Страница 3 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен

Книга Л.А. Блюменфельда “Проблемы биофизики” [1] стала на многие годы источником постановок задач в биофизике. В частности, ею стимулирована и работа, которая излагается в этой книге.

На протяжении тысячелетий истории человечества нет ответа на вопрос – Почему возникает упорядоченность, каковой является жизнь и разумный человек? Уже около 150 лет этот вопрос формулируется в конкретной форме – Как устранить противоречие между вторым началом термодинамики и фактом существования жизни и разумного человека? Это самый интригующий парадокс современной картины мира. Но его больше не существует. Он устранён в работах [2] – [11] и в этой книге.

Жизнь и разум слишком сложные и совершенные явления для того, чтобы их причиной были флуктуации – исключения. Так как жизнь и разум существуют хотя бы на Земле, то в основе эволюции Вселенной должен быть один закон, общий для живой и неживой природы, который приводит к жизни и разуму. Он не может быть новым по отношению к современной науке, так как её результаты неоспоримо совершенны. Он должен быть в ней известен. Я утверждаю в [2] – [11] и в этой книге, что этим законом является второе начало термодинамики – самопроизвольное стремление процессов природы к максимуму возможного в данных условиях беспорядка, невозможность вечного равновесия. Это утверждение сопровождено решениями как, чем именно и где второе начало термодинамики управляет возникновением и эволюцией жизни и разума человека.

Вселенная, жизнь, разум возникли и существуют потому, что они есть иерархическое увеличение беспорядка. Иллюзия роста порядка отражает падение высоты иерархических ступеней энтропии-информации по мере увеличения их номеров. Человек наблюдает последние ступени иерархии роста энтропии-информации, а потому объекты и процессы на них воспринимаются человеком кажущимся образом как свидетельства роста упорядоченности.

Перевод слова энтропия означает – способность к превращениям. Стремление к максимуму беспорядка это одновременно и стремление к максимуму способности превращений. Введенный мною в [2], [3], [11] принцип максимума производства энтропии объясняет как и почему природа и разум человека могут преодолевать тупики, возникающие, когда система приходит к равновесию.

В биологии слово – механицизм – используется как синоним ругательства. Это неправильно. Классическая механика давно не есть механика И. Ньютона, хотя очень многие убеждены в обратном. Механика и, в частности, её развитие У. Гамильтоном и К. Якоби стала основой всех современных естественных наук, в первую очередь, математики, физики, химии, а потому и биология игнорировать её законы не может. Конечно, механика в виде рычагов, шестерёнок или законов аэрогидродинамики в биологии имеет вспомогательные применения. Их осуществляет биомеханика, которая сегодня как область науки представляет собой инженерную механику, включающую в себя биологическую специфику.

Участие механики в возникновении и эволюции жизни и разума более весомое. Описания жизни не может быть без понятий из механики о фазовом пространстве, о роли функций А. Ляпунова в устойчивости равновесий. Ответ на “вечные” вопросы о соотношении между детерминизмом и случайностями в природе, об обратимости и необратимости времени должен быть дан в терминах механики. И он дан в [2] – [11].

Однако существует немало академиков и профессоров в области механики, физики, химии, которые сегодня заявляют – ответить на вопрос, что такое жизнь, опираясь только на законы механики, физики и химии, наука вряд ли когда-нибудь сможет. Ссылок мог бы дать много.

Это ошибка. Спорить о ней сегодня смысла нет. Исчерпывающий, ясный ответ на вопрос – что такое жизнь и разум, и каков конкретный путь их получения на бумаге, в пробирке, в компьютере? – содержится в работах [2] – [12] и в этой книге. Но их надо прочесть и понять.

Чарлз Дарвин написал свою знаменитую работу [13] об эволюции жизни в форме научно-популярной книги. Этот же способ я выбрал для этой книги. Во времена Дарвина главными были новые наблюдения и факты. Сегодня положение иное. Фактов, экспериментальных методов, математического аппарата, практических результатов – очень много. Но отсутствуют объединяющие их идеи и необходимые новые аксиоматические понятия. Именно они вводятся в моих работах [2] – [11] и в этой книге. Подбирая примеры для книги, я выбрал путь использования популярных обзоров ведущих специалистов. В этой книге представлены практически все области современной науки. Реальностью является разная специализация её читателей. Надеюсь, что выбранный путь в этих условиях поможет пониманию книги.

