Проблемы актуализма в геологии The indeterminacy of the principle of actualism in geology

Февраль 09, 2009

Были ли законы природы вчера такими же, как и

сегодня, и останутся ли они такими же и завтра?

Анри Пуанкаре

Принцип актуализма является главным постулатом геологии. Его можно записать в виде следующего афоризма:

Это та аксиоматическая истина, с которой геология начинается и на базе которой она существует по сегодняшний день. Если её «упразднить», то все теории и представления современной геологии, потеряют свой смысл и их «достоверность» окажется в лучшем случае очень спорной или попросту ложной.

Для иллюстрации этого тезиса приведём один пример. Отложения современных ледников Земли изучены достаточно хорошо и в широком диапазоне параметров. Принцип актуализма позволяет утверждать, что, если ледники существовали и в более древние эпохи истории Земли, то о них могут свидетельствовать древние породы аналогичного типа. Такие породы были найдены на огромных территориях, установлены границы их распространения и получены характерные возрастные датировки. На этих материалах сформировалась так называемая ледниковая теория. Вначале речь шла о четвертичных оледенениях, таких, например, как окское, днепровское, московское, валдайское на Русской равнине, миндель, гюнц в Альпах, висконсин, иллинойс, небраска в Сев. Америке и др. Позже удалось реконструировать и более древние оледенения, начиная с криптозоя. Появилась возможность воссоздать центры похолодания и даже построить шкалу гипотетической последовательности ледниковых и тёплых периодов за последний миллиард лет [Джон и др.,1982].

Естественно у этой теории существуют свои внутренние трудности, в основном связанные с датировками и вопросами корреляции различных отложений. Частично их удаётся преодолевать, хотя, навряд ли, все они устранимы в принципе. Однако, у ледниковой теории, несмотря на её кажущуюся очевидность, существуют альтернативные варианты [Чочиа, 1978]. Одним из оснований для отрицаний ледниковой теории являются многочисленные находки в отложениях ледникового типа остатков морской фауны. Эти находки можно было бы объяснить морскими трансгрессиями, происходящими одновременно с «ледниковыми периодами». Но такие совпадения несовместимы с позициями физической географии о сокращении объёма жидкой фазы океана при переходе значительной её части в лёд, что должно сопровождаться регрессиями. Против ледниковой теории «работают» и оценки скоростей распространения ледниковых покровов и их экзарационной способности [Петерсон, 1972], а также некоторые геологические данные, связанные с сохранением рыхлых кор выветривания под «ледниковыми» отложениями. Существуют и много других данных, которые не укладываются в ледниковую теорию.

Тем не менее, ледниковая теория сегодня наиболее полно разработана. Пока для неё нет хорошей замены, но она далеко не безукоризненна и не может объяснить большое число фактов, многие из которых «работают» против неё.

Общая и неустранимая трудность её верификации состоит в том, что нам не дано заглянуть в прошлое, нам дана возможность только интеллектуального воспроизводства вариантов, не проверяемых в принципе. В этом смысле прогноз прошлого хуже прогноза будущего, результатов которого, вообще говоря, можно дождаться.

Актуализм далеко не современная концепция. Его идеи появились еще в эпоху Возрождения (XVI—XVII вв.) и в той или иной форме содержались в рабо­тах Леонардо да Винчи, Николы Стенона, Ж. Бюффона, Д. Геттона, М. В. Ломоносова. Од­нако в наиболее полном виде они были сформулированы Чарльзом Лайелем в его работе «Основы геологии, или по­пытки объяснить древние изменения поверхности Земли дей­ствующими и сейчас процессами» [1830-1833 гг.]. Ч. Лайель попытался сделать историю Земли познаваемой, определив три основных принципа.

1. 
   Все процессы, меняющие облик Земли, постоянны во времени – принцип однообразия.
   
2. 
   Силы, определяющие развитие Земли, действуют медленно, но непрерывно – принцип непрерывности.
   
3. 
   Малозаметные изменения за длительный период непрерывного действия приводят к большим переменам без допол­нительных катастроф – принцип суммирования.
   

Нетрудно понять, что с помощью такого «ключа» могут открываться многие, если не любые двери. Этот ключ больше похож на отмычку, хотя осознавать это печально.

Эта задача была рассмотрена Анри Пуанкаре в его книге «Последние мысли» [1983]. Из текстовой ссылки следует, что до А.Пуанкаре вопрос об эволюции законов природы был поставлен в науке уже в конце IXX века французским философом Эмилем Бутру. Суть его выглядела почти очевидной. Если весь мир непрерывно эволюционирует, то могут ли оставаться неизменными правила (законы), по которым эволюция совершается.

А. Пуанкаре рассмотрел эту задачу несколько иначе. Можем ли мы установить, меняются законы природы или не меняются?

Вначале он подошёл к этому вопросу с позиций математика, поставив одним из условий геологические темпы таких изменений. Ожидая получить ответ на языке математики, он исходил из того, что

Известно, что такая система имеет бесконечное множество решений. Для получения же определённости необходимо задать начальные условия. Последнее означает, что мы вынуждены опираться на известные законы. Достаточно простые умозаключения приводят Пуанкаре к выводу, что именно неизменность законов является предпосылкой для наших аналитических решений. Именно поэтому, математик не может ответить на вопрос, изменялись ли законы. Он вынужден постулировать их неизменность.

Дело в том, что законы выводятся из опыта, который ограничивает их использование. В рамках опыта не может быть принципиальных ошибок. Это интерполяция. За границами же опыта мы входим в область экстраполяции. И здесь наши фантазии не имеют принципиальных ограничений.

Поскольку предметно обсуждать предполагаемое изменение законов можно только на основании фактов из прошлого, Анри Пуанкаре вынужден обращаться к методам геологических реконструкций. Опираясь на простые примеры, он показывает, что геолог имеет возможность делать выводы тогда, когда математик права на это не имеет. Но беда заключается в том, что ошибочность выводов геолога очень высока и связана она с тем, что объём его заключений больше объёма предпосылок. Иными словами, математик из одного факта может вывести только один факт, а геолог, наблюдаемый им факт, превращает как бы в центр излучения, создавая, по мнению А. Пуанкаре, что-то вроде светящегося кружка. Два таких кружка могут давать пересечение, создавая тем самым возможность противоречия. Таким образом, метод аналогий, который находится на вооружении геолога, не позволяет корректно ответить на вопрос об изменяемости или постоянстве законов природы. Для подтверждения такого вывода А. Пуанкаре даёт несколько примеров, которые я не буду здесь приводить. Читатель легко может найти их сам в книге Пуанкаре [1983].

Далее в поисках ответа на вопрос о том, можем ли мы обнаружить изменяемость законов Природы в процессе эволюции, Анри Пуанкаре обсуждает несколько мысленных экспериментов физического содержания. Он рассматривает закон Мариотта как пример только результирующего правила, молекулярные законы как истинные законы, возможности теплового равновесия, вопрос изменения скоростей тел, которые «должны стремиться убывать, так как их живая сила стремится превратиться в тепло, и что, возвращаясь к достаточно удалённому прошлому, мы дошли бы до эпохи, когда скорости, сравнимые со скоростью света, не были исключением, так что законы классической динамики не были верны» [Пуанкаре, 1983, с. 417].

В итоге своего анализа возможности обнаружения современной наукой изменяемости законов в процессе эволюции Пуанкаре приходит к следующему выводу:

Таким образом, можно утверждать, что принцип актуализма не является очевидной истиной, но у нас нет оснований, чтобы исключить его из обращения в качестве аксиомы.

Квантовые принципы развития Земли привели сегодняшнюю геологию к пониманию геологической неопределённости [Павлов, 1990, 2006]. Суть её состоит в том, что шкала энергосодержаний пород, с помощью которой характеризуется геологическое пространство, и шкала времени, связаны между собою таким образом, что устойчивость масштаба одной из шкал определяет изменчивость масштаба другой. Это свойство геологического пространства-времени приводит к тому, что мы в принципе, не можем сказать, сжимается ли пространство, и это сжатие воспринимается нами как ускорение процессов, с помощью которых измеряется время или ускоряются сами процессы, компенсируя расширение пространства.

Очевидно, что и то и другое явление можно рассматривать как особенности эволюции. Меняются ли при этом законы Природы сказать невозможно, поскольку принцип неопределённости, связывающий время и пространство, не позволяет эти возможные изменения обнаружить в принципе.

Две работы С. М. Базарова [1984, 1986] позволяет надеяться на установление физической ясности в понятии геологической неопределённости. Для волновой функции, описывающей состояние частицы, он находит второй виртуальный член, который отражает внутреннее свойство пространства, содержащего частицу, – свойство производить и тут же потреблять время, то, что Де-Бройль назвал согласованностью фаз [Де-Бройль, 1968]. Анализ нового вида волновой функции привёл С.М. Базарова к раскрытию квантовых свойств вакуума. Изменение уровней его состояния должно сопровождаться выделением или поглощением кванта энергии, управляющим ходом времени. Переход вакуума с одного уровня на другой, вероятно, тождественен изменению пространства, что, как следствие, приводит к изменению скорости процессов, являющихся природным «инструментом» отсчёта времени (естественными часами). Таким образом, изменение состояния вакуума является тем феноменом, который определяет ход всех мировых часов.

Самым замечательным в этих построениях является то обстоятельство, что они поддаются экспериментальной проверке. Суть её основана на следующих известных достижениях астрономии – выводе о нестационарности Вселенной (А.А. Фридман, 1922-1924 гг.), установлении красного смещения спектра галактик, выводе о их разбегании и изотропности Вселенной (Э.Хаббл, 1929 г.), теории Большого взрыва (Г. Гамов, 40-ые годы ХХ века), открытии реликтового излучения Вселенной (У. Вильсон, А. Пензиас, 1965 г.), подтверждающим её изотропию и хорошо укладывающимся в теорию Большого взрыва. Таким образом, наиболее разработанная сегодня космогоническая концепция говорит о том, что на протяжении последних 17∙10⁹ лет Вселенная расширяется, а значит, межгалактический вакуум её растёт, достигнув на сегодня 10^–31– 10^–32 г/см³.

Рост вакуума в межгалактическом пространстве Вселенной в соответствии с приведёнными построениями должен приводить к изменению уровней его состояния с выделением определённых квантов энергии. Каждый акт квантования ускоряет ход мировых процессов, воспринимаемый нами как ускорение хода всех часов или как уменьшение масштаба временной шкалы.

1. 
   Принцип актуализма, эксплуатируемый в геологии в качестве основной аксиомы, является таким же неопределённым, как постулат о параллельных в евклидовой геометрии и аксиома выбора в теории множеств.
   
2. 
   Можно сделать предположение, что в любой достаточно общей научной теории должен существовать постулат такого неопределённого типа.
   
3. 
   Подобный постулат является атрибутом принципа неопределённости, показывающего, что всякая теория лишь претендует на выделение частного из принципиально неделимого целого. Тем самым она нарушает закон целостности [Павлов, 2008]. И это формально должно закрепляться хотя бы одной неочевидной аксиомой. Иначе наука развиваться не может.
   

1. 
   Базаров С.М. Квантовая гравитация и сверхсуперсимметрия как основа суперквантовой механики. – М.: ВИНИТИ № 7528 – Деп., 1984. с.
   
2. 
   Базаров С.М. Великая теорема Ферма, Великое объединение, де-бройлонное представление уравнения Гильберта-Эйнштейна, склейка изотропного пространства-времени евклидовой метрики в суперквантовой механики. – М.: ВИНИТИ № 2182-В – Деп., 1986. с.
   
3. 
   Де-Бройль Л. Соотношения неопределённостей Гейзенберга и вероятностная интерпретация волновой механики. – М.: Мир, 1986. – 340 с.
   
4. 
   Джон Б., Дербишир Э., Янг Г. и др. Зимы нашей планеты. М.:Мир, 1982. – 336 с.
   
5. 
   Павлов А.Н. Квантовые принципы развития Земли – новая парадигма геологии // Принципы развития и историзма в геологии и палеобиологии. – Новосибирск: Наука, 1990. – С.115–122.
   
6. 
   Павлов А.Н. Квантовая закономерность геологического развития Земли // Уч. Записки РГГМУ, 2006, №2, с.213-228.
   
7. 
   Павлов А. Н. Временные категории в гидрогеологии. – СПб.: РГГМУ, 2008. – 103 с. (Гл.6. Принцип целостности, с. 86-95).
   
8. 
   Петерсон У.С. Физика ледников. – М.: Мир, 1972. – с.
   
9. 
   Пуанкаре А. О науке. – М.: Наука, 1983. – 559 с.
   
10. 
    Чочиа Н.Г. О соотношении оледенений и морских трансгрессий. В кн.: Современные и древние оледенения равнинных и горных стран. – Л., ВГО, 1978. – С. .