О. В. Крылов Олег Валентинович Крылов доктор химических наук, профессор
Скачать 334.07 Kb.
|
"Конец эволюционной биологии" Биология, в отличие от физики и химии находится в состоянии бурного развития. В эволюционной биологии было три великих открытия: в XIX в. теория естественного отбора (Ч. Дарвин) и основополагающие законы генетики (Г. Мендель), в XX в. - двойная спираль ДНК (Ф. Крик и Дж. Уотсон). Многие биологи считают, что благодаря этим трем открытиям основное здание биологии построено. Интенсивно развиваемые в настоящее время молекулярная генетика и генная инженерия являются прикладными областями по отношению к эволюционной биологии. В биологии, так же как в физике и космологии, есть вопросы, принципиально недоказуемые с помощью эксперимента. Некоторые ученые считают, что сама эволюция живого мира составляет такую проблему: является ли эволюция цепочкой случайностей или имеется некоторая направленность? Сторонники теории случайностей считают, что нельзя предсказать, какие виды возникнут в будущем, а повторение сценария прошлой жизни может не привести к человеку. Следовательно, эволюционная теория способна дать лишь ретроспективное объяснение, но не предсказание. Кстати, тоже относится и к истории. Для того, чтобы дать окончательный ответ, верна ли теория эволюции, нужно сравнить с другим примером. Но сравнивать не с чем. Так же, как в космологических теориях мы имеем дело только с одной Вселенной, предметом изучения эволюционной теории является только Земля. Один из фундаментальных вопросов естествознания - природа возникновения жизни. Время зарождения жизни на Земле сейчас определено достаточно точно: 3,7 млрд. лет тому назад. Есть гипотеза, что жизнь возникла при столкновении астероида с Землей. Это было единичное событие. Чтобы доказать его природу, нужно понять, как соединились первоначальные аминокислоты в белок или азотистые основания в ДНК и РНК, да еще при этом так, чтобы молекула была оптически активной. На этот счет есть много гипотез. Наиболее распространенная: спонтанное возникновение жизни типа фазового перехода. В книге [8] рассматривается гипотеза известного биохимика С. Кауфмана (1993 г.). Согласно его гипотезе, подтвержденной компьютерным расчетом, с увеличением сложности химических соединений и процессов происходит фазовый переход, ведущий к возникновению жизни. По Кауфману жизнь может быть создана везде. Но компьютерные расчеты остаются просто играми, если они не подтверждены опытом. Жизнь - явление уникальное и гипотеза возникновения жизни может быть проверена только в случае, если на каком-то другом небесном теле будет найдена жизнь. Знаменитый французский астроном К. Фламмарион в популярных книгах по астрономии еще в начале XX в. писал, что другие планеты Солнечной системы и даже Луна населены живыми существами. Исследование планет с помощью космических кораблей доказало, что это не так. В середине XX в. советский астроном Г.А. Тихов с большим энтузиазмом пытался спектрально доказать наличие видоизмененного хлорофилла на Марсе. Но и это не подтверждается. В 1960-70-х гг. была очень популярна книга И.С. Шкловского "Вселенная. Жизнь. Разум." [11], в которой автор, известный наш астрофизик, в увлекательной форме обсуждал возможности разумной жизни на планетных системах, удаленных от нашей на чудовищно большие межзвездные расстояния. Его книга была переведена на ряд языков. В конце своей жизни Шкловский относился к этой проблеме значительно более скептически. Всем очень хочется верить, что жизнь есть на других планетах или даже в других звездных системах и что мы не одиноки во Вселенной. Поиски сознательной жизни в других звездных системах одно время были модными, но сейчас финансирование этих работ повсеместно прекратилось. В силу ограничения скоростью света по Эйнштейну практически невозможно установить связь с другой цивилизацией, если она существует. Может быть, она есть, а может быть, нет - вопрос принципиально недоказуемый. С той же логикой можно сказать, что жизнь создана Богом. Любое предположение о жизни вне Земли есть чистая спекуляция. Мнение не есть наука, а есть просто мнение. Такие мнения, как существование цивилизации на других планетах, входят и выходят из моды, но остаются недоказанными. В последнее время было много дискуссий по поводу обнаружения органических молекул в некоторых метеоритах, предположительно попавших на Землю с Марса. Однако этот факт ни в коей мере нельзя рассматривать как достоверный признак жизни на другой планете. Во-первых, до сих пор идут дискуссии, не попали ли эти молекулы в метеорит при последующей обработке (по-видимому, это так), во-вторых, органическая молекула - это еще не жизнь, а в-третьих, даже если будут обнаружены оптически активные молекулы, это не решает вопрос о возникновении жизни, а лишь переносит проблему с Земли на Марс. В моем разговоре с астрофизиками