Должен подчеркнуть, что эта книга, несмотря на форму изложения – трудная для чтения научная книга, излагающая фундаментальную работу. В областях науки, использованных в этой работе, существует свой развитый и сложный аппарат. В них получены непреходящие результаты, известно множество экспериментальных фактов. Подробный список литературы по любому одному параграфу этой книги во многих случаях превысит её объём в целом.

Почти каждый параграф этой книги содержит оригинальные постановки задач и новые результаты.

Я избегал подробного изложения в книге распространённых заблуждений, сосредоточив внимание на том, что их устраняет. Для того, кто осознаёт необходимость новых подходов к задаче возникновения и эволюции жизни и разума, это препятствий создавать не будет. Тех, для кого способом существования в науке стало глубокомысленное повторение известных противоречий в эволюционной теории Дарвина и утверждений о невозможности описать жизнь и разум на основе общих законов механики, физики и химии, мне всё равно не переубедить.

В этой книге, как и в предыдущих моих работах, даны подробные пояснения о методе моделей в науке и об аксиомах.

Аксиомы не могут быть доказаны. Их проверкой является сопоставление с реальностью и её формализованным описанием в науке. Возьмите свои задачи. Примените к ним аксиомы, пути и решения, указанные в работах [2] – [11] и в этой книге. Результаты этого (для каждого – свои) и есть доказательства истинности моих утверждений.

Работа, которую излагает полный цикл книг “Разум природы и разум человека” и, в частности, эта книга, одновременно предельно простая и предельно сложная для понимания. Простая она потому, что на основе единой аксиоматики описывает диапазон от основ классической и квантовой механики до возникновения и эволюции жизни, разума и социальных систем человека. Но именно поэтому она сложная. Простота разрешения парадоксов вызывает недоверие. Я оперирую с понятиями в областях, охватывающих практически всю современную науку. В этих условиях, несомненно, напряжённая работа – просто прочесть и однородно понять всё в этой книге. Многие читатели неизбежно узкие специалисты, а потому должны принимать на веру то, что не относится к их специализации. При этом я, как автор работы, чувствую себя комфортно в широком диапазоне направлений современной науки, однако неизбежно в деталях вынужден многое упрощать и огрублять. Узкие специалисты не всегда готовы мне это простить. Для многих из них это становится источником недоверия к работе в целом. Это неизбежные издержки. Ответы на “вечные вопросы”, которые даны в этой работе – конкретные, строгие, исчерпывающие:

В основе возникновения и эволюции жизни и разума лежит синтез энтропии-информации (как иерархической физической переменной) на основе цепочки: Случайности – Условия – Запоминание.

Преодоление тупиков равновесия при синтезе информации о видах жизни происходит на основе принципа максимума производства энтропии-информации (максимума способности к превращениям).

Энтропия-информация есть функция комплексного переменного. Её действительная составляющая (семантическая информация) отображает роль физико-химических законов в синтезе информации о видах жизни. Запоминание при синтезе информации о видах жизни определяется критериями устойчивости в комплексной плоскости.

Рецепция биологической информации есть изменение условий для синтеза информации. Ценность и незаменимость информации о видах жизни есть запас устойчивости и область устойчивости при запоминании на данном иерархическом уровне синтеза информации.

Связывает живую и неживую природу максимум иерархической энтропии-информации на ступени заполнения электронных оболочек при образовании элементов таблицы Менделеева. Его отображает углерод в наблюдаемой форме огромного числа его соединений. Жизнь реализуется только на основе углерода и его соединений преимущественно в сопоставимых формах. Жизнь есть высоко вероятное и широко распространённое явление во Вселенной.

Первичная причина возникновения и существования жизни в том, что она увеличивает энтропию планет сверх “неживого” предела для равновесия излучения звёзд и их планет.

ДНК как носителя информации отличает равная свободная энергия её разных реализаций, что есть источник случайностей для синтеза информации. Генетический код неоптимален в абстрактном смысле. Это есть ещё один источник случайностей для синтеза информации.

Видообразование как статические и динамические равновесия зависит от мутаций ДНК, в образовании которых участвуют индуцированные и спонтанные переходы, подобные введеным для описания равновесия излучения и вещества А. Эйнштейном. Поэтому частота мутаций устанавливается на том уровне, который необходим для достижения равновесий – видообразования. Однако оно возможно только в конкретных условиях, что определяет дискретность видов жизни.

