлив только для замкнутых или изолированных си­стем. Рассмотренные принципы отбора позволили сделать вывод о невозможности создания вечного двигателя.