они отмечают, что указанные метеориты скорее всего происходят не с Марса, а с внешнего пояса астероидов, которые обогащены углеродом. В 1953 году американский ученый С. Миллер получил аминокислоты в лаборатории путем воздействия электрического разряда на смесь CH4 + NH3 + H2O. Он тогда высказал мнение, что через 25 лет ученые раскроют, как возникла жизнь. Его надежды не сбылись, но, согласно [8], Миллер до сих пор верит, что ученые откроют самовоспроизводящиеся молекулы. Такую молекулу, действительно, открыли - РНК, но первоначальную РНК синтезировать пока нельзя. Даже если найдут условия такого синтеза, это еще не будет доказательством возникновения жизни. Важно доказать существование жизни вне Земли. Кроме вопроса о природе начала жизни, в теоретической биологии есть еще и другие нерешенные вопросы. Как оплодотворенная клетка превращается в организм? Как центральная нервная система воспроизводит информацию? Когда эти вопросы будут решены, по мнению ряда биологов, чистая (фундаментальная) биология кончится. Может быть, откроют когда-нибудь природу рака, но это уже будет прикладная биология. "Конец нейрофизиологии" 400 лет назад Ф. Бэкон призвал философов отбросить идею о зарождении Вселенной из мысли, и сосредоточиться на вопросе о том, как мысль возникла из Вселенной. Современная нейрофизиология исследует, в основном, не то, как возник разум, а как он функционирует. Проблемой развития мозга занимался Ф. Крик, один из двух первооткрывателей структуры ДНК. В 1990 году на конференции в Калифорнии он высказал предположение, что работа мозга может быть представлена как результат взаимодействия нервных клеток, нейронов. Крик пытался, например, ответить на вопрос, что такое внимание. После стимуляции участка коры головного мозга, ответственного за зрение, группа осциллирующих нейронов действует исключительно быстро и синхронно. Такие предположения могут быть доказаны экспериментально. Однако, по его мнению, природа сознания никогда не будет раскрыта до конца. Другой Нобелевский лауреат Дж. Эдельман в серии своих книг "Нейронный дарвинизм", "Топобиология" и др. показал, как включение определенных групп нейронов и усиление связей между ними ведет к формированию памяти. По Эдельману, природу разума можно понять на основе знания законов биологии, но не физики или информатики. Для этого нужно изучить действие различных сигналов на мозг и включение при этом разных групп нейронов, однако существуют трудности с экспериментами на живом организме. Отдельные инстинкты можно смоделировать на компьютере, но смоделировать весь мозг, видимо, невозможно. По образному высказыванию Эйнштейна, можно, но бессмысленно описывать Пятую симфонию Бетховена как совокупность звуковых волн, воздействующих на барабанную перепонку. Существующие теории описывают объективные эффекты, но не субъективное восприятие. Воспроизвести творение великого музыканта может только сам музыкант. Многие философы считают, что вообще нельзя рационально объяснить такое человеческое свойство как сознание. Моделирование сознания с помощью теории информации - это замена одного непонятного явления другим. Поскольку информация вносится в компьютер конкретным человеком, надо доказать, что его восприятие правильно. Здесь действует своего рода принцип неопределенности, аналогичный принципу Гейзенберга. Согласно теореме неполноты Геделя, любая система аксиом после некоторого уровня сложности приводит к выводам, которые не могут быть доказаны или опровергнуты, потому что система остается всегда неполной. То же относится и к компьютеру: компьютер может создать модель, которая работает, но мы не можем доказать, что она правильная. Это лежит за пределами нашей познавательной способности. С помощью компьютеров можно будет получить карту разных участков мозга, научиться посылать импульсы в мозг, но нельзя объяснить самого себя. Для этого надо свести все разумы в один искусственный разум. Таким образом, есть некоторый принципиальный предел науки о процессе возникновения разума. Информатика и синергетика В начале XX в. Ж.А. Пуанкаре показал, что очень малые изменения начальных условий могут привести к огромным и непредсказуемым последствиям. Например, одна песчинка может заставить двигаться большую кучу песка, колебания крыльев бабочки в Америке могут вызвать муссон в Индонезии. Поэтому так трудно правильно предсказать погоду или землетрясения. С развитием компьютеров стало возможным моделирование и анализ таких сложных процессов и явлений. Возникла синергетика (автор [8] называет ее "хаоплексологией") - наука, объясняющая явления хаоса и самоорганизации нелинейностью многих процессов. В 1948 году Н. Винер ввел название "кибернетика" для области, занимающейся описанием процессов восприятия, переработки и передачи информации. В том же году К. Шеннон дал определение информации на основе термодинамического понятия энтропии. После этого теорию информации стали использовать в средствах связи, экономике, биологии, психологии, даже в искусствоведении. В 1960-х гг. Р. Том предложил математическую теорию катастроф, которая, по его мнению, объясняет землетрясения и ряд биологических явлений. Дж. фон Нойман в 1950-х гг. первым показал, что простой перебор решений нелинейных уравнений на компьютере может привести к странным эффектам упорядочивания. По его мнению, это может представить интерес в связи с вопросом о причинах возникновения жизни. Б. Мандельброт далее изобрел фрактали ("Фрактальная геометрия природы", 1977 г.) - многоразмерные системы, с помощью которых можно описать береговую линию, облака, снегопад, колебания цен на рынке. В рамках этой теории различные сложные явления природы описываются простыми исходными положениями. Однако описать это не значит объяснить и предсказать. Многие исследователи, увлекшись компьютерными моделями, предложили различные схемы возникновения жизни, наследования мутаций и т.д. Есть примеры, когда моделирование хаоса или, наоборот, порядка с помощью компьютеров отождествляют с искусственной жизнью, которая ведет к искусственному интеллекту. Однако для таких выводов надо точно знать начальные условия и элементарные константы. Численное моделирование привело к ряду успехов в физике и астрономии, где эти константы точно известны. В биологии же такие константы неизвестны, поэтому и моделирование в этой области малопродуктивно. Ф. Андерсон, получивший Нобелевскую премию 1977 года за работы по сверхпроводимости, считает, что принцип редукционизма неприемлем в науке. Психология не является прикладной биологией, биология не есть прикладная химия, а химия - это не прикладная физика. На каждой ступени естествознания действуют свои законы. С помощью компьютеров можно смоделировать, например, переход жидкости в газ, но при этом новых знаний о природе процесса не приобретается. Сомнительно, чтобы с помощью компьютеров можно было бы создавать глобальные системы в метеорологии, в экономике или в науке о происхождении жизни. Другой нобелевский лауреат М. Гелл-Ман, открывший кварки, наоборот, придерживается принципа редукционизма. По Гелл-Ману, науке присуща иерархия. Наверху - законы, применимые ко всей Вселенной: второй закон термодинамики, теория кварков, ниже идет генетика, применимая только к земным условиям, далее - история и другие науки о человеке. Он считает, что, по крайней мере в принципе, можно идти от элементарных физических процессов к сложным биологическим. И. Пригожин, получивший в 1978 году Нобелевскую премию за открытие диссипативных структур, считает своей главной заслугой решение проблемы необратимости времени. По мнению ряда ученых, это скорее философское обобщение, чем конкретное научное достижение. Согласно Пригожину, открытия науки XX в. говорят против предела науки. Такие редукционисты, как Декарт, Эйнштейн и другие, стремились к миру вечной красоты, где можно все объяснить, и были, следовательно, по его мнению, пессимистами. Но детерминистский мир, по мнению Пригожина есть утопия и наука тем и хороша, что позволяет постоянно сопоставлять разные стили и взгляды. Если Пригожин прав, тогда нет смысла говорить о предсказательной способности науки. Большинство ученых, занимавшихся синергетикой, теорией хаоса и упорядочения, не преувеличивают значение численных экспериментов. Такие эксперименты дают полезное описание того, что мы уже знаем. Не следует считать, что с помощью компьютера можно решить все проблемы. Тем не менее, математические модели искусственной жизни будут и дальше создаваться. Будут и новые инженерные применения, но они не дадут никакого принципиально иного понимания природы, даже по сравнению с дарвинизмом или с квантовой механикой. Синергетика дала некоторое объяснение хаоса и самоорганизации, разработала новые методы, вроде фракталей, но не внесла ничего нового в реальное понимание мира и причины, его двигающие. Есть даже мнение о вредности компьютеров, так как они уводят от эмпирической науки и ускоряют ее конец. "Конец химии" В книге Хоргана [8] вопросы химии не рассматриваются. Однако все рассуждения относительно конца физики или биологии применимы и к химии. Как показывает анализ уровня работ, получивших нобелевские премии, Золотой век химии прошел. Открыты все естественные химические элементы. В начале XX в. открыты основные законы химической кинетики и термодинамики. В середине XX в. появилась квантовая химия и была создана теория химической связи. Синтетическая органическая химия достигла замечательных успехов, но нобелевские премии по органическому синтезу уже не присуждают - сложные синтезы перестали удивлять. В разговоре с органиками-синтетиками из Института органической химии РАН они сказали мне, что исходя из формулы по формуле можно синтезировать любое органическое соединение. Химики-теоретики освоили компьютерные расчеты молекул и им нужны новые более мощные компьютеры для построения молекулярных орбиталей сложных молекул. Но с усложнением молекулы объем расчетов и, соответственно, требуемая мощность компьютеров и их стоимость возрастают настолько сильно, что, как и в примере со сверхускорителем, появляется сомнение в целесообразности подобных расходов. Тем более, что вряд ли при этом существенно дополнится наше понимание природы химической связи. Компьютеры могут помочь в теоретическом расчете энергии химической связи, но, во-первых, это скорее прикладная, а не фундаментальная наука, а во-вторых, хорошие калориметрические приборы позволяют это сделать легче, чем компьютерный расчет. Большие достижения химии в последние годы связаны с разработкой новых физико-химических методов исследования. Сканирующий туннельный микроскоп позволяет видеть отдельные атомы и даже орбитали. С помощью фемто-секундной (10-14-10-15 с) спектроскопии можно изучать очень быстрые процессы, в том числе прохождение реагирующей молекулы через потенциальный барьер. В 1997 году в Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН был создан новый замечательный метод сканирующей туннельной спектроскопии, позволяющий измерять колебательный спектр отдельной молекулы на поверхности [12, 13]. Таким образом, в спектроскопии достигнут предел. Принципиальная возможность наблюдения спектра одной молекулы и периода одного колебания доказана. На будущее остается только уточнение имеющихся методов. Открыты новые возможности в неорганическом синтезе, в частности, синтез так называемых наноматериалов, в которых на поверхности или внутри твердого тела целенаправленно создаются микрокристаллы или кластеры размерами 10 |
Похожие:
 | Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным... Ран; Милованов В. И. — доктор исторических наук; Мистюков Н. А.; Молодых И. И. — доктор геолого-минералогических наук, профессор;... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Подвинцев Олег Борисович, доктор политических наук, профессор кафедры политических наук |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Рецензенты: доктор экономических наук, профессор Лоскутов Владислав Иванович; кандидат физико-математических наук, зав кафедрой Математического... | | Программа по предмету «История и культура Башкортостана» Составители: Доктор филологических наук, профессор С. А. Галин, кандидат филологических наук, доцент Г. С. Галина, доктор филологических... |
| Алексей Валентинович Покудов Как управлять дебиторской задолженностью Боброва И. Н. — доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации, научный консультант Государственного... |  | «История политических и правовых учений» для студентов специальности 030501 «Юриспруденция» Марченко М. Н, доктор юридических наук, профессор; Кожевников С. Н. доктор юридических наук, профессор |
| Программа обязательного междисциплинарного учебного курса для специальности «Юриспруденция» Авторы: доктор юридических наук, профессор И. Ю. Богдановская, доктор юридических наук, профессор Л. Р. Сюкияйенен | | Учебно-методический комплекс Для студентов, обучающихся по специальности... Рецензенты: Морозов В. Ю., доктор экономических наук, Профессор, Николаев О. В., доктор экономических наук, профессор |
| Вопросы к вступительным испытаниям по Теории и истории государства и права Марченко М. Н, доктор юридических наук, профессор; Кожевников С. Н. доктор юридических наук, профессор | | Темы курсовых работ по дисциплине: «теория государства и права» Марченко М. Н, доктор юридических наук, профессор; Кожевников С. Н. доктор юридических наук, профессор |
| Методические рекомендации по курсу историография истории россии для... Рецензенты: доктор исторических наук, профессор Н. М. Ушаков, доктор исторических наук, профессор Е. Г. Тимофеева | | Пояснительная записка Курс имеет целью познакомить студентов с концепцией... Рецензенты: Вагинова Л. С., доктор культурологии, профессор кафедры Кимктяиж мггу; Ворожбитова А. А., доктор филологических наук,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Лебедев Олег Ермолаевич – доктор педагогических наук, профессор, член-корреспондент рао, президент Общественного института развития... | | Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Трофимова... Цель урока: обучение созданию собственных речевых произведений, соответствующих нормам речевого этикета |
| Внеклассная работа как средство повышения компетентности учащихся. Монография Рецензенты: доктор технических наук, профессор Копыльцов А. В.(зав кафедрой информатики ргпу им. А. И. Герцена), доктор педагогических... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Авторы программы – доктор социологических наук, профессор Н. Е. Покровский, доктор философских наук, кандидат психологических наук... |