Высота иерархических ступеней синтеза энтропии-информации экспоненциально падает по мере иерархической эволюции. Количества энтропии-информации, отличающие друг от друга виды в пределах данного уровня иерархии, уменьшаются при переходах к следующим во времени таксономическим градациям жизни. Это воспринимается человеком как кажущийся рост упорядоченности в процессе эволюции жизни. Однако суммарная энтропия-информация для поздних таксономических градаций растёт.

Положительная особенность дарвинизма заключена в том, что он утверждает выживание выживающих как способ запоминания при иерархическом синтезе информации.

Дарвиновская борьба за существование реально выражается в природе симбиозом. Её основа не антагонизм, а взаимная полезность.

Нейтралистские мутации не являются источником случайностей для отбора. Они выражают детерминизм эволюции жизни.

Химико-электрические термодинамические циклы есть основа энергетики жизни.

Электрическая составляющая энергетики жизни есть причина возникновения и существования нервных систем и мозга. Она задаёт формообразование дендритов и аксонов у нейронов, существование нервного импульса, участие нейромедиаторов и нейропептидов в его передаче, работу органов чувств.

Абстракция как физико-химическая несопоставимость напрямую реакций нервной системы входным воздействиям есть основа работы нервных систем, начинающаяся от простейших эукариот.

Функции распределения и корреляции, образуемые с участием нервных импульсов, а также нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов, есть алфавит работы нервных систем и мозга всех видов жизни.

Экстремумы энтропии-информации и её производства для нейронов и их связей в мозге есть выражение в нём объектов внутренней и внешней среды организма.

Человек может познавать окружающую его природу потому, что синтез информации в его мозге происходит по законам, тождественным тем, которые создают информацию о всех объектах и процессах природы, начиная от возникновения пространства-времени, элементарных частиц, законов их взаимодействия, до социальных систем человека.

Разум природы содержит в себе запомненные условия на всех уровнях иерархии синтеза информации. Разум человека отличается от разума природы эфемерностью памяти условий и опыта прошлого.

Разум человека, в отличие от разума природы, требует формулировок им самим конкретных целей своей работы. Для природы целью являются экстремумы энтропии-информации и её производства, в частности, максимум способности к превращениям.

Абсолютная истина существует как доказуемое утверждение в пределах моделей, исходные предпосылки которых ошибочны вне частных ограниченных областей.

Критериями истинности для работы мозга в конечном итоге являются распределения нейромедиаторов и нейропептидов. Поэтому в общем виде понятие истины для мозга человека иррационально.

Теорема Гёделя о неполноте есть строгое утверждение о познаваемости мира, так как доказывает возможность последовательных приближений в этом процессе.

Как по соображениям объёма книги в целом, так и из-за специфики аппарата, введение для замыкания этой книги понятия о движущей силе прогрессивной эволюции жизни и разума, а также объяснение причины преимущественной хиральности биомолекул жизни, перенесены в книгу этого цикла [12].

Спасибо настоящим научным работникам Л.А. Блюменфельду, Л.И. Седову, Г.Г Черному, Д.А. Поспелову, Л.А. Шелепину, Ю.Л. Климонтовичу, В.И Марону за поддержку этой работы.

Я горжусь оценкой Леонида Ивановича Седов на заседании редколлегии журнала “Прикладная математика и механика”, когда обсуждалась публикация моих статей, составивших основу книги [11] – “Я знаю Хазена больше 30 лет и за это время не было случая, чтобы он сказал что-либо неверное”, а также словами Бориса Владимировича Гнеденко, сказанными мне в процессе шестнадцатилетней эпопеи публикации книги [14] – “Я читал ваши книги. Всё, что вы пишете, надо немедленно публиковать”. Думаю, что читатели со вниманием отнесутся к надписи Горимира Горимировича Черного, сделанной на первой книге [11] этого цикла – “В своей работе А.М. Хазен предлагает пути разрешения самых интригующих парадоксов современной науки. Надеюсь, что научные работники проявят интерес к этим предложениям”.

Особо должен поблагодарить Е.Г. Анисова, без неоценимой помощи которого этой работы просто не было бы.

Буду благодарен читателям за замечания по содержанию и редакции этой книги. Обязательно учту их при переизданиях и в каждом случае сошлюсь на автора замечаний.

31 декабря 1999 г.

В качестве заставок к главам этой книги использована компьютерная обработка рисунков М. Эшера.

Страница 3 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука