ВРЕМЯ
Что такое время?
Веками этот вопрос волнует людей. На него дано множество ответов. Время признавали всемогущим и отрицали начисто. Считали, что оно проникает всюду и, напротив, предполагали его лишь в воображении человека.
Идея существования особого качества мира -- времени -- относится к временам доисторическим. Тогда же появилась мысль о вечности. И, как было с идеей бога, человек, предположив, выдумав время, захотел его представить себе зримо, в виде реального образа. Это оказалось нелегко. С богами было проще, они рано или поздно становились очень похожими на людей, а в своих взаимоотношениях -- на то общество, которое им поклонялось.
Иное дело -- время. Приходилось признавать, что оно имеет власть даже над богами. Древние римляне, например, изобразили двуликого Януса, смотрящего одновременно в прошлое и будущее. Но ведь время -- это прежде всего настоящее...
Мироздание подчиняется законам божественной симметрии, учил великий Пифагор. Он попытался распространить идею симметрии на время, предложив для него идеальный геометрический образ: сферу, объемлющую все сущее.
Однако даже совершенная форма шара, имеющая бесконечное количество осей и плоскостей симметрии, оказалась неподходящей для времени. Идея Пифагора никогда не пользовалась широкой популярностью (зато всегда были ее сторонники; даже теперь существует точка зрения, что время недвижимо и прошлое симметрично будущему или даже что существует антимир, как бы летящий сквозь наш мир в обратном потоке "антивремени"). Весь наш личный опыт показывает: прошлое не возвращается. И в Древней Греции, на родине Пифагора, по-видимому, отдавали предпочтение афоризму: нельзя войти дважды в одну и ту же реку. Время более всего казалось похожим на незримый поток, увлекающий с собой все на свете и никогда не текущий вспять.
Ньютон математически оформил эту мысль, построив модель Вселенной, где господствует порядок. В его мире было три абсолютных субстанции: всеобъемлющее пространство -- эфир, всеувлекающее время и всемогущий Создатель мировой гармонии. Ньютон полностью отделил неподвижное, пустое, геометрическое пространство от времени: "Абсолютное, истинное или математическое время само по себе и по своей природе равномерно течет безотносительно ко всему окружающему".
В самом начале нашего века физика вдребезги разбила эту модель. "Отныне пространство и время превращаются в простой мираж, и лишь их своеобразное единство может претендовать на независимость", -- провозгласил Г. Минковский, математик и философ.
Как ни странно, ту же самую мысль более подробно высказал Вернадский... еще в 1885 году! Он пришел к ней не на основе теоретических исследований, как А. Эйнштейн, а путем философских рассуждений. Вывод его звучит и для нашего века вполне современно: "Бесспорно, что и время и пространство отдельно в природе не встречаются. Они неразделимы. Мы не знаем ни одного явления, которое не занимало бы части пространства и части времени. Только для логического удобства представляем мы отдельно пространство и отдельно время... Что же это за части неразделимые -- чего? Очевидно, того, что только и существует, это -- материя, которую мы разбиваем на две основные координаты: пространство и время".
Так писал Вернадский в частном письме. Очевидно, переворот в научном толковании времени, совершенный теорией относительности Эйнштейна, не застал Вернадского врасплох. В отличие от подавляющего числа своих современников Вернадский еще в прошлом веке глубоко осмыслил одно из фундаментальных философских утверждений теории относительности.
После того как физика придала научную строгость и доказательность представлениям о единстве пространства-времени и отсутствию равномерно текущего всеобъемлющего единого времени, Вернадский вновь вернулся к этой проблеме. Теперь он подошел к ней с позиций кристаллографии (учения о симметрии) и геохимии.
В жизни Земли, по его мнению, время проявляется трояко. Прежде всего, оно проявляется в течении радиоактивных процессов распада атомов. Это, можно сказать, время разрушения.
Для многих процессов свойственны круговороты, постоянное возвращение к прежнему состоянию. Это как бы круговой ход времени.
Наконец, совершенно иначе проявляется время в эволюции живых существ, появлении среди них более развитых, более "мозговитых" видов. Это время созидания и развития.
Оказалось, в природных условиях время -- если его понимать как вол, как показатель изменений -- движется прихотливо, в зависимости от выделенного нами объекта. По существу, каждый объект имеет свое время, или, точнее говоря, представляет собой своеобразные часы.
Радиоактивные элементы неуклонно и равномерно (с замедлением) разрушаются. Они могли бы стать олицетворением абсолютного времени, да вот незадача: у каждого радиоактивного элемента или изотопа своя собственная скорость распада. Все радиоактивные "часы" идут вразнобой.
То же самое относится и к превращениям (эволюции) живых существ. И круговороты вещества атмосферы, земной коры или природных вод совершенно различны по скорости.
Но все-таки как же объясняется сущность времени? Как выглядит для натуралиста эта загадочная категория, которую физики вводят в многочисленные формулы? В конце концов для физики время и его свойства вполне можно охарактеризовать с помощью тех формул, где оно присутствует. Да и в геологии выработаны свои представления о времени, о прошлых эрах и их продолжительности, Более того, здесь даже появился призрак ньютоновского времени. На основе анализа степени распада некоторых радиоактивных элементов в минералах стало возможно определять количество лет, прошедших с момента образования этих минералов. Метод так и назвали: абсолютная геохронология. А почему бы и нет? Все разнообразие явлений геологического прошлого удалось нанизать на одну, единую ось времени и разделить ее на равные промежутки (тысячелетия, миллионолетия). Не значит ли это, что абсолютное время все-таки существует?
Свои многолетние исследования проблемы времени Вернадский подытожил в докладе Академии наук 26 декабря 1931 года. Он подчеркнул некоторые его особенности для разных объектов. Для радиоактивных элементов -- строго определенное направление процесса, его необратимость. Кроме того, атом в масштабе космического времени сразу, скачками, ритмично переходит в новое состояние, распадаясь и рождая другой атом (химический элемент). Для организмов время -- с геохимической точки зрения -- выражается трояко: время индивидуального бытия, время смены поколений (без изменения жизненных форм) и время эволюционных превращений в длительном потоке поколений. Если направление и скорость распада атомов не зависят от внешних воздействий, то для живых организмов изменения (а время и есть показатель изменений) связаны неразрывно с окружающей средой.
По скорости распада атомов отдельные химические элементы различаются, как подсчитал Вернадский, в $10^{???}$ раз. Некоторые элементы очень устойчивы или даже потенциально "бессмертны". Им соответствуют среди живых существ одноклеточные, которые фактически не имеют естественной смерти, а лишь постоянно дробятся, размножаются (очень любопытно: атомы бессмертны, если не распадаются, а одноклеточные бессмертны, пока распадаются!). Правда, здесь разница времени жизни отдельных индивидуумов меньше -- около $10^{13}$ раз.
Имеется важное сходство в проявлении времени для атомов мира и "атомов" (неделимых частиц) жизни: большой размах различий для каждой из форм, неотвратимость изменений, необратимость процесса.
Можно ли объяснять это сходство определенными свойствами времени?
Прежде чем ответить на вопрос, Вернадский счел необходимым рассмотреть основные особенности научного знания и, кроме того, историю научных представлений о времени.
Вернадский выделил несколько этапов развития идеи времени.
До нашей эры в античной науке укоренилось представление о физическом (математическом) времени как мере движения. Время считалось безграничным.
В средние века окрепло убеждение в конечности времени, в неизбежности конца мира (тут проявились не научные выводы, а религиозные предрассудки). До прошлого века наука вынуждена была считаться с представлениями о времени, отводившими на все существование мира лишь несколько тысячелетий. Правда, индийская философия утверждала идею необычайной длительности (едва ли не бесконечности) жизни Вселенной. Однако в науку эта мысль не вошла.
В эпоху Возрождения отдельные мыслители вернулись к античным представлениям о безграничности времени (Д. Бруно) и о времени как мере движения (Г. Галилей). Позже Ньютон ввел понятие абсолютного времени. Это означало, что время исчезло как предмет научного изучения, ибо оно было поставлено вне реальных явлений как нечто всеобщее, безотносительное ко всему окружающему. А ведь наука изучает только реальность, доступную наблюдению.
С начала XX века стало популярным понятие об едином и неразделимом пространстве-времени. Эта идея неоднократно высказывалась еще со времен Ньютона (например, философом Д. Локком). В XVIII веке д'Аламбер упомянул даже о возможности принять в механике время как четвертую координату. Позже подобные взгляды развивали некоторые другие мыслители. Почва для современных представлений о времени подготовлялась издавна.
Итак, пространство-время стало объектом научных исследований.
Но если пространство и время -- части единого целого, то нельзя делать научные выводы о времени, не обращая внимания на пространство. Все особенности пространства отражаются так или иначе во времени. Наконец, возникает вопрос: охватывает ли пространство-время всю научную реальность? Есть ли явления вне пространства-времени?
По мнению Вернадского, такими объектами могут быть кванты -- мельчайшие неделимые порции энергии.
Натуралист наблюдает реальные объекты, подвластные времени, изменяющиеся непременно, как ни медленно проходили бы подобные изменения. Эти превращения чаще всего не сводимы к механическому перемещению. Это "внутренние" преобразования, которые остаются вне внимания физиков, вырабатывающих свое представление о пространстве-времени на основе теории относительности.
Вернадский придавал особое значение принципу единства пространства-времени. В пределах планеты, которую приходится изучать геологу, отсутствует однородное геометрическое пространство. Геологические объекты обладают разнообразными свойствами, структурными особенностями. Одно из проявлений такой разнородности -- различные реальные кристаллические пространства. В их пределах по-разному организована материя (атомы, молекулы), по-разному проявляется симметрия.
Реальное пространство планеты крайне неоднородно, мозаично... Такая формулировка по старинке предполагает разделение пространства и времени. А если научно доказано их единство, то следует говорить о мозаичности пространства-времени. Когда мы исследуем структуру различных видов реального пространства, надо иметь в виду возможность структурных особенностей времени для каждого такого вида., А если обнаруживается нарушение симметрии в реальном пространстве? Скажем, в веществе всякого живого организма? Тогда, по-видимому, диссимметрия должна распространяться и на время. То есть геометрическим выражением времени здесь будет полярный вектор, направленная линия. Для живых существ она будет означать направленные изменения от рождения к смерти, от одного поколения к другому, от одних форм к другим.
Симметрия мира -- математическая абстракция. Словно материя обнаруживает два взаимосвязанных и противоборствующих свойства. С одной стороны, пространственная упорядоченность, симметрия. С другой -- нарушение существующих пространственных структур, неизбежные изменения -- проявление времени. Постоянная борьба и единство противоположностей: пространства-времени, симметрии-диссимметрии, покоя и движения...
Вернадский отмечал коренное отличие неорганической (неживой) материи от органической. Для первой мы не видим эволюции: сейчас образуются минералы точно такие же, как и миллион, сто миллионов, миллиард лет назад. Однако здесь необходимо сделать оговорки. Особняком стоят радиоактивные минералы (об их бренности, то есть изменениях, у Вернадского сказано) и продукты жизнедеятельности. Кроме того, Вернадский считал правдоподобной гипотезу о самопроизвольном распаде всех химических элементов, из которых наиболее устойчивые нам кажутся неизменными. Наконец, Вернадский первым ввел время в минералогию, отметил постоянные изменения и превращения в мире кристаллов.
Но, может быть, в ходе геологического времени, в общей эволюции планеты отдельные химические соединения образуют замкнутые круговороты? В пределах подобных круговоротов время как бы возвращалось к исходной точке; направленный вектор времени превратился бы в круг. В идеале, конечно. Реальные природные тела иные, абсолютное подобие тут недостижимо, да и сами по себе минералы, пожалуй, хоть немного, почти незаметно изменяются: по характеру включений, примесей.
Об этом у Вернадского не сказано. Его работы, посвященные проблеме времени, написаны как-то не очень четко. Дело не в форме изложения мысли -- она проста и точна, как обычно у Вернадского. И мысли достаточно ясны. Но все-таки изложение порой далеко от научной строгости, нередки повторения, возвращение к прежде высказанной мысли, уточнения, детализация и тут же опущен, казалось бы, важный аспект, не отточена формулировка. Память подсказывает одну из любимейших Вернадским тютчевских строк: "Мысль изреченная есть ложь". Кажется, словно ученый пытается высказаться так, чтобы вернее передать свои мысли, чувства. И это не всегда ему удается, возможно, потому, что идея не выкристаллизовалась, не укладывалась в строгие рамки логических построений.
В ответ на упрек критика (философа А. М. Деборина) в отсутствии четкой философской установки проблемы времени, Вернадский написал: "Дать четкую философскую установку проблемы времени! -- Да на это не хватит жизни".
Нередко ученого путают с первым учеником, который быстрее других решает сложные задачи. Вообще-то такие ученые существуют и ценятся высоко. Однако вспомним, что прежде, чем задача решена, кто-то ее придумал, сформулировал и даже -- хотя для сложных задач это не обязательно -- решал ее... Последнее, как говорится, дело техники.
Решатели задач! Вам постоянно требуется пища -- пусть непережеванная, но приготовленная, а то и обработанная. Кто-то должен вам ее поставлять, кто-то должен утолять вашу жажду отгадывать загадки. Значит, кто-то должен увидеть то, что прежде никто не сумел разглядеть, открыть новую землю за океаном неведомого. И тогда, только тогда вы ступите на эту землю и будете исследовать ее.
Кто не знает: Колумб направлялся в Индию, а открыл новый континент, даже не подозревая об этом.
Открыть новую землю! Пусть только увидеть вдали, пусть только уловить контуры в тумане. И все-таки это будет открытие. Вовсе не обязательно особо возвеличивать первооткрывателя и того, кто верно наметил его маршрут. Последующие исследователи могут сделать значительно больше: пройти по неведомой земле вдоль и поперек, точно описать ее и т. д. Вернадский умел не только находить ответы, но и формулировать интересные вопросы. Однако проблему времени он как будто и не стремился решить. Существуют проблемы, которые никогда не будут окончательно исчерпаны. К ним люди будут возвращаться и осмысливать их по-новому. Вернадский, занимаясь проблемой времени, открывал путь, интересный, загадочный, которому нет конца.
ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО
Время -- всеобъемляющая категория. Нет ни одного реального объекта вне времени, как, впрочем, нет времени вне реальных объектов.
Исследуя кристаллы и минералы, Вернадский осуществлял прежде всего научный анализ, рассматривал и группировал отдельные объекты своеобразной структуры и химического состава. Проблема времени требовала преимущественно синтеза знаний. И, не прерывая аналитических исследований, Вернадский переходил к обобщениям. На этот путь толкал его неуемный интерес к природе, к мирозданию, к познанию закономерностей, связывающих воедино атомы и минералы, горные породы и живые существа, континенты и океаны.
Ученому-специалисту очень непросто увидеть за деревом лес, если приходится в упор изучать именно дерево, или только один его лист, или даже разглядывать в микроскоп одну его клетку.
В отличие от большинства геологов Вернадский, сочетая научный анализ и синтез, рассматривал судьбу кристаллов и минералов в связи с жизнью земной коры, атмосферы, природных вод. Он рассматривал минералы как подвижные, динамичные структуры, подвластные, как и все в природе, времени (тогда как минералы и кристаллы по старой традиции представлялись ученым неподвижными геометрическими фигурами, не имеющими истории, то есть находящимися "вне времени"). Поэтому он не мог не отметить роль жизни на Земле: "Органический мир как целое является тем своеобразным фактором, который разрушает минеральные тела Земля и использует их энергию..."
В конце прошлого века, читая курс минералогии в Московском университете, Вернадский говорил о круговоротах некоторых химических элементов и подчеркивал, что Солнце поддерживает (через растения) эти круговороты. Однако о геологической роли организмов он долго (два десятилетия!) писал только в самом общем виде. За этот срок немало ученых вплотную подошли к учению о геологической роли живого вещества и о биосфере. Была опубликована книга американского океанолога Д. Меррея с кратким, но емким описанием биосферы. Описывая неорганическую жизнь Земли, известный русский геолог и географ И. Д. Лукашевич утверждал идею геологической вечности жизни (одиннадцать лет спустя Вернадский посвятит этой проблеме специальную статью).
В очерках химической жизни земной коры Ферсман высказал немало интересных и глубоких мыслей, как бы предваряющих идеи Вернадского. Ферсман писал: "В ... зоне жизни или биосфере протекает наше существование, здесь вокруг нас кипит и волнуется мир людей, необъятно кишит животная жизнь, распускается и дышит растительность, -- всюду колоссальная и интенсивная химическая жизнь земли". Характерно название одного из геохимических очерков Ферсмана: "Органическая жизнь, космос и химические превращения" (1914 год), где в частности, говорилось:
"... организмы являются великими геологическими деятелями, и неизбежно весь характер химических процессов земной поверхности будет зависеть, как он зависит уже и сейчас, от истории развития органического мира". "Но медленно входят в научное сознание эти картины, -- проницательно отметил Ферсман, -- медленно расширяются рамки научного кругозора, и долгой борьбой и долгой работой нарастают идеи, которые должны связать все проявления химической, физической, психической и социальной жизни в одно целое, покорное все одним и тем же общим законам природы".
Тому, кто в общих чертах знаком с современными представлениями о геологической роли жизни и человечества, может показаться, что первооткрывателем в этой области знаний следовало бы считать А. Е. Ферсмана, а не В. И. Вернадского. Однако предоставим слово Ферсману: "Идея о роли органической жизни в химических процессах земной коры давно сознавалась и отмечалась геологами и натуралистами; однако это признание не шло дальше общих фраз и констатации факта; мы должны совершенно определенно сказать, что точное, чисто математическое понимание влияния жизненных процессов на ход химии земной коры было положено работами академика В. И. Вернадского".
Это было написано после того, как вышли в свет классические работы Вернадского "Биосфера" и "Очерки геохимии", а также ряд статей по биогеохимии.
Между прочим, в 1917 году, когда Вернадский, по его собственному признанию, еще только начал научно разрабатывать основы биогеохимии, французский ученый В. Анри писал; "С мировой точки зрения жизнь есть не что иное, как постоянное задержание и накопление химической и лучистой энергии в теплоту и препятствующее рассеиванию последней в мировом пространстве".
И сегодня среди множества высказываемых научных идей есть такие, которым суждено вскоре обрести популярность, получить признание. Весь фокус в том, чтобы суметь обнаружить такую идею, доказать ее истинность и создать на ее основе научное учение, теорию. Сделать это обычно значительно труднее, чем изобрести остроумную мысль.
Вернадский ввел понятие живого вещества -- совокупности организмов. Он начал изучать живую природу так же, как минералы и горные породы. Определенный биологический вид можно сопоставлять с минеральным видом; сообщество (экосистему, биоценоз) -- с горной породой. Скажем, туча саранчи "может считаться аналогичной ... движущейся горной породе, одаренной свободной энергией". Говорят: чтобы оценить нечто, надо это потерять. По этому принципу Вернадский предположил, как бы выглядела Земля, лишенная живого вещества. И констатировал: "Лик Земли стал бы так же неизменен и химически инертен, как является неподвижным лик Луны, как инертны осколки небесных светил ... и проникающая небесные пространства космическая пыль".
Вернадский первым стал исследовать жизнь как целое, как геологически своеобразное живое вещество, характеризующееся весом, химическим составом, энергией и геохимической активностью. Вернадский подчеркивал, что за геологическую историю организмы, по-видимому, осваивали новые области планеты, приспосабливаясь к многообразным природным условиям и участвуя в их изменении, Одно из выражений геологической активности живого вещества -- скорость размножения организмов. Она колеблется в широких пределах, и в идеальных условиях (отсутствующих в природе) достигает скорости звука. Бактерия холеры, например, способна (теоретически) за тридцать часов покрыть сплошной пленкой всю поверхность планеты. Крохотная инфузория туфелька может за пять лет выработать массу протоплазмы, по объему в десять тысяч раз превышающую нашу планету. Одноклеточная водоросль диатомея за восемь дней способна образовать массу материи, равную объему Земли, а в течение следующего дня удвоить эту массу.
Скорость передачи жизни, геохимическую активность живого вещества, отраженную в способности к размножению, Вернадский выразил в виде формулы: $2^n\Delta = N_n$, где $n$ -- число дней с начала размножения, $\Delta$ -- показатель прогрессии, для одноклеточных соответствующий числу поколений в сутки, $N_n$ -- число организмов через $n$ дней.
Идеальная геохимическая активность не реализуется прежде всего из-за ограниченности плацдарма жизни, заполненного живым веществом с определенной плотностью, в также потока солнечных лучей, достигающих земной поверхности (ведь геохимическая энергия живого вещества есть измененная солнечная энергия). По подсчетам Вернадского, в каждый момент на Земле существует около $10^{20}-10^{21}$ граммов живого вещества, которое "вечно разрушается и создается -- главным образом, не ростом, а размножением. Поколения создаются в промежутки от десятков минут до сотен лет. Ими обновляется вещество, охваченное жизнью. То, которое находится в каждую минуту в наличности, составляет ничтожную долю созданного в году, так как колоссальные количества создаются и разрушаются даже в течение суток.
Перед нами динамическое равновесие. Оно поддерживается трудно охватываемым мыслью количеством вещества".
Хороший образ "зеленого горения" или "горения жизни" предлагает Вернадский: "вещество, охваченное жизнью..."
Вряд ли стоит пытаться сформулировать некую основную идею учения Вернадского о живом веществе. Для работ Вернадского характерна, как бы сказать, ветвистость мысли: от главного ствола основной темы отходят многочисленные ветви, которые в свою очередь дают новые побеги. Намечается множество направлений, затрагиваются разнообразные идеи, порой уходящие далеко за пределы сугубо геологических проблем.
Напрашивается аналогия с художественным произведением. Можно, скажем, свести "Преступление и наказание" Достоевского к детективному сюжету об убийстве старухи, сокрытию следов преступления, расследованию и т. д. Подобная схема будет отражать суть романа не более, чем манекен -- живого человека.
Для некоторых научных проблем вполне оправдана полная схематизация. Например, вывод математической формулы. И цель, и путь ее достижения здесь очень локальны, резко ограничены.
Для настоящего натуралиста -- иначе. Вернадский постоянно видел перед собой природу -- бесконечно разнообразную, не сводимую к простой или даже к сверхсложной системе формул. Безусловно, научный анализ сопряжен с неизбежными упрощениями. Важно, однако, стремиться выйти из узких пределов схематизации, не теряя ощущения жизни природы и беспредельности научных исканий.
С юношеских лет Вернадский всерьез задумывался о жизни и смерти, о связи поколений, о цели человеческого существования -- как отдельной личности, так и всего человечества. В детстве он был глубоко потрясен смертью своего очень талантливого старшего брата. Неотвратимость смерти Вернадский почувствовал рано и всегда помнил о бренности своего личного существования.
В представлениях Вернадского о единстве и геологической вечности жизни можно усмотреть что-то от субъективных ощущений. Еще до разработки учения о биосфере ученый писал, что смысл личной жизни определяется ее связью с прошлыми поколениями. Именно в единстве со всем сущим -- смысл бессмертия.
Таким был один из принципов научной веры Вернадского. Но вера -- это желание, мечта, надежда. Ученый не мог ограничиваться одной лишь ею. Он пытался с помощью науки найти ответ на проблему сущности жизни -- и жизни индивидуальной, бренной, и всеобщей, непрерывной, геологически вечной.
Жизнь -- не случайное явление на земной поверхности. "Она теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не мог бы существовать". "Ею в действительности определяется не только картина окружающей нас природы, создаваемая красками, формами, сообществами растительных и животных организмов, трудом и творчеством культурного человечества, -- но ее влияние идет глубже, проникает более грандиозные химические процессы земной коры".
Однако назвать и познать явление природы -- не одно и то же. Самые точные формулировки и характеристики не исчерпывают проблем жизни. Ясный ум Вернадского отлично понимал это: "Как мог образоваться этот своеобразный механизм земной коры, каким является охваченное жизнью вещество биосферы, непрерывно действующий в течение сотен миллионов лет геологического времени, -- мы не знаем. Это является загадкой так же, как загадкой в общей схеме наших знаний является и сама жизнь".
|
