Аристотель, как мы видели, рассматривал равномерность в качестве одного из наиболее фундаментальных свойств времени. Равномерность, наряду с общедоступностью и максимальной простотой, является у Аристотеля важнейшим критерием при поисках движения, наиболее пригодного для измерения времени. Таким движением Аристотель считает суточное вращение небесной сферы, или "сферы неподвижных звезд".

Согласно данному утверждению, для определения большего и меньшего движения мы должны иметь возможность сравнивать, какое расстояние проходят движущиеся тела за равные или заведомо большие или меньшие по сравнению с данным отрезком времени интервалы, т.е. здесь предполагается, что мы априори умеем оценивать и сравнивать между собой различные интервалы времени. Это возможно только в том случае, если мы допускаем, что время всегда течет одинаково, т.е. равномерно, и что наши единицы измерения времени (например, полные сутки) каждый раз одинаковы по длительности.

Некоторым обоснованием равномерности выглядит следующее суждение Аристотеля: "...Время не называется быстрым и медленным, а большим и малым, долгим и коротким. Поскольку оно непрерывно, оно долгое и короткое, поскольку оно число - большое и малое, а быстрым и медленным не бывает; ведь ни одно из чисел, служащих для счета, не может быть быстрым и медленным" /Физ., IV,12, 220b1-5/.

Однако здесь лишь утверждается, что быстрота и медленность представляют собой количественные показатели движения, отнесенные к единице времени. Количественные же выражения самого времени не могут быть отнесены к каким-то иным единицам времени и поэтому представляют собой просто числа, которые нельзя характеризовать как быстрые или медленные.

Единственное, на чем основывается представление о равномерности времени, - это интуитивная уверенность Аристотеля в том, что время - это нечто априори равномерное. И это не случайно. Дело в том, что, во-первых, невозможно непосредственно сравнивать между собой, как бы накладывая друг на друга, длительности таких естественных единиц измерения времени, как, например, длительности полных суток; во-вторых, во времена Аристотеля не существовало таких измерителей времени, как механические часы, которые достаточно долго сохраняли бы постоянство своего хода и таким образом давали бы возможность измерять и сравнивать между собой длительности отстоящих друг от друга интервалов времени.

Но проблема равномерности времени, как мы увидим позднее, не снимается даже после появления механических часов, поскольку для определения постоянства или непостоянства их хода необходимо или непосредственно сравнивать между собой следующие друг за другом отмериваемые ими единицы времени, что в принципе невозможно; или иметь некоторый заведомо равномерный стандарт измерения времени, но тогда проблема равномерности в полной мере переносится на этот стандарт; или, наконец, придумать какие-то особые критерии равномерности. Поэтому было бы тщетно искать у Аристотеля какое-либо обоснование равномерности времени, и, что бы ни думал сам Философ, единственным основанием представления о равномерности как о фундаментальном свойстве времени остается его (Аристотеля) интуитивная уверенность в том, что "время... равномерно везде и при всем".

Равномерность времени обретает у Плотина своеобразный, скорее, качественный, чем количественный, смысл. Так, охарактеризовав время как "жизнь души", причем "жизнь, соответствующую определенной силе умопостигаемой души" /III 7,11;Браш, с.468/, Плотин пишет, что время "является измерением длины подобной жизни; эта длина развертывается в бесшумно наступающих изменениях, которые протекают равномерно" /III 7,12; Браш, с.469/.

Астрономы и философы-номиналисты позднего средневековья, как мы видели, продолжают рассматривать равномерность как одно из основных и самоочевидных свойств истинного времени. При определении движения, пригодного для измерения времени "в наиболее собственном смысле", средневековые последователи Аристотеля ради равномерности даже жертвуют таким его требованием к "мировым часам", как общедоступность для наблюдения ("наибольшая известность"), и признают в качестве такого движения вращение невидимой гипотетической "девятой" сферы. В результате происходит отделение равномерного времени от всех чувственно воспринимаемых движений и таким образом формируется идея абстрактного "математического времени", которое, в отличие от "времен", измеряемых при помощи чувственно воспринимаемых движений, протекает равномерно.

Однако средневековые перипатетики, хотя и оказались вынужденными обсуждать вопрос о множественности времен, тем не менее так же, как и Аристотель, не раскрыли природу равномерности "времени в наиболее собственном смысле" (т.е. времени "первого движения") и не смогли обосновать правомерность использования равномерного времени, отсчитываемого при помощи невидимой "девятой сферы", для измерения неравномерных земных движений. Как пишет В.П. Зубов, “позднейшее объяснение арабских мыслителей (Аверроэса), вводившее новое произвольное допущение космологического порядка, а именно указание на причинную обусловленность всех "подлунных движений" движением "мировой сферы", также не было ответом на поставленный вопрос. Единственное, что, быть может, заслуживает внимания, это более четкое различение двух видов мер: время обращения мировой сферы есть "внутренняя" мера движения этой самой сферы, для всех же других движений время ее обращения есть "внешняя", или непосредственно не связанная, с ними мера (mensura separata)” /Зубов, 1960, с.35/. Нерешенным, по мнению Зубова, остался также вопрос о том, что гарантирует равномерность вращения небесной сферы.

Природа и критерии равномерности времени оставались невыясненными и во времена И. Ньютона.

Так, Джон Локк (1632-1704) считал, что понятия последовательности и продолжительности мы получаем не из наблюдений внешнего движения, а из рефлексии последовательной цепи идей, появляющихся друг за другом в нашем уме /Локк, т. 1, 1985, с.232/. Согласно Локку, цепь идей в уме человека имеет известную степень быстроты. Этот тезис обосновывается тем, что человек не воспринимает как слишком быстрые, так и слишком медленные движения. В первом случае события, слишком быстро следующие друг за другом, занимают время одной идеи и не могут быть различимы людьми. В случае же слишком медленных движений, “...другие идеи наших собственных мыслей имеют... возможность проникать в наш ум между идеями, которые доставляет нашим чувствам движущееся тело...", и "чувство движения исчезает”/Там же, с. 235/ (Здесь и далее курсив автора. - И.Х.)..

Следующим после приобретения идеи продолжительности естественным делом ума является “приобретение некоторой меры для этой общей продолжительности, по которой он мог бы судить о ее различной величине и рассматривать определенный порядок, в котором существуют вещи... Такое рассмотрение продолжительности как ограниченной известными периодами и обозначенной определенными мерами, или эпохами..., и есть то, что мы называем собственно временем” /Там же, с.237-238/.

Итак, согласно Локку, время есть измеренная продолжительность. Причем хорошее измерение должно делить всю его продолжительность на равные периоды. Вместе с тем философ прекрасно понимает, что “мерой продолжительности может быть только продолжительность...” /Там же, с. 238/ и поэтому невозможно иметь “...какую-нибудь установленную неизменяемую меру продолжительности, состоящей в постоянной текучей последовательности, подобно тому, как мы имеем меры для измерения протяженных величин - дюймы, футы, ярды и т.д., раз отмеченные на прочном материале” /Там же/. Поэтому для измерения времени “может быть пригодно только то, что разделило всю величину его продолжительности на очевидно равные части постоянно повторяющимися периодами” /Там же/.

Такой наиболее подходящей мерой времени, считает Локк, являются вращения Солнца и Луны. Но в результате постоянного измерения времени при помощи этих движений люди стали думать, “будто движение и продолжительность измеряются одно другим, ибо при измерении величины времени люди привыкли к идеям минут, часов, дней, месяцев, лет и т.д. и о них начали думать всякий раз при упоминании о времени или продолжительности (а все эти отрезки времени измерялись движением небесных тел). Поэтому они стали склонны смешивать время и движение или по крайней мере думать, что они необходимо связаны друг с другом” /с.238/. На самом же деле, по Дж. Локку, время измеряется не самим движением Солнца, а его периодичностью, и поэтому для измерения времени не обязательно иметь какие-либо движения, а необходимо и достаточно иметь периодические процессы. “И если бы замерзание воды или цветение растения повторялись во всех частях света через равноотстоящие периоды, то они служили бы людям для счета лет так же хорошо, как и движение Солнца” /с.239/. Поэтому “мы... должны тщательно различать саму продолжительность от мер, которыми мы пользуемся для суждения о ее величине. Продолжительность сама по себе должна рассматриваться как движущаяся вперед одним постоянным, ровным и однообразным потоком. Но насколько нам дано знать, такою не способна быть ни одна из тех ее мер, которыми мы пользуемся; не можем мы быть уверены и в том, что их определенные части, или периоды, равны между собой по продолжительности, ибо, как бы мы ни измеряли две последовательные величины продолжительности, никогда нельзя доказать их равенства” /Там же, с. 240/.

В отличие от используемых в качестве меры времени периодических процессов, равенство периодов которых всегда остается под сомнением, понятие самой продолжительности, считает Локк, остается тем не менее ясным. Поскольку нет возможности непосредственно сопоставить длительности двух частей последовательности и поэтому нельзя знать с достоверностью их равенства, то для измерения времени остается только принять за меру времени непрерывные последовательные явления, следующие через периоды, кажущиеся равноотстоящими. Для определения этого равноотстояния “у нас нет другой меры, кроме той, которую для нашего убеждения в их равенстве в согласии с другими вероятными доводами запечатлела в нашей памяти цепь наших собственных идей” /с.241/. Иными словами, реально существует неограниченно длящаяся как в прошлое, так и в будущее равномерная продолжительность, ясную идею которой человек получает путем рефлексии равномерного потока идей в своем уме. Время же есть ограниченная часть этой продолжительности, измеренная той или иной относительно точной мерой - часом, сутками, годом и т.д.

Таким образом, согласно Локку, представление человека о равномерной длительности возникает в результате существования у него некоторой "постоянной и правильной последовательности идей", т.е. некоторого внутреннего движения идей или, выражаясь современным языком, "потока сознания". Однако кроме общих заверений, что это так и только так, Дж. Локк не может привести каких-либо разъяснений, почему "цепь наших собственных идей" всегда следует с одной и той же неизменной скоростью.

Итак, в доньютоновской истории философии и естествознания равномерность хотя и рассматривается мыслителями как важнейшее свойство времени, тем не менее не подвергается глубокому критическому анализу, а принимается как "естественное", самоочевидное свойство времени. Единственным основанием представления о равномерности времени (или длительности) оставалось субъективное чувство времени или интуиция равномерного дления.

Безотносительная к каким бы то ни было чувственно воспринимаемым процессам равномерность используемого в астрономии “математического времени” приобретает особое значение в классической физике. Однако И. Ньютон (1643-1727), вводя понятия “абсолютного” и “относительного” времени, по сути дела постулирует равномерность абсолютного времени, считая это свойство времени общеизвестным, и ограничивается лишь указанием на то, что в астрономии абсолютное время отличается от обыденного солнечного времени так называемым уравнением времени. Следовательно, согласно И. Ньютону, достаточным (по крайней мере, для астрономических целей) приближением к абсолютному времени является обыденное солнечное время, выправленное при помощи уравнения времени. Неравномерность же обыденного солнечного времени, как известно, проистекает в основном из-за наложения на вращение Земли вокруг оси других ее движений. Уравнение времени, о котором пишет И. Ньютон, позволяет, по сути дела, выделить в “чистом виде” вращение Земли вокруг оси и пользоваться им как эталонным равномерным движением для измерения “более правильного”, или, точнее, более равномерного времени.

Более подробно, чем И. Ньютон, проблему измерения времени обсуждает Жан Лерон д΄Аламбер (1717-1783).

Но прежде чем рассмотреть предложенный д'Аламбером критерий равномерности, позволяющий выделить пригодные для измерения времени равномерные процессы, кратко остановимся на посленьютоновской эволюции идеи абсолютного времени классической физики. Это позволит нам более адекватно оценить даламберовский критерий равномерности и раскрыть его истинное значение в развитии представлений о времени.

Как мы показали в первой главе, характерный для естествознания феноменологический подход к времени лишь как к количественной мере движения в сущностном, онтологическом плане дополнялся различного рода философскими и теологическими концепциями, характерной особенностью которых была тенденция субъективации времени. Поэтому естествоиспытатели, которые не только восприняли ньютоновскую концепцию времени, но и стремились ее обосновать и утвердить, были вынуждены обратить особое внимание на проблему объективности времени.

Так, Леонард Эйлер (1707-1783) в "Механике" (1736) и в "Теории движения твердых тел" (1765) отстаивает идею абсолютно равномерного временного течения и, не называя имен, полемизирует с теми, кто субъективирует время. У Л. Эйлера сохраняются и некоторые элементы традиционных представлений о времени. В частности, он считает, что человек обладает внутренним, безотносительным к наблюдаемым движениям чувством времени и способностью интуитивно определять равенство различных интервалов длительности. Он пишет, что “если бы у нас, как некоторые склонны думать, не было других средств для определения времени, кроме как из рассмотрения движения, то мы не могли бы признать ни времени без движения, ни движения без времени...” /Эйлер, 1938, с. 278/. Правда, Эйлер отмечает, что делить время мы научились от наблюдений за движением Солнца, но “и без помощи движения мы имеем представление о том, что такое до и после, а отсюда, по-видимому, само собой вытекает понятие последовательности” /Там же/. И хотя более детальным познанием времени мы обязаны рассмотрению движения, “отсюда еще не следует, что время само по себе представляет собой не что иное, как лишь то, что мы воспринимаем. Что представляют собой два равных промежутка времени, это понимает всякий, хотя бы в течение этих промежутков, может быть, и не произошло равных изменений, на основании которых можно было бы прийти к заключению о равенстве этих промежутков времени” /с. 279/.

Вместе с тем Эйлер считает, что “деление времени на части не является чисто умственной операцией, как обыкновенно утверждают те, которые помещают время только в нашем сознании, не отделяя понятия времени от самого времени.

В самом деле, если бы время представляло собой не что иное, как последовательность наступающих друг за другом явлений, и если бы вне нашего сознания не существовало никаких средств для измерения времени, то нам ничто не мешало бы при всяком движении считать равными те части времени, в течение которых проходятся равные пути, так как они кажутся следующими друг за другом через равные промежутки. Следовательно, мы могли бы с одинаковым основанием рассматривать любое движение как равномерное. Однако сама природа вещей достаточно убедительно свидетельствует, что равномерное движение существенно отличается от неравномерного; следовательно, равенство промежутков времени, на котором это основывается, представляет собой нечто большее, чем содержание наших понятий” /с. 284-285/.

Здесь мы наблюдаем, фактически, стремление сочетать представление о времени как о некоторой абстракции от наблюдаемых движений с ньютоновской идеей абсолютного времени.

Развернувшаяся в конце XIX - начале XX вв. критика идеи абсолютного времени классической физики раскрыла несостоятельность представлений о времени как о некоторой самостоятельной равномерно текущей сущности. Однако в период становления и поступательного развития ньютоновской механики даже основоположники позитивизма О. Конт (1798-1857) и Г. Спенсер (1820-1903) не смогли разглядеть в ньютоновских абсолютных пространстве и времени ненавистных им априорных метафизических сущностей. И хотя основоположники позитивизма чувствуют и понимают всю сложность интерпретации понятий пространства и времени, тем не менее им кажется, что за априорными метафизическими идеями абсолютных пространства и времени классической физики скрывается некая реальность.

Так, например, Г. Спенсер считает, что наше сознание непосредственно свидетельствует о том, что “пространство и время существуют не в мысли, а вне ее и столь абсолютно не зависят от нее, что их нельзя понять, как переставшими существовать даже в том случае, если ум перестал существовать” /Спенсер, т.1, с. 28/. Правда, пространство и время как таковые не могут быть познаны ни как сущности, ни как атрибуты сущностей. Они познаются лишь в отношении к сознанию. Время - это абстракт отношения последовательности, а пространство - абстракт отношения сосуществования /с. 93/. При этом понятия пространства и времени, как и другие абстрактные понятия, образуются из отдельных конкретных фактов, но их отличие “состоит в том, что, в данном случае, систематизация опыта прошла через всю эволюцию мышления” /с. 93/.

Мы не ставим здесь целью проанализировать представления Г. Спенсера о времени. Для нас важно подчеркнуть, что Г. Спенсер полагает, что хотя мы познаем лишь относительную реальность, тем не менее постоянство нашего сознания о времени свидетельствует о существовании некоторой абсолютной реальности. И хотя мы не можем познать причины, обусловливающие отношение последовательности, и обладаем лишь относительным знанием, тем не менее должны без колебаний принять те термины мысли, которые образовались в нас в силу опыта. Таким образом, можно сказать, что Г. Спенсер принимает в целом ньютоновскую концепцию времени.

Ньютоновское представление о времени на протяжении более чем 200 лет оставалось незыблемым как среди естествоиспытателей, так и среди значительной части философов. Правда, в философии параллельно развивались и иные, в частности кантианские, взгляды на время, но до конца XIX столетия они не оказывали заметного влияния на развитие естествознания.

К концу XIX века “механика, идущая по своему победоносному пути в разрешении различных проблем по естествознанию, достигает своего апогея” /Жуковский, 1937, т. IX, с. 245/ и в своем стремлении всяческому физическому явлению давать механическое толкование останавливается перед объяснением некоторых накопленных в физике опытных данных. Возникает необходимость приложить начала классической механики “не к простейшим элементам механики - силе и массе, а к различным физическим элементам: магнитному полюсу, элементу тока, наэлектризованному шарику, электрону, квантам и т.д.” /Там же/. Трудности в объяснении накопленных в физике фактов наводят исследователей на мысль, что возможно они не могут быть объяснены с помощью начал классической механики и что для их объяснения нужны некоторые видоизменения этих начал /Там же/.

Критический анализ ньютоновских представлений о пространстве и времени одним из первых среди естествоиспытателей начал Эрнст Мах (1838-1916). Э. Мах отмечает, что равномерное движение - это такое движение, при котором одинаковые приращения пройденного телом пути соответствуют равным изменениям другого тела, служащего в качестве эталона (например, вращение Земли). “Вопрос, равномерно ли движение само по себе, не имеет никакого смысла. В такой же мере мы не можем говорить об "абсолютном времени" (независимо от всякого изменения). Это абсолютное время не может быть измерено никаким движением, и поэтому не имеет никакого ни практического, ни научного значения; никто не вправе сказать, что он что-нибудь о таком времени знает, это праздное "метафизическое" понятие” /Мах, 1909, с. 187/.

Идею абсолютного времени подверг критике Анри Пуанкаре (1854-1912). Он пишет, что у человека нет непосредственной интуиции равенства двух промежутков времени, и мы не можем быть уверены в равенстве длительности повторяющихся процессов..

При измерении времени такими движениями, как качания маятника, считает Пуанкаре, мы принимаем постулат, согласно которому “длительность двух идентичных явлений одна и та же; или, если угодно, что одни и те же причины требуют одного и того же времени, чтобы произвести одни и те же действия” /Пуанкаре, 1990, с.222/. Однако, пишет он далее, следует быть осторожными. “Не может ли случиться так, что в один прекрасный день опыт опровергнет наш постулат?” /Там же/. Подводя итоги обсуждению проблемы измерения времени, А. Пуанкаре делает вывод, что отсутствующую у нас интуицию равенства двух промежутков времени мы заменяем некоторыми правилами, которые мы выбираем “не потому, что они истинны, а потому, что они наиболее удобны...” /с. 232/.

Таким образом, в конце XIX столетия вопрос о равномерности времени вновь стал проблематичным.

Не раскрыл природу равномерности и Альберт Эйнштейн (1879-1955).

В специальной теории относительности (СТО) предполагается, что в каждой точке пространства локальное время течет равномерно, и это фиксируется расположенными в этих точках вполне идентичными часами. Для того чтобы синхронизировать часы, находящиеся в разных точках пространства, достаточно обменяться между этими точками сигналами, фиксируя моменты посылки сигнала, скажем, из точки А в точку В, отражения его в точке В и возвращения в точку А. Иными словами, под синхронизацией часов в СТО понимается установка для них некоторого нуль-пункта, а не выверка разности их хода. Последнее не требуется в силу того, что в СТО предполагается обусловленная равномерностью течения локального времени одинаковость хода идентичных часов в разных точках одной и той же инерциальной системы отсчета. Правда, ход часов меняется при ускоренных движениях, поэтому "расставлять" часы в инерциальной системе отсчета следует с большой осторожностью, а еще лучше предполагать (что обычно и делается), что идентичные часы изначально расположены в каждой точке инерциальной системы отсчета и не совершали никаких перемещений в пространстве.

В общей теории относительности (ОТО) ход часов в каждой точке пространства зависит от силы гравитационного поля, поэтому проблема равномерности времени становится значительно более сложной. В ОТО, несмотря на зависимость метрики времени от силы гравитационного поля, приходится считать, что в каждой точке пространства время течет равномерно. При этом предполагается, что если бы вдруг во всем пространстве исчезло гравитационное поле, то расположенные в каждой точке пространства часы стали бы идти одинаково.

Вопрос о природе равномерности времени оказался настолько сложным, что и по сей день остается нерешенным.

Широкое распространение имеет представление о том, что все материальные процессы объективно делятся на два больших класса, а именно, на равномерные и неравномерные. При такой уникальности свойства равномерности уникальным становится и время, которое как бы “материализуется” этим единственным в своем роде потоком равномерных материальных процессов и вопрос о каком-либо исследовании свойства равномерности становится неразрешимым.

Однако этот критерий равномерности многими исследователями не принимается во внимание. Это объясняется тем, что до сих пор остается невыясненной природа равномерности, и равномерность сохраняет статус интуитивно понятного и не требующего объяснения свойства времени. При этом, как мы видели, до сих пор широкое распространение имеет представление о том, что равномерность - это вовсе не объективное свойство времени, а чисто условное, которое мы приписываем тем движениям или процессам, которые выбрали в качестве эталонных (основных) часов и по которым градуируются все остальные часы. Однако если принять последнюю точку зрения, то становится непонятной проблема точности измерения времени, успешным решением которой не без оснований гордится современная наука. Действительно, что означает точность измерения времени, если можно договориться считать равномерным любой процесс и сделать его эталонным? В этом случае под точностью измерения времени придется понимать только то, насколько точно часы, которыми мы пользуемся, воспроизводят ход наших эталонных часов и ничего более. Вместе с тем реальное положение дел в области измерения времени совершенно не допускает подобного произвола.

Итак, "равномерность" рассматривается д'Аламбером как абсолютное свойство некоторого единственного класса движений, в силу чего все наблюдаемые процессы предполагается возможным однозначно разбить на "равномерные" (или, по крайней мере, "приближенно равномерные") и неравномерные. Поэтому мы вправе ожидать, что даламберовские критерии равномерности помимо разделения всех движений на "равномерные" и "неравномерные", позволяют обеспечить также однозначность подобного разбиения.

Приступая к анализу предлагаемых Ж. д'Аламбером трех способов определения равномерности тех или иных движений, мы должны особо подчеркнуть, что все способы предполагают сравнение между собой двух или нескольких движений (процессов). Эта особенность даламберовских критериев далеко не случайна. Дело в том, что если нам дан один единственный процесс, то мы ничего не сможем сказать о его равномерности или неравномерности, поскольку для этого должны будем сравнивать между собой периоды времени, на протяжении которых наблюдаемая нами система изменяется одинаковым образом. Но эти периоды времени невозможно сравнивать между собой непосредственно, поскольку они следуют друг за другом во времени. Для решения нашей задачи мы должны были бы иметь некоторый "хранитель длительности", т.е. некоторые "часы", при помощи которых можно было бы сравнивать различные интервалы длительности. Но подобный "хранитель длительности" сам должен быть некоторым процессом, что противоречит нашему условию. Следовательно, вопрос о равномерности или неравномерности тех или иных процессов правомерен лишь в том случае, если мы имеем возможность сравнивать исследуемый процесс с другими материальными процессами. В этом случае мы можем воспользоваться следующим критерием равномерности:

Пусть мы имеем равномерно движущееся тело А, которое за произвольно взятый промежуток времени Т проходит путь Е, а другое тело В, которое также движется равномерно, за тот же промежуток времени проходит расстояние е. “Тогда независимо от того, одновременно ли начали двигаться эти два тела или нет, отношение Е к е будет всегда одним и тем же. И этим свойством обладает лишь равномерное движение” /Там же, с.47/.

Не позволяют установить "абсолютную равномерность" и два других предлагаемых д'Аламбером критерия равномерности.

Согласно одному из них, “...движение тела можно считать приближенно равномерным в том случае, если тело проходит одинаковые пути за такие промежутки времени, которые мы можем считать одинаковыми. Промежутки же времени мы можем считать одинаковыми в том случае, если многократные наблюдения показывают, что в течение их происходят одинаковые события, которые можно считать длящимися одинаково. Так, мы можем считать, что из одной и той же клепсидры вода вытекает всякий раз за одно и то же время” /Там же, с.47/.

Для того чтобы применять этот критерий равномерности, надо быть уверенным, что существуют процессы, протекающие всякий раз одинаково, при помощи которых можно отождествлять удаленные друг от друга (во времени) временные интервалы. Однако вывод о том, что данный процесс всякий раз протекает одинаково, опирается на наш повседневный опыт и основан, в конечном итоге, на сравнении этого процесса с другими. Но какова гарантия того, что сравниваемые процессы не связаны между собой какими-либо не известными нам фундаментальными законами природы и не входят в один и тот же класс соравномерных процессов?

Аналогичное возражение можно высказать и по отношению к третьему критерию равномерности, согласно которому “...движение можно считать приближенно равномерным, когда мы вправе полагать, что действие ускоряющей или замедляющей причины - если таковая имеется, - может быть только неощутимой” /Там же, с.47/.

Однако, в общем случае, о наличии или отсутствии подобных причин мы можем судить лишь по результатам их действия, т.е. по реальному ускорению или замедлению наблюдаемого движения или процесса, что также требует сопоставления исследуемых объектов с объектами, которые, по нашему мнению, либо не претерпевают никаких изменений, либо одинаковые изменения всякий раз длятся одинаково. Но в таком случае все те причины, которые одинаково ускоряют или замедляют все сравниваемые процессы, останутся для нас "неощутимыми".

Таким образом, предложенные Ж. д'Аламбером критерии равномерности основаны на сравнении двух или нескольких процессов между собой и позволяют установить лишь их соотносительную равномерность, т.е. их соравномерность относительно друг друга.

Рассмотрим теперь предложенный Рудольфом Карнапом (1891-1970) способ выделения пригодных для измерения времени строго периодических процессов.

Обсуждая вопрос о способах измерения времени, Р. Карнап обращается к периодическим процессам, среди которых различает "слабые периодические процессы", такие, как выходы мистера Смита из дома, пульс человека и т.п., т.е. процессы, у которых периоды могут каким-то образом изменяться, и "сильные периодические процессы", у которых периоды сохраняются постоянными. Для измерения времени желательно было бы взять такой периодический процесс, периоды которого всегда оставались бы неизменными. Но если мы еще не умеем измерять время, то мы и не можем априори сказать, какие периодические процессы относятся к слабым, а какие - к сильным.

Рудольф Карнап рассуждает следующим образом.

Таким образом, с точки зрения Р. Карнапа, время можно измерять при помощи любого периодического процесса. Предпочтение физическим маятникам следует отдать только потому, что, измеряя время при их помощи, мы получаем более простые законы движения материальных тел. При этом оказывается, что все периодические процессы, эквивалентные колебаниям маятника, представляют собой “сильные” периодические процессы, или, другими словами, выделенный таким образом класс эквивалентности состоит из строго периодических процессов и единственен в своем роде, поскольку все другие классы эквивалентных периодических процессов либо совпадают с этим классом (как, например, классы, эквивалентные вращению Земли вокруг оси или ее обращению вокруг Солнца), либо не пересекаются (как, например, класс эквивалентности биению сердца).

Общепринятый способ измерения времени Р. Карнап считает основанным на том, что эмпирически выявлен большой класс эквивалентных периодических процессов, каждый из которых может быть использован для измерения времени. К этому классу относятся вращательные движения небесных тел, колебания маятников, движения балансирных колесиков часов и др. При этом Р. Карнап замечает, что, “насколько мы знаем, существует только один обширный класс такого рода” /с. 133/ (Выделено Р. Карнапом).

- И, наконец, представим себе, что все нанесенные на ось абсцисс шкалы исчезли или настолько перепутались, что мы ими воспользоваться не можем; что у нас нет никакой линейки, при помощи которой можно было бы установить равенство различных отрезков на оси абсцисс; что мы не знаем, в каком состоянии находится наша пленка, и нам неизвестно, подвергалась ли она каким-либо сжатиям и растяжениям после того, как были нанесены последняя равномерная t-шкала и последнее множество графиков.

Итак, мы имеем на ленте огромное количество различных графиков, которые после их нанесения на ленту многократно деформировались вместе с лентой. Хотя мы не можем априори установить, какие графики и когда были нанесены - в этом отношении графики для нас неразличимы, - тем не менее для удобства рассуждений сохраним их обозначения, пометив только штрихами в знак того, что исследуемые графики отличаются от исходных в силу тех деформаций, которые испытала пленка после нанесения на нее каждого очередного множества графиков.

Для простоты дальнейших рассуждений мы рассмотрим только две первые группы графиков, т.е.

и

Но отношения приростов функций, принадлежащих разным группам, т.е. такие, как:

Аналогичным образом можно рассмотреть группу повторяющихся (периодических) процессов:

Аналогичным образом можно было бы рассмотреть любые группы выявленных повторяющихся (квазипериодических) процессов с другими индексами и "восстановить" на оси абсцисс соответствующие равномерные шкалы.

Разные классы соравномерных процессов как классы разных эквивалентностей не пересекаются между собой, поэтому если бы мы начали при помощи процессов того или иного класса измерять время, то все остальные классы соравномерных процессов потеряли бы для нас свойство “равномерности” и предстали бы в виде групп стохастических процессов.

В реальной действительности классы соравномерных и эквивалентных периодических процессов могут возникать в силу различных причин. Во-первых, они могут состоять из процессов, подчиняющихся одним и тем же фундаментальным законам. Во-вторых, подобный класс могут образовать процессы, принадлежащие такой целостной высокоинтегрированной материальной системе, в которой все процессы настолько тесно взаимосвязаны и сопряжены, что ведут себя как единый целостный поток, синхронно и пропорционально ускоряясь и замедляясь под воздействием разных, влияющих на данную систему факторов. И, наконец, в единый класс могут входить процессы, индуцированные одним и тем же фундаментальным процессом и строго повторяющие его ритмику.

Анализ истории формирования идеи абсолютного времени классической физики привел нас к выводу, что ньютоновское “абсолютное, истинное математическое время” абстрагировано от суточного вращения Земли. Однако в силу ряда обстоятельств генетическая связь абсолютного времени с суточным вращением Земли вокруг оси оказалась основательно забытой и на протяжении более чем двух столетий после И. Ньютона в естествознании господствовало представление о времени как о некоторой равномерно текущей и ни от чего не зависящей субстанции.

При этом, однако, время превращается в чисто локальную характеристику мира, жестко привязанную к той точке мирового пространства, в которой находятся измеряющие время часы.

Для того чтобы преодолеть локальность измеряемого конкретными часами физического параметра “времени”, в специальной теории относительности (СТО) предполагается возможность существования в любой точке инерциальной системы отсчета стандартных часов, которые в силу идентичности своего устройства способны идти абсолютно одинаково, и вводится особая процедура “синхронизации” пространственно разобщенных часов. Таким образом, в СТО удается ввести представление о едином времени данной инерциальной системы отсчета.

Онтологическая неопределенность введенного таким образом понятия времени большинством естествоиспытателей, и в том числе физиков, преодолевается не всегда осознаваемыми квазиньютоновскими представлениями о времени как о некотором повсеместно происходящем в объективном мире равномерном движении. Но то обстоятельство, что это “равномерное течение”, т.е. “время”, непременно измеряется “секундами”, представляющими собой одну из шести фундаментальных единиц общепринятой Международной системы единиц физических величин СИ, свидетельствует о том, что выявленная нами генетическая связь абсолютного времени классической физики с суточным вращением Земли остается справедливой и для общепринятых ныне представлений о времени.

Таким образом, хронометрируя тот или иной процесс или теоретически описывая его “во времени”, мы, по сути дела, как и во времена И. Ньютона, продолжаем сравнивать его с вращением Земли вокруг оси или с обращением ее вокруг Солнца и анализировать характер отклонений от соравномерности с указанными механическими движениями. Именно такой способ измерения времени и временного описания исследуемых процессов лежит в основе познания многих закономерностей материального мира.

Чем же обусловлена столь великая роль вращения Земли вокруг оси и обращения ее вокруг Солнца – этих механических движений – в познании законов природы?

Вращение Земли вокруг оси и ее обращение вокруг Солнца входят в весьма обширный класс соравномерных процессов, к которому, помимо вращательных движений небесных тел и космических систем типа Солнечной, относятся прямолинейные инерциальные движения масс в инерциальных системах отсчета, колебательные движения физических маятников, кристаллических, молекулярных и атомных осцилляторов. Все эти движения являются движениями закрытых консервативных динамических систем, т.е. таких систем, которые не обмениваются с окружающей средой массой и энергией и у которых в процессе движения сохраняется постоянной механическая энергия, или энергия движения. Именно сохранение неизменной величины механической энергии приводит к тому, что эти движения могут неограниченно долго длиться без каких-либо изменений характеристик, что и обусловливает их объединение в один класс соравномерных процессов. При этом говорить о соравномерности позволяет то обстоятельство, что в каждом из них имеется, по крайней мере, один параметр, величина которого нарастает равномерно “во времени”, если только “время” измеряется одним из входящих в этот класс “равномерных” или “строго периодических” процессов. Так, при прямолинейном инерциальном движении масс в инерциальной системе отсчета равномерно нарастает длина пройденного пути; при свободном “твердотельном” вращении небесного тела аналогичным образом нарастает угол поворота, а также число полных оборотов тела вокруг оси; при обращении одного небесного тела вокруг другого в таких космических системах, как Солнечная система, равномерно нарастает, во-первых, величина площади, заметаемой радиусом-вектором орбиты данной планеты, а во-вторых, число полных оборотов планеты вокруг центрального тела; у физических маятников, как и у других колебательных систем, равномерно “во времени” нарастает число полных периодов колебаний.

Таким образом, равномерность общеизвестного времени обусловлена тем, что оно измеряется при помощи таких закрытых динамических систем, у которых механическая энергия в процессе движения сохраняется постоянной. Более лаконично данный вывод можно сформулировать следующим образом: равномерность времени обусловлена законом сохранения (механической) энергии. Однако такой вывод находится в явном противоречии с широко распространенным представлением о том, что основные законы сохранения классической физики, и в том числе закон сохранения энергии, являются следствиями свойств симметрии пространства и времени.

В современной физике такая точка зрения на характер соотношения однородности (или, иначе, равномерности) времени и закона сохранения энергии общепринята, не подвергается сомнению и в учебных пособиях по физике для вузов излагается как незыблемая истина. “Метрические свойства пространства и времени - однородность и изотропность, - пишут авторы одного из учебников для вузов, - обусловливают фундаментальнейшие законы природы, имеющие решающее значение для всех разделов физики, а именно, следствием однородности пространства является закон сохранения импульса, изотропности - закон сохранения момента импульса, а следствием однородности времени - закон сохранения энергии” /Наркевич и др., 1992, с. 225/. Аналогичная точка зрения содержится и в других учебных пособиях (см., например: /Ландау , Лифшиц, 1989, с. 45, 61, 109/). Вслед за физиками такого же мнения придерживаются и многие философы. См, например: /Ахундов, 1982 а, с. 176/.

Справедливости ради следует отметить, что в ходе дискуссии по проблеме взаимосвязи и соотношения свойств симметрии пространства и времени и основных законов сохранения механики, состоявшейся среди отечественных философов в 60-70-е годы, отстаивались и иные точки зрения. Так, например, Н.Ф. Овчинников и Ю.Б. Румер обосновывали мнение, согласно которому не законы сохранения следуют из симметрии пространства и времени, а наоборот, законы сохранения обусловливают свойства симметрии пространства и времени (см.: /Овчинников, 1960, с. 177; Румер, Овчинников, 1968; Румер, 1971/). Ряд авторов, исходя из общефилософских соображений, доказывали, что поскольку пространство, время и движение суть основные однородные атрибуты материи, то “формы симметрии и соответствующие им законы сохранения в рамках существующей между ними связи” следует рассматривать “не в плане причинно-следственных отношений, а как однопорядковые, но различные стороны единой закономерности материального мира” /Абасов, 1980, с. 74/. Аналогичную точку зрения отстаивали В.С. Готт, А.Ф. Перетурин, А.Н. Шатохин и др. (См.: /Готт, 1972; Перетурин, Сидоров, 1968; Шатохин, 1968/).

Определенную дань традиционному решению вопроса о характере взаимосвязи свойств симметрии пространства и времени и законов сохранения классической физики отдала Эмми Нётер, которая, доказав возможность математического вывода всех законов сохранения из свойств симметрии динамических систем, казалось, окончательно подтвердила истинность традиционного решения рассматриваемой проблемы. Именно так были восприняты результаты исследований Э. Нётер большинством ученых в начале нашего столетия, и такая оценка ее знаменитой теоремы продолжает господствовать по настоящее время. Некоторым авторам кажется особенно сильным аргументом в пользу традиционных представлений то обстоятельство, что обратная теорема Нётер, как выяснилось, в общем случае несправедлива. Этим авторам дело представляется таким образом, будто прямая теорема Нётер устанавливает реально существующее в действительности следование законов сохранения из свойств симметрии пространства и времени. Поэтому для того, чтобы в реальной действительности свойства симметрии пространства и времени следовали из законов сохранения, считают они, должна быть справедлива обратная теорема Нётер, позволяющая из законов сохранения выводить свойства симметрии динамических систем. А поскольку обратная теорема Нётер в общем случае неверна, то отсюда, с их точки зрения, следует справедливость традиционных представлений о фундаментальности свойств симметрии пространства и времени по сравнению с соответствующими законами сохранения.

Однако теорема Нётер сама по себе не устанавливает никаких отношений субординации между свойствами симметрии динамических систем и законами сохранения физических величин, характеризующих движение этих систем, и тем более не указывает на существование каких-либо причинно-следственных связей между ними. В.С. Барашенков, обсуждая физический смысл прямой и обратной теорем Нётер, приходит к выводу, что согласно этим теоремам “каждому типу симметрии соответствует свой закон сохранения и, наоборот, каждому закону сохранения может быть сопоставлена вполне определенная симметрия. В рамках современных физических теорий нельзя установить, что является более фундаментальным - симметрия или же неразрывно связанный с ней закон сохранения” /Барашенков, 1980, с. 336/. Здесь мы имеем чисто математическую теорему, устанавливающую только функциональные связи и дающую в руки исследователей математический аппарат, позволяющий из свойств симметрии выводить законы сохранения. Но ни функциональные связи, существующие между теми или иными свойствами исследуемых объектов, ни возможность математического вывода характеристик или параметров одних свойств из характеристик или параметров других - сами по себе не свидетельствуют о каких-либо причинно-следственных связях или отношениях субординации. Для того, чтобы иметь возможность существующие между свойствами реальной действительности функциональные связи толковать как причинно-следственные, необходимо обратиться к самой реальной действительности и выяснить характер зависимостей, существующих между соответствующими свойствами ее объектов.

И, наконец, отметим, что повышение точности измерения физического времени означает ничто иное, как использование в качестве часов таких динамических систем, которые все более строго удовлетворяют критериям закрытости и консервативности, а также выявление и учет факторов, нарушающих закрытость и консервативность динамических систем, используемых в качестве часов.

Как известно, предпринятая еще в конце прошлого века попытка И.М. Сеченова (1829-1905) с позиций естественнонаучного материализма решить проблему восприятия человеком времени привела его к выводу о том, что объективное время человек воспринимает при помощи органов слуха, зрения и рецепторов мышечного ощущения. Он писал: “В самом деле, только звук и мышечное ощущение дают человеку представление о времени, притом не всем своим содержанием, а лишь одною стороною, тягучестью звука и тягучестью мышечного чувства. Перед моими глазами двигается предмет; следя за ним, я двигаю постепенно или головой, или глазами, или обоими вместе; во всяком случае зрительное ощущение ассоциируется с тянущимся ощущением сокращающихся мышц...” /Сеченов, 1952, т. 1, с. 77-78/. При решении вопроса о механизмах восприятия времени отечественные философы и психологи продолжают опираться на выводы И.М. Сеченова. Так, например, Н.И. Моисеева, изложив приведенные выше представления И.М. Сеченова, пишет: “Для отсчета временных отношений важно мышечное чувство с его “тягучестью в сознании” не только само по себе и не столько статическое мышечное чувство, а те ощущения, которые сопутствуют двигательной активности, особенно ходьба, представляющая, по И.М. Сеченову, “шаблон”, на котором могли развиваться числа, линейная мера и мера времени, поскольку шаги представляют собой ряд повторных действий с постоянной продолжительностью и паузами. Сопровождающее их мышечное чувство может служить “измерителем или дробным анализатором пространства и времени” /Моисеева, 1989, с. 263/. Автор, разумеется, знает о существовании “биологических часов” и признает, что организм располагает собственным внутренним механизмом отсчета времени, но считает, что “подсчеты по этой системе наименее точны, что выявлено в многочисленных опытах с сенсорной депривацией, когда человек ориентировался во времени исключительно по собственному внутреннему чувству” /Там же, с. 267/.

Аналогичным образом решает вопрос о механизмах восприятия времени Н.Д. Багрова. “По современным представлениям, - пишет она, - у человека нет специального временного анализатора, равнозначного по физиологическому смыслу зрительному или слуховому... Вместе с тем каждый анализатор наряду со своей непосредственной функцией может при определенных условиях выполнять еще и функцию отсчета времени... Однако собран большой экспериментальный материал, свидетельствующий о том, что слуховой анализатор точнее других определяет время” /Багрова, 1980, с. 18/.

В настоящее время имеются убедительные факты, свидетельствующие о том, что объективное физическое время человек воспринимает не непосредственно, как нечто объективно существующее во внешнем материальном мире и воздействующее на те или иные органы чувств, а опосредованно, через субъективное переживание своего собственного бытия. При этом периоды тех или иных ритмических процессов “биологических часов” собственного организма ощущаются и осознаются им как равные интервалы длительности.

Многочисленные эксперименты свидетельствуют о том, что, будучи изолированным от циклических изменений окружающих условий (например, находясь в сурдокамере или глубокой пещере), человек оказывается не в состоянии “воспринимать и оценивать” “равномерно текущее объективное время”. Более того, на протяжении всего эксперимента он остается уверенным, что его субъективные сутки, т.е. длительности периодов “сон-бодрствование”, не претерпевают сколь-либо существенных изменений и остаются равными приблизительно 24 часам, тогда как на самом деле продолжительность его субъективных суток оказывается подверженной случайным изменениям и имеет тенденцию растягиваться до 48 часов.

О том, что субъективное чувство равномерного дления связано не с восприятием извне равномерно текущего объективного времени, а с субъективным переживанием протекающего в организме самого человека потока биологических процессов, среди которых важную роль играют циклические процессы “биологических часов”, свидетельствуют и другие факты. Так, изменение общей ритмики биологических процессов организма (например, при резких нарушениях температуры тела) человек воспринимает и переживает как изменение ритмики объективного физического времени.

Отметим, что субъективное переживание человеком равномерного дления имеет два принципиально разных механизма, один из которых связан с рассматриваемыми нами “биологическими часами”, а другой, - с протекающими в мозгу и во всей нервной системе информационными процессами. В зависимости от обстоятельств чувство равномерного дления может быть связано с тем или другим механизмом субъективного чувства времени. Но и в том, и в другом случае изменение хода субъективного времени человеком переживается и осознается как изменение ритмики не субъективного, а объективного времени.

Укажем еще на один факт, свидетельствующий о том, что восприятие объективного времени зависит от ритмики протекающих в головном мозгу человека информационных процессов. Известно, что в стрессовых ситуациях у операторов сложных человеко-машинных систем иногда наблюдается резкое изменение ритмики информационных процессов и за очень короткий интервал физического времени они успевают проанализировать значительный объем информации и принять весьма ответственные решения /Береговой, 1979/. В нормальных условиях на всю эту работу потребовался бы значительно больший интервал физического времени. Однако субъективно человек переживает эту ситуацию не как ускорение каких-то процессов собственного организма, а как замедление или даже кратковременную остановку объективного физического времени. Поэтому не случайно в психологии подобная реакция операторов сложных человеко-машинных систем на стрессовую ситуацию получила наименование феномена “замедления” времени /Китаев-Смык, 1983, с. .206/.

И наконец, с механизмами “биологических часов” связана также способность человека интуитивно, не прибегая ни к каким внешним измерителям или индикаторам времени, оценивать в общепринятых единицах физического времени различные, в том числе небольшие, интервалы длительности.

Система “биологических часов” включает не только циркадные, месячные, сезонные и другие долгопериодические, но и большое количество короткопериодических колебательных (циклических) процессов, которые с определенной степенью точности и постоянства эквивалентны ритмическим изменениям внешних условий, что и делает их компонентами “биологических часов” физического времени, при помощи которых человек производит оценку длительности коротких интервалов времени. Но для этого периоды соответствующих колебательных процессов должны быть прокалиброваны в единицах физического времени. В современных условиях подобная калибровка короткопериодических компонент “биологических часов” происходит очень часто в процессе повседневного использования часов при оценке различных интервалов длительности. В результате у человека формируется способность достаточно точно оценивать длительности различных интервалов времени.

Таким образом, интуиция времени существует благодаря тому, что в организме человека имеется сложная система колебательных (циклических) процессов, эквивалентных таким периодическим процессам физического мира, как вращение Земли вокруг оси и ее обращение вокруг Солнца. Но это означает, что “биологические часы”, будучи эквивалентными указанным выше движениям класса “инерциально-равномерных”, сами как бы включаются в этот класс и таким образом “привязывают” и подчиняют протекающие в организме биологические процессы, а в конечном итоге поведение и жизнедеятельность, “равномерному течению” физического времени.

Именно постоянство энергии движения приводит к тому, что закрытые консервативные динамические системы могут неограниченно долго продолжать движение без изменения его характеристик и тем самым сохранять соравномерность с другими движениями этого класса. Но это означает, что не закон сохранения энергии является следствием однородности (равномерности) времени, как это принято считать, а наоборот, свойство равномерности времени, измеряемого “инерциально-равномерными” движениями, является следствием закона сохранения (механической) энергии.

Серьезным препятствием на пути решения этой задачи является преобладание в живой материи стохастических процессов, требующих для своего описания статистических и вероятностных методов, тогда как в современной науке имеются многочисленные факты, свидетельствующие о том, что развитие организмов, а следовательно, и обеспечивающие это развитие биологические процессы, подчиняются каким-то неизвестным науке динамическим законам, которые скрыты за внешней стохастичностью процессов.

В этом отношении большой интерес представляют работы тех биологов, которые хронометрируют исследуемые процессы не в астрономических единицах физического времени, а в особых единицах длительности, отмеряемых при помощи тех или иных процессов самого изучаемого живого организма. При таком способе хронометрирования обнаруживается удивительное единообразие в развитии организмов, говорящее о существовании внутренних динамических законов развития, которые не могут быть выявлены при использовании общепринятых единиц измерения времени.

Подобный способ временного описания не укладывается в рамки общепринятых представлений о времени. Поэтому даже сами биологи, использующие специфические единицы длительности, склонны рассматривать их не как единицы особого биологического времени, а как некоторые искусственно введенные безразмерные характеристики развития изучаемого живого организма.

Но выше было показано, что равномерность - это не абсолютное свойство одного единственного класса материальных процессов, а соотносительное, и что возможно существование неограниченного множества классов соравномерных процессов. В общем случае различные классы соравномерных процессов взаимно стохастичны. Поэтому можно предположить, что стохастичность биологических процессов в значительной степени обусловлена тем, что материальные процессы биологических систем, объективно структурированные в равномерном биологическом времени, мы хронометрируем и пытаемся теоретически описывать в физическом времени, единицы которого стохастичны по отношению к единицам биологического времени.

Подобная смена парадигмы требует самого тщательного методологического анализа всего круга проблем, связанных с введением в понятийный аппарат биологии понятия биологическое время. Вполне естественно, что методологический анализ невозможен без определенного вторжения философии в пределы естествознания, но, в отличие от так называемого натурфилософского подхода, он не предполагает получения “готовых решений естественнонаучных проблем путем дедукции этих решений из философских принципов” /Бранский, 1989, с. 28/. Поэтому высказанные в настоящем параграфе соображения о наиболее фундаментальных единицах биологического времени следует воспринимать лишь как гипотезы, призванные помочь обосновать принципиальную возможность существования наиболее фундаментальных и единых для всех периодов развития живого организма “ квантов” биологического времени.

Живая материя отличается крайней противоречивостью, которая проявляется в виде удивительного сочетания в ней, во-первых, “поразительной устойчивости” с “тончайшей чувствительностью к изменениям” /Уотермен, 1968, с. 12/ и, во-вторых, невероятного многообразия живых организмов с однотипностью их строения и единством исходных принципов организации и функционирования.

В это время благодаря развитию молекулярной биологии все более глубоко раскрывается фундаментальное значение клетки как основной структурной и функциональной единицы живых организмов и все более широкое признание получает представление о том, что решение многих общебиологических проблем может быть достигнуто лишь "на уровне клетки". Поэтому представлялось, что одним из важных этапов в создании теоретической биологии должно явиться построение математической модели клетки и внутриклеточных процессов.

В работах, посвященных изучению и описанию клетки и внутриклеточных связей и процессов, достаточно четко выделились два направления, одно из которых можно назвать структурно-функциональным, другое - феноменологическим.

Первое связано с детальным исследованием структуры клетки и внутриклеточных образований, конкретных физико-химических механизмов взаимодействия различных элементов внутриклеточной организации, каналов внутриклеточной коммуникации, физико-химических свойств материальных носителей информации, способов обмена информацией между отдельными элементами клеточной структуры и т.д.

Задачи данного направления достаточно четко были изложены в Предисловии книги "Механизмы интеграции клеточного обмена". "Проблема механизма интеграции, - писал автор Предисловия С. Нейфах, - это, в сущности, проблема конструкции системы. Нельзя понять конструкцию, если, разложив систему на элементарные части, не попытаться рассмотреть рабочие узлы и блоки этой системы и пролегающие между ними коммуникации. Для того чтобы проанализировать участие биокаталитической системы клетки в интеграции обмена, недостаточно знание только структуры и функций индивидуальных белков-ферментов как таковых. Необходимо установить также взаимосвязи между ферментами, способы регулирования их активности, механизм их репродукции и т.д." /Нейфах, 1967, с. /.

Познавательная ценность структурно-функционального направления заключалась в том, что оно давало богатый фактический материал о процессах, строении и функционировании клетки и отдельных ее элементов, тот материал, без которого невозможно выяснить специфику живой клетки как целостной системы и построить в конечном итоге ее математическую модель.

Однако, нацеливая на конкретно-эмпирическое исследование живой клетки, сторонники данного направления исходили из предположения, что отдельные внутриклеточные процессы, а также внутриклеточные взаимодействия подчиняются обычным физическим и физико-химическим законам и что загадка клетки как целостной интегрированной системы, равно как и вообще "секреты жизни", скрывается в неизвестных пока деталях организации клетки. Характеризуя подобного рода представления, Г. Патти писал: "... В последнее время, после так называемого молекулярно-биологического переворота, неоднократно высказывалось мнение, что теперь, наконец, загадка жизни сведена к языку и законам физики. В частности, как заявляют биохимики и молекулярные генетики, им удалось доказать, что обычные физические и химические законы дают относительно ясную и простую основу для понимания наследственности и большинства процессов обмена веществ. Модель матричной ДНК, предложенная Уотсоном и Криком, общепринята как главный ключ к загадке наследственности, подобно тому, как выяснение детальной структуры белков позволило в основном понять ферментативные механизмы. Обычное рабочее допущение молекулярных биологов заключается в том, что оставшиеся проблемы будут разрешены с помощью дополнительных экспериментов. Во всяком случае, они не видят перед собой никаких препятствий или принципиальных загадок. В результате возникает представление о том, что биология объяснима в рамках обычных физических законов и что поэтому приложение физической теории к живой материи не требует особых усилий" /Патти, 1970, с.71-72/.

Но предположение о том, что, не выходя за рамки существующих в современной физике и химии законов и теорий, можно достаточно адекватно описать и объяснить функционирование живой клетки и течение внутриклеточных процессов, неизбежно вело к абсолютизации этих законов и теорий и к формированию соответствующих модификаций механистических воззрений на жизнь. При этом необходимо подчеркнуть, что сущность механистического объяснения жизни, заключающаяся в попытках раскрыть секрет жизнедеятельности живых организмов оставаясь в пределах построенных на основе изучения неживой природы физических и химических теорий, не зависит от того, каковы сами по себе эти теории. Так, например, представление о том, что тайна жизни должна уложиться в рамки, установленные законами волновой механики, и что "эта тайна скрывается, очевидно, где-то в сфере электронных взаимодействий, происходящих либо на суб- или супрамолекулярном уровне, либо внутри самих молекул, либо между молекулами, участвующими в биохимических процессах... " /Пюльман, 1966, с.5/, в гносеологическим плане мало чем отличается от значительно более грубой, первоначальной формы механицизма, пытавшегося уложить тайну жизни в рамки законов классической механики. Причем достаточно последовательное развитие механистических представлений в биологии рано или поздно наталкивается на специфические особенности живой материи, не укладывающиеся в рамки используемых физических и химических законов и теорий, что вызывает стремление к идеалистической "компенсации" механистических "переупрощений" загадки жизни "с помощью постулирования разного рода витальных сил" /Фролов, 1972, с.93/. Иными словами, "... механицизм в биологии, какие бы формы он ни принимал в зависимости от абсолютизируемых им методов ("физицизм", "химизм" и пр.) "дополняется" идеалистическими конструкциями - неовитализмом, психоламаркизмом, холизмом, неофинализмом и пр., а то и прямой апелляцией к религии, к идее бога" /Там же/. Поэтому абсолютизация структурно-функционального направления, опирающегося в теоретическом плане на известные физические и химические законы и теории, оказывается сопряженной с опасностью распространения, с одной стороны, механистических тенденций в объяснении жизни, а с другой - идеалистических "дополнений" к механистическим представлениям о сущности жизни.

Итак, структурно-функциональное направление вело к накоплению данных о материальной структуре клетки и о внутриклеточных процессах, и в этом его огромная познавательная ценность. Однако было бы неправильно абсолютизировать данное направление в изучении клетки. Более того, двигаясь от материальной структуры к объяснению клетки как целостной системы, мы вряд ли сумеем представить происхождение самой клетки как необходимое следствие специфических особенностей биологических и, прежде всего, биохимических процессов. Утверждение о том, что "проблема механизмов интеграции клетки - это, в сущности, проблема конструкции системы", по отношению к такой системе, как живая клетка, справедливо лишь наполовину, поскольку сама конструкция системы должна быть естественным образом объяснена как неизбежный результат действия каких-то принципов самоорганизации биологических систем, которые, в свою очередь, должны быть представлены как проявления наиболее фундаментальных законов протекающих в живых организмах биологических процессов.

Последующее развитие структурно-функционального направления в изучении клетки в полной мере выявило, с одной стороны, огромные возможности современной науки проникать вглубь структурной организации клетки, а с другой стороны, принципиальную ограниченность данного направления в познании интегративных свойств клетки как наиболее фундаментального элемента более сложных многоклеточных живых организмов.

Признавая большую познавательную ценность данного направления в изучении живой клетки, мы тем не менее считаем, что при построении математической теории клетки и внутриклеточных процессов значительно более перспективным являлось второе - феноменологическое - направление, которое отвлекается от материальной структуры клетки и от конкретных физико-химических механизмов взаимодействия отдельных элементов внутриклеточной организации и рассматривает клетку как целостную систему взаимосвязанных процессов, описываемых через функциональные зависимости, существующие между различными параметрами клетки и внутриклеточной среды. Достаточно очевидно, что это направление может развиваться лишь на основе обобщения и постоянного учета полученных конкретно-эмпирическими методами исследования фактических данных о строении клетки и о протекающих в ней процессах. Однако при феноменологическом описании эти данные учитываются не непосредственно, а в "снятом", так сказать, виде, через математическую формулировку (математический вид) функциональных зависимостей между биохимическими, биофизическими и физиологическими параметрами клетки, а также через ограничения, накладываемые на пределы допустимых изменений тех или иных параметров, характеризующих условия, в которых протекают описываемые процессы. В конечном итоге данное направление должно привести к установлению специфически биологических законов, которым подчиняются внутриклеточные материальные процессы, и к формированию таких феноменологических теорий, которые будут способны количественно описывать течение внутриклеточных процессов, а в дальнейшем и функционирование клетки как целостной системы.

В развитии физики, отмечает В. Гейзенберг, феноменологические теории всегда играли значительную роль, причем они “развиваются всегда там, где наблюдаемые явления еще не могут быть сведены к общим законам природы. Причина этой невозможности может состоять либо в чрезвычайной сложности соответствующих явлений, которая еще не допускает такое сведение из-за математических трудностей, либо в незнании упомянутых законов” /Гейзенберг, 1967, с.731/. Еще более важная причина частого обращения в физике к феноменологическим теориям заключается в том, что материальными носителями действующих в неживой природу "сил", а также материальными субстратами эмпирически наблюдаемых явлений и процессов оказываются объекты и процессы микромира, труднодоступные для экспериментального изучения.

Совершенно иначе обстоит дело в биологии. Здесь "материальные механизмы" процессов жизнедеятельности живого организма оказались "слишком доступными" для непосредственного наблюдения. Более того, доступными для непосредственного экспериментального изучения оказались материальные носители не только собственно биологических, но и многих лежащих в их основе физических и химических процессов. Отсюда велик соблазн искать "механизмы" биологических процессов в области химических реакций и физических взаимодействий на уровне молекул, атомов и даже элементарных частиц, "из которых состоят биологические системы" и которые "лежат в основе биологических процессов". Поэтому для построения "феноменологических" теорий биологических систем и процессов необходимо, во-первых, правильно определить тот предельно низкий уровень структурной организации живой клетки, с которого начинается собственно "живая материя", а во-вторых, осознанно абстрагироваться (отвлечься) от материальной структуры живых организмов и сосредоточить все внимание на "внешней" стороне именно биологических явлений, т.е. на тех закономерностях, в соответствии с которыми эти явления организованы в пространстве и во времени. Именно о том, насколько трудно современным исследователям абстрагироваться от физических, химических и физико-химических "механизмов" биологических процессов живого организма, свидетельствуют результаты тех дискуссий о путях построения теоретической биологии, которые состоялись в 70-80 годы.

В ходе этих дискуссий выяснилось, что исследователи вкладывали весьма разное содержание в понятие "теоретическая биология" и по-разному понимали смысл теоретических обобщений эмпирических фактов биологии.

Суть дискуссий свелась, фактически, к проблеме правомерности редукции биологии к физике. Однако исследователи, отстаивавшие противоположные точки зрения, находились не в равных условиях, поскольку ученые, считавшие, что теоретическая биология должна строиться на каких-то собственных исходных принципах, еще не могли сформулировать эти принципы. Их позиция в основном опиралась на весьма зыбкие интуитивные представления и догадки самого общего характера, тогда как на вооружении сторонников сведения биологических процессов к лежащим в их основе физическим и химическим процессам, были вся мощь и весь опыт теоретической физики в математическом описании многообразных процессов и явлений физического мира. Веским аргументом при этом представлялось то обстоятельство, что в живой клетке "содержатся те же элементы периодической системы, что и в объектах неживой природы. Никаких химических элементов, присущих только живому, не существует" /Блюменфельд, 1977, с.14/. Отсюда казалось логичным делать вывод о том, что любые взаимодействия составных элементов клетки и любые протекающие в живых клетках процессы реализуются через те же физические поля, через которые эти химические элементы взаимодействуют, вступая в химические реакции, и порождают все многообразие материальных процессов в живой природе.

Возобладанию такой точки зрения весьма способствовало и то обстоятельство, что выдвигавшаяся Э.С. Бауэром, Э. Шредингером и некоторыми другими биологами в качестве специфической особенности живых организмов и даже как “всеобщий закон биологии” (Э.С. Бауэр) способность биологических систем “поддерживать себя на постоянном и достаточно низком уровне энтропии” благодаря тому, что “организму удается освобождаться от всей той энтропии, которую он вынужден производить, пока жив” /Шредингер, 1972/, оказалась в определенной степени присущей и открытым системам неживой природы. Как показал И. Пригожин, находящиеся в существенно неравновесных состояниях открытые системы неживой природы способны к самоорганизации, т.е. к образованию упорядоченных структур, названных им диссипативными /Пригожин, 1960; 1964; 1985; 1990; Николис, Пригожин, 1979, 1990/.

В настоящее время термодинамическая теория диссипативных структур и неравновесных состояний открытых систем многими исследователями рассматривается как надежная основа построения феноменологических теорий биологических систем и процессов. Однако способность живых организмов поддерживать и даже повышать уровень своей организации не возникла из ничего, а явилась результатом развития аналогичных свойств некоторых открытых систем неживой природы. Но в процессе формирования и развития живой материи это свойство открытых систем неживой природы поднялось на качественно новый уровень, и если открытые системы неживой природы для поддержания и повышения уровня своей организации нуждаются в постоянном притоке энергии извне, то живые организмы поддерживают и повышают уровень своей организации за счет внутренней энергии. Поэтому теория диссипативных структур описывает те свойства открытых систем неживой природы, на основе развития которых появилась способность живых организмов за счет своей внутренней энергии поддерживать и развивать уровень своей организации. Термодинамика неравновесных процессов открытых систем и теория диссипативных структур в лучшем случае способны описать самые ранние стадии формирования и развития таких предбиологических систем неживой природы, дальнейшее развитие которых привело к возникновению живых организмов. Этим объясняется, на наш взгляд, проявившаяся в процессе развития современной биофизики ограниченная возможность использования теории диссипативных структур для описания и объяснения биологических систем и процессов.

В отличие от биофизиков, отстаивавших достаточность известных законов физики для описания и понимания биологических систем и процессов, позиция противников редукции биологии к физике была осложнена тем обстоятельством, что обосновать её можно было только создав качественно новую теоретическую биологию.

Итак, сложность построения в биологии таких феноменологических теорий, которые адекватно отражали бы специфику живой материи, заключается в трудности абстрагирования от доступных непосредственному наблюдению молекулярных "механизмов" наиболее фундаментальных биологических процессов, а следовательно, и от тех физических и физико-химических теорий, которые позволяют математически описывать функционирование этих "механизмов". Ситуация усугубляется еще и тем, что господствующая в экспериментальной биологии редукционистская установка не позволяет уделять должное внимание поискам собственно биологических, не подчиняющихся физическим и физико-химическим законам принципов организации биологических процессов. Более того, на наш взгляд, именно редукционистский способ мышления помешал исследователям, занятым проблемами теоретического описания биологических процессов, должным образом оценить выдающееся по своей сути эмпирическое открытие рядом биологов биологического времени.

Правильному восприятию результатов исследований таких ученых, как Т.А. Детлаф , Г.П. Еремеев, Г. Кейт, Д.А. Сабинин, К. Торнтвейт, Х. Фрай, и др., мешало и то обстоятельство, что признание используемых ими единиц длительности единицами особой формы времени вступало в резкое противоречие с общепринятыми представлениями, согласно которым время - это нечто единое, универсальное, всеобщее, равномерно текущее и достаточно точно измеряемое общепринятыми единицами при помощи обычных часов. Вполне естественно, что, не имея достаточно обоснованного положительного решения философской проблемы многообразия типов времени, трудно отойти от господствующих в сознании людей понятий и признать биологическое время столь же полноценным, каким признается физическое время.

Но, как мы показали, принятые ныне представления о времени нуждаются в серьезном пересмотре. Мнение об уникальности времени и о принципиальной невозможности его измерения не иначе, как обычными часами и общепринятыми единицами, основано на негласном признании единственности класса равномерных и строго периодических процессов. Анализ же свойств равномерности и периодичности материальных процессов показал, что они являются не абсолютными, а соотносительными свойствами и что в принципе возможно существование неограниченного множества соравномерных (и периодических эквивалентных) процессов.

О том, что в живых организмах существуют классы соравномерных процессов, синхронно и пропорционально ускоряющих и замедляющих свой ход под воздействием множества различных и, в том числе, случайным образом изменяющихся факторов, свидетельствуют результаты исследований Т.А. Детлаф и ее коллег. Они установили, что с изменением температуры среды длительности различных этапов эмбрионального развития пойкилотермных животных изменяются пропорционально и что эта закономерность имеет фундаментальный характер, охватывая процессы всех структурных уровней организации эмбриона. Как пишет Т.А. Детлаф, “... с изменением температуры пропорционально изменяется длительность процессов, имеющих самую разную природу и осуществляющихся на разных уровнях организации организма: внутриклеточном (молекулярном и ультраструктурном), клеточном (при делении клеток и их дифференцировке), на уровне морфогенетических движений, процессов индукции и органогенеза” /Детлаф, 1996, с. 140/. Иными словами, вся совокупность биологических процессов, из которых складывается развитие эмбриона, ведет себя как единый целостный поток, синхронно и пропорционально изменяя свою скорость в зависимости от изменений температуры среды. В этом едином потоке имеются как сравнительно медленные (например, протекающие на клеточном уровне процессы деления клеток и их дифференцировка), так и весьма быстрые, протекающие на внутриклеточном, молекулярном уровне, к которым относятся, например, ферментативные реакции внутриклеточного метаболизма. При этом достаточно очевидно, что если бы на каких-то структурных уровнях организации эмбриона нарушалась синхронность и пропорциональность изменения темпов биологических процессов, то это разрушило бы закономерное течение всего потока процессов формирования и развития живого организма. Подчеркивая это обстоятельство, Т.А. Детлаф пишет: “Не будет преувеличением, если мы скажем, что без этой способности пойкилотермные организмы вообще не могли бы существовать в меняющихся условиях внешней среды: если бы разные компоненты комплекса процессов, из которых складывается любой этап развития, изменялись асинхронно, то это приводило бы к возникновению нарушений нормального развития, а на более поздних стадиях - к нарушению нормального функционирования организма. Не случайно, что одной из первых реакций зародышей на приближение к границам оптимальных температур является десинхронизация отдельных процессов развития” /Там же/.

При переходе от одного масштаба биологического времени к другому мы увидим , что если на уровне медленных, измеряемых “ детлафами” процессов температуру среды можно рассматривать как изменяющуюся медленно и плавно, а на протяжении отдельных этапов эмбрионального развития считать и вовсе постоянной, то на уровне быстрых внутриклеточных процессов мы не можем игнорировать быстрые стохастические колебания температуры. Поэтому определяемые быстрыми внутриклеточными процессами мелкие единицы биологического времени обретают характер стохастической переменной величины по отношению к равномерному физическому времени. Иными словами, в своей “ тонкой структуре” биологическое время оказывается взаимно стохастичным с физическим временем, а следовательно, при достаточно точном измерении оно стохастично с физическим временем и на более высоких уровнях. Но если коэффициент С достаточно велик и, следовательно, крупные единицы биологического времени состоят из большого числа мелких единиц, то случайные колебания последних, усредняясь, весьма слабо скажутся на величинах крупных единиц.

Вполне естественно предположить, что при таком характере взаимосвязи биологического и физического времени биологические процессы в живом организме начинаются только с определенного уровня организации его материального субстрата и, соответственно, на этом уровне возникает биологическое время. Имеются определенные основания считать, что таким фундаментальным уровнем структурной организации живой материи и протекающих в ней биологических процессов является уровень ферментативных реакций внутриклеточного метаболизма.

Приступая к обсуждению этого вопроса, мы прежде всего должны отметить, что во временной структуре внутриклеточных процессов ферментативные реакции метаболизма относятся к наиболее быстрым процессам. На это обстоятельство обратил свое внимание в 60-х годах Б. Гудвин в весьма интересной, с точки зрения обсуждаемой нами проблемы, книге “Временная организация клетки” /Гудвин, 1966/.

Таким образом, в результате воздействия на осцилляторы эпигенетической системы случайных колебаний процессов метаболической системы эпигенетическая система оказывается набором стохастических осцилляторов, а поскольку входящие в эпигенетическую систему процессы биосинтеза, диффузии и взаимодействия макромолекул лежат в основе регуляторных механизмов клетки, то и вся клетка предстает как совокупность почти не связанных между собой и подчиняющихся вероятностным законам биохимических осцилляторов. Однако подобное уподобление клетки газу не отражает природы живой материи, и мы вполне согласны с А.М. Молчановым, который, отмечая, что при математическом описании клетки пока приходится выбирать между двумя крайними подходами, из которых один уподобляет клетку механизму, другой - газу, писал: « При всей грубости и жесткости первого подхода он неизмеримо ближе к истине, чем второй, так как исходит из главного - высокой степени эволюционной зрелости такого замечательного и сложно организованного биологического объекта, как клетка” /Молчанов А.М., 1967, с.308/.

Именно с такого рода ситуацией мы и сталкиваемся при попытках усреднять параметры метаболической системы клетки и описывать протекающие в клетке процессы в единицах физического времени. При этом нарушается самоконгруэнтность единиц биологического времени и стохастичность единиц физического времени относительно биологического оборачивается стохастичностью биологических процессов относительно физического времени.

О недопустимости отношения к метаболическим процессам как к некоторому "биохимическому фону", на котором разыгрываются сравнительно медленные "собственно биологические" процессы эпигенетической системы, говорят и многочисленные факты, свидетельствующие о том, что относящиеся к метаболической системе клетки ферментативные реакции внутриклеточного обмена веществ составляют содержание, "живую ткань" собственно биологических процессов.

В пользу предположения о том, что наиболее фундаментальные единицы биологического времени следует искать среди периодов циклических метаболических процессов клетки, можно привести и следующий аргумент.

Рассмотренные нами работы биологов, использующих специфические единицы измерения длительности, и в особенности работы Т.А. Детлаф и ее коллег, на наш взгляд, убедительно доказывают, что биологические процессы живых организмов объективно структурированы в особом биологическом времени. Но тогда логично предположить, что временные характеристики генетической информации также должны быть закодированы в единицах биологического времени. Для того чтобы это могло быть выполнено, во-первых, должны существовать естественные единицы (“ кванты” ) времени и, во-вторых, они должны быть связаны с такими процессами, которые позволяют вести непрерывный их счет с момента оплодотворения яйцеклетки и до гибели живого организма. Такими “ сквозными” для всех этапов развития организма биологическими процессами, видимо, являются лишь ферментативные реакции внутриклеточного метаболизма.

Центральными двигателями метаболического процесса, своеобразными “ машинами метаболизма” являются молекулы фермента, представляющие собой гигантские макромолекулы, имеющие весьма сложную структуру.

Как известно, ферменты - это сложные белковые вещества, молекулы которых состоят примерно из 20 типов аминокислотных остатков, соединенных между собой ковалентными (пептидными) связями в длинные полипептидные цепочки. Молекулы фермента могут состоять из одной или нескольких полипептидных цепочек, уложенных благодаря различного рода внутримолекулярным взаимодействиям в сложную пространственную структуру, в которой обычно выделяют несколько уровней.

Геометрия пептидных связей такова, что между аминокислотными остатками, отстоящими друг от друга по крайней мере на один аминокислотный остаток, могут устанавливаться водородные связи. Если при этом реализуются все возможные связи, то линейная полипептидная цепь образует некоторую периодическую спиралевидную структуру (альфа-спираль). В молекулах белка, состоящих из нескольких полипептидных цепочек, водородные связи могут соединять пептидные группы соседних цепей, образуя так называемую бета-форму полипептида. Подобного рода поперечные водородные связи могут устанавливаться и между соседними участками одной и той же полипептидной цепи, образуя "гармошку" кросс бета-форму. В свою очередь, закрученные в "спираль" или уложенные "лесенкой" или "гармошкой" полипептидные цепочки белковых молекул, благодаря водородным, дипольдипольным, индукционным и другим внутримолекулярным связям стягиваются в более сложные пространственные структуры и макромолекулы белка принимают таким образом достаточно компактные глобулярные формы. При этом от однозначно определяемой генетической информацией конфигурации молекул фермента, т.е. последовательности аминокислотных остатков в ее полипептидной цепи (или цепях) пространственная структура макромолекулы или, иначе, ее конформация, может претерпевать обратимые изменения.

На протяжении длительного времени предполагалось, что конформационные изменения макромолекул белка представляют собой результат каких-либо определенных воздействий на фермент извне (например, слабого нагревания, взаимодействия с теми или иными метаболитами, ионами металлов и т.д. (См., например: /Кретович,1967/). Но открытые в конце 50-х годов С.Э. Шнолем /Шноль, 1958/ и затем подробно изученные им и его сотрудниками самопроизвольные циклические изменения многих показателей растворов актина, миозина и актомиозина свидетельствуют о том, что белковая молекула по самой своей природе является динамичной, постоянно и самопроизвольно изменяющей свою пространственную структуру системой. В дальнейшем на основе значительных серий опытов с большим числом различных препаратов было показано, что самопроизвольные конформационные колебания являются свойством всех белков /Шноль и др., 1980/.

Для объяснения механизмов ферментативного катализа большой интерес представляют, на наш взгляд, высказываемые некоторыми авторами мысли о том, что молекула фермента участвует в катализируемой ею реакции “не только как штатив, закрепляющий детали механизма, но и как двигатель в этом механизме” /Шноль, 1967, с. 27/.

Мнение о том, что молекула фермента представляет собой своего рода "энергетическую машину" /Робертис и др., 1967, с.59/, которая при наличии некоторого источника энергии способна совершать определенную работу по перестройке химической структуры молекул субстрата катализируемой ею реакции, по нашему мнению, более адекватно отражает природу биологических катализаторов, чем отождествление их с обычными химическими катализаторами.

В настоящее время можно считать доказанным, что каждый элементарный акт ферментативного катализа представляет собой многоступенчатый циклический процесс, в ходе которого молекула фермента соединяется с молекулой (или молекулами) субстрата и образуется так называемый фермент-субстратный комплекс, который, претерпев ряд последовательных изменений, распадается на свободный фермент и конечный продукт (или продукты) реакции, и может начаться новый цикл каталитического процесса.

Поскольку при этом предполагается, что в макроскопическом объеме реагирующей среды единичные акты ферментативного катализа распределены в пространстве и во времени случайным образом, то усреднение во времени протекающих в реагирующей среде химических превращений позволяет отдельные стадии ферментативного катализа рассматривать как самостоятельные химические реакции, связанные между собой через участвующие в каталитическом процессе реагенты и промежуточные соединения.

В основе теории химических реакций лежит введенное Эйрингом /Eyring, 1935/ представление о том, что, прежде чем претерпеть химическое изменение, молекулы субстрата проходят через переходное, так называемое, активированное состояние с максимальной энергией. Поскольку время жизни субстратов и продуктов реакции много больше времени существования активированного комплекса, то каждый элементарный акт химической реакции рассматривается как мгновенное событие. При этом предполагается, что в макроскопических объемах реагирующей среды, где совершается большое число элементарных химических превращений, происходит усреднение во времени мгновенных "скачков", и химическая реакция может рассматриваться как непрерывный процесс.

Аналогичные представления о непрерывности протекающих в макроскопических объемах реагирующей среды химических превращений используются и в теории ферментативного катализа. Однако еще в начале 60-х годов серьезные возражения против подобных представлений высказал Христиансен /Christiansen, 1960/.

Предположим, пишет Христиансен, реакция

имеющая положительное направление слева направо, катализируется ферментом в три ступени

Переходя к рассмотрению случая, когда в элементе объема содержится большое число молекул фермента, Христиансен пишет: “Можем ли мы предполагать, что различные молекулы находятся одновременно в одном и том же состоянии? Или, выражаясь иными словами, является ли мгновенное распределение ферментов по различным состояниям одинаковым по всей реагирующей среде?

Согласно термодинамике, ясно, что ответ на поставленный вопрос должен быть утвердительным, поскольку мы знаем, что для того, чтобы перевести всю систему из состояния, в котором распределение по всей системе одинаково, в состояние с разным распределением, требуется затрата работы. Поэтому первое состояние более вероятно, чем второе, и, как обычно в статистической термодинамике, настолько, что практически оно одно и возможно. Мы можем поэтому считать, что циклические трансформации отдельных молекул фермента должны всегда происходить в фазе или что система должна быть когерентна в отношении превращений фермента” /Там же, с.108/.

К выводам, аналогичным тем, к которым пришел Христиансен, можно прийти и в том случае, если качественно проанализировать совокупность физических и физико-химических процессов, составляющих ферментативный каталитический цикл.

Представим себе, что в некотором ограниченном объеме внутриклеточной среды, состоящей в основном из молекул воды и растворенных в ней, как правило, небольших молекул реагентов (субстратов и продуктов), а также некоторых других веществ, протекает катализируемая молекулами фермента биохимическая реакция.

В этой среде резко выделяются гигантские макромолекулы фермента, состоящие из многих сотен атомов и имеющие сложную пространственную структуру. Они представляют собой осцилляторы, в которых колебания происходят как на уровне элементарных частиц и атомных ядер, так и на уровне достаточно крупных групп атомов. Среди огромного числа колебательных систем всегда найдутся осцилляторы, способные воспринять кинетическую энергию соударяющихся с макромолекулой фермента молекул среды, молекулярные веса которых, как правило, сравнимы с молекулярными весами внутримолекулярных осцилляторов. Если при этом учесть, что момент инерции центра массы макромолекулы велик и что соударения молекул среды с молекулой фермента распределены по поверхности последней случайным образом, то можно сделать вывод, что воспринимаемая макромолекулой внутренняя (молекулярно-кинетическая) энергия окружающей среды будет в основном идти на возбуждение ее колебательных систем, а не на возбуждение броуновского движения ее центра масс.

Если учесть, что в общем случае внутримолекулярные связи ограничивают число колебательных степеней свободы внутримолекулярных осцилляторов, то разные конформации макромолекулы фермента, обладая, как правило, разным числом внутримолекулярных связей, характеризуются и разным числом колебательных степеней свободы, а следовательно, разной степенью энергетической емкости. Однако переход от конформации с меньшим числом внутримолекулярных связей к конформации с большим их числом должен сопровождаться уменьшением накопленной в макромолекуле колебательной и конформационной энергии, поэтому такой переход требует для погашения "избыточной" энергии каких-то "точек приложения". Подобной "точкой приложения" может служить перестраиваемая при ферментативной реакции химическая структура молекулы (или молекул) субстрата катализируемой ферментом реакции.

В силу большой частоты соударений молекул среды с макромолекулой фермента, мы можем считать, что преобразуемая в колебательную энергию внутримолекулярных осцилляторов внутренняя энергия окружающей среды "втекает" в макромолекулу в виде непрерывного потока. Но поскольку тепловое движение молекул среды подвержено флуктуациям, то интенсивность потока энергии будет также флуктуирующей величиной. Поэтому длительность пребывания макромолекулы фермента в состоянии устойчивой конформации будет случайной величиной.

Рассматривая среду, в которой протекает катализируемая растворенными в ней молекулами фермента биохимическая реакция, С.Э. Шноль пишет:: “Представим себе... большое число... макромолекул фермента в растворе, содержащем соответствующий субстрат. По существу речь здесь идет о множестве генераторов механических колебаний, распределенных в среде, в которой они совершают циклические изменения конформации. Поскольку эти генераторы полностью идентичны, обязательно должно происходить их взаимодействие, приводящее к образованию упорядоченных в пространстве синхронно колеблющихся ассоциаций ферментных макромолекул. В результате в растворе должны образоваться структуры типа жидких кристаллов, отличающихся от обычных своей эфемерностью - они представляют собой ансамбли лишь работающих макромолекул фермента” /Шноль, 1979, с. 74/.

С.Э. Шноль рассматривает здесь ферментативный процесс в динамике, а мы для уяснения некоторых особенностей этого процесса остановим его и рассмотрим поэтапно.

Представим себе, что макромолекулы фермента, находящиеся в одной из своих устойчивых конформаций, образуют описанную выше кристаллическую структуру. Поскольку каждая молекула фермента состоит из огромного числа в общем случае электрически заряженных и совершающих колебательные движения групп атомов, то вокруг каждой ферментной молекулы должны существовать сложные электростатические и электромагнитные поля. А если учесть, что молекулы воды представляют собой диполи, определенным образом ориентирующиеся в электростатических полях, возникающих вокруг и между макромолекул фермента, то можно предположить, что на тех этапах каталитического цикла, когда молекулы фермента находятся в своих устойчивых конформациях, жидкокристаллическую структуру обретает и окружающая молекулы фермента водная среда. В такой среде будут существенно нарушены многие действующие в обычной жидкости гидродинамические законы, в частности, предельно снижена скорость диффузии веществ.

Рассмотрим теперь более подробно временную структуру каталитических циклов.

Однако каждый каталитический цикл данной ферментативной реакции, независимо от выраженной в единицах физического времени длительности цикла, вносит в реагирующую среду вполне определенные изменения, которые для серии следующих друг за другом каталитических циклов будут оставаться неизменными.

Что касается количества участвующих в реагирующей среде макромолекул фермента, то оно не подвержено случайным колебаниям, а целенаправленно регулируется при помощи различных модификаторов (активаторов и ингибиторов) и поэтому может быть представлено как функция некоторых параметров.

На основе изложенного можно предположить, что биологически значимая длительность бытия живой клетки определяется не количеством единиц физического времени, а количеством каталитических циклов каких-то ведущих ферментативных реакций внутриклеточного метаболизма или, возможно, более сложных многоступенчатых циклических ферментативных процессов (типа цикла Кребса).

Таким образом, биологическое время представляет собой не континуальное, а дискретное квантованное время, неделимыми квантами которого являются полные периоды каталитических циклов каких-то ведущих ферментативных реакций внутриклеточного метаболизма.

Длительное время предполагалось, что "конформационные колебания" представляют собой специфическое свойство лишь фибриллярных белков актомиозинового комплекса. Однако в 1966 г. были обнаружены колебания (флуктуации) в растворах глобулярного белка - фермента креатинкеназы /Четверикова и др., 1967/. В дальнейшем на основе больших серий опытов с множеством разных препаратов было показано, что “"макроскопические флуктуации" являются общим свойством всех белков” /Шноль, Иванова и др., 1980/. При этом выяснилось, что макроскопические флуктуации не проявляются при денатурации белков /Рыбина и др., 1979/.

Однако исследования постепенно вышли за пределы белковых препаратов, поскольку выяснилось, что аналогичные "макроскопические флуктуации" наблюдаются и в безбелковых системах, и в частности, в колебаниях реакционной способности при взаимодействиях аскорбиновой кислоты с дихлорфеноминдофенолом /Рыбина и др., 1979/. Поэтому уже в 1980 г. сформировалось мнение, что “нативные макромолекулы белков являются лишь индикаторами идущих и без них макроскопических флуктуаций” /Удальцова и др., 1987, с.5/. И действительно, к 1982 г. макроскопические флуктуации (МФ) были обнаружены при измерениях таких разных процессов, как электрофоретическая подвижность клеток и частиц латекса, времени спин-спиновой релаксации Т2 протонов воды, флуктуации спектральной чувствительности глаза, времени разряда КС-генератора на неоновой лампе, а также при измерениях радиоактивного распада. Выяснилось, что большое сходство обнаруживают гистограммы МФ не только качественно различных процессов, исследуемых в одной лаборатории, но и процессов, исследуемых в лабораториях, отстоящих друг от друга на тысячи километров. Синхронными оказались и изменения гистограмм макрофлуктуаций разных и, в том числе, разнесенных на большие расстояния, процессов. Выявленные особенности макрофлуктуаций навели исследователей на мысль о том, что это явление имеет какие-то глобальные космофизические причины (См.:/Шноль и др., 1985; Удальцова и др., 1987/).

При этом были обнаружены весьма интересные особенности этого феномена.

1/ "Эффект места". В процессе исследования было обнаружено устойчивое различие характеристик макрофлуктуаций при измерениях в разных местах лабораторного помещения. Характеризуя этот эффект, авторы пишут: “Устойчивые воспроизводимые различия формы гистограмм наблюдались в многодневных опытах при помещении сосудов с соответствующими растворами на разные места одного и того же лабораторного стола, при расстоянии между сосудами около 30-40 см. Эти "эффекты места" не исчезали при экранировании сосудов стальными, заземленными экранами и не изменялись в зависимости от расположения в лабораторном помещении магнитов, трансформаторного железа, нагревательных приборов...” /Удальцова и др., 1987, с.17/.

Авторы указывают на то обстоятельство, что существенные различия гистограмм измерений образцов, стоящих на одном лабораторном столе, сочетаются с высокой степенью совпадения формы гистограмм результатов измерений МФ разных процессов на расстояниях в сотни и тысячи километров.

Дело обстоит так, как если бы пространство имело такую ячеистую структуру, в которой каждая ячейка дает вполне определенную форму гистограмм макроскопических флуктуаций качественно различных процессов и явлений, находящихся в этой ячейке. Авторы предполагают, что существует небольшое число разных вариантов этих ячеек и достаточно велика вероятность того, что на больших расстояниях исследуемые объекты оказываются в одинаковых ячейках пространства, дающих при синхронных измерениях одинаковые формы гистограмм макрофлуктуаций.

2/ Попытки экранировать исследуемые объекты при помощи экранов из разных материалов привели исследователей к выводу о том, что эти явления не обусловлены электромагнитными полями, поскольку не обнаружено соответствующей зависимости от материала экрана /Удальцова и др., 1987, с.17/.

3/ Интересные результаты получены при исследованиях корреляции параметров МФ с космофизическими процессами. Так, оказалось, что для биохимических и химических процессов среднегодовые значения макрофлуктуаций изменяются противофазно характеристике солнечной активности, т.е. “в годы с высокой солнечной активностью средняя амплитуда МФ была низкой и, наоборот, в годы низкой солнечной активности наблюдался весьма большой "разброс результатов" измерений биохимических и химических процессов” /Там же, с.19/. Авторы при этом отмечают, что из всех известных космофизических процессов в такой же зеркальной противофазности к солнечной активности находится интенсивность потока нейтронного компонента галактических космических лучей.

С точки зрения возможности синхронизации процессов протекающих в разных клетках живого организма, большой интерес представляют проведенные в 1951-1961 годах исследования концентрации различных веществ в крови живых организмов /Шноль, Гришина, 1964/. Обнаруженные в этих опытах резкие флуктуации содержания в крови разных веществ “пытались объяснить ритмической активностью печени, поглощающей и отдающей в кровоток различные вещества, или же ритмическим изменением адсорбционной способности эндотелия кровеносных сосудов” /Удальцова и др., 1987, с.66/. Рассматривая результаты этих исследований в свете открытых позже макрофлуктуаций, Н.В. Удальцова, В.А. Коломбет и С.Э. Шноль отмечают, что “... самым удивительным в тех опытах была необъяснимая синхронность изменений в концентрации крови различных веществ у разных животных”, и пишут, что теперь на основе результатов исследований феномена макрофлуктуаций “эту синхронность можно объяснить общей внешней причиной, одновременно изменяющей, например, адсорбционную способность (электрический заряд) эндотелия сосудов разных животных” /Там же/.

Но если имеет место синхронизация биохимических и биофизических процессов, протекающих в разных организмах, то тем более правомерно предполагать возможность синхронизации одинаковых процессов, протекающих в разных клетках одного и того же организма.

Несмотря на более чем 30-летний срок исследований макроскопических флуктуаций (МФ), этот феномен еще до сих пор не получил своего удовлетворительного объяснения. Можно лишь считать достаточно обоснованным вывод о том, что под влиянием каких-то космических "сил" все объекты окружающего нас макромира постоянно меняют свои состояния, что проявляется в виде макроскопических флуктуаций тех или иных характеристик этих объектов и протекающих в них физических и химических процессов.

Результаты исследований лаборатории С.Э. Шноля не оставляют сомнений в том, что, какова бы ни была природа этих сил, МФ могут иметь важное значение для временной организации физиологических процессов, выступая в качестве фактора, обеспечивающего синхронизацию однотипных процессов, протекающих в разных клетках многоклеточного сложного живого организма. При этом речь идет не о том, что эти процессы должны синхронизироваться в обычном физическом времени. В данном случае "синхронизация" означает, что многоступенчатые циклические процессы в разных клетках протекают таким образом, что одни и те же их ступени в разных клетках протекают когерентно, т.е. одномоментно, хотя при этом длительности как всего цикла, так и отдельных его этапов не остаются постоянными величинами в единицах физического времени, а меняются случайным, однако, одинаковым для всех клеток образом. Если такая синхронизация однотипных колебательных процессов живого организма имеет место в действительности, то введенное выше понятие внутриклеточного метаболического времени может оказаться предельно мелким масштабом (“ тонкой структурой” ) биологического времени сложных живых организмов как единых целостных систем.

Таким образом, имеются определенные основания предполагать синхронное следование квантов биологического времени во всех клетках многоклеточного живого организма. Это позволяет подойти к решению проблемы одновременности пространственно удаленных друг от друга процессов живого организма принципиально иначе, чем аналогичная проблема решается в физическом мире.

Как известно, в абсолютном времени классической физики существовала абсолютная одновременность событий, протекающих в сколь угодно удаленных друг от друга точках мирового пространства. Это означало, что все события мироздания однозначно делятся на прошедшие, настоящие и будущие.

Подобные представления оставались общепринятыми, пока не появилась позитивистская идея о необходимости их экспериментальной проверки и обоснования. Анализ показал, что в их основе лежит только априорная уверенность в том, что одновременными являются те события, которые могут быть охвачены единым актом сознания. В реальной действительности абсолютная одновременность и однозначное деление всех событий на прошедшие, настоящие и будущие оказываются эмпирически достоверными только при условии, что взаимодействие и обмен информацией между событиями происходит с бесконечной скоростью. При любых конечных скоростях взаимодействия требование эмпирической проверяемости временных отношений между событиями приводит к появлению класса событий, между которыми не существует отношения "раньше (позже), чем", и характер временных отношений между ними оказывается неопределенным.

В специальной теории относительности (СТО) одновременные пространственно удаленные друг от друга события выявляются в ходе синхронизации связанных с этими событиями часов. Предложенная А. Пуанкаре и использованная А. Эйнштейном при разработке СТО процедура синхронизации пространственно удаленных друг от друга часов сводится к следующему.

В физическом мире “ формальная одновременность” не имеет физического смысла. Совершенно иначе обстоит дело в живом организме, в котором каждая клетка содержит копию одной и той же генетической программы, и если эта программа закодирована в единицах метаболического времени, то при существовании формальной одновременности все клетки организма могут точно одновременно совершать те или иные акты при условии, что счет времени ведется непрерывно с самого начала эмбрионального развития организма.

Итак, мы рассмотрели некоторые данные современной биологии, позволяющие сделать вывод о том, что биологические процессы живого организма структурированы в особом биологическом времени.

Наиболее глубинным, фундаментальным уровнем временной организации биологических процессов живой материи является уровень ферментативных реакций внутриклеточного метаболизма. Именно здесь необходимо искать далее неделимые кванты биологического времени, на протяжении которых протекающие в весьма своеобразно организованной и резко изменяющей свои свойства внутриклеточной среде физические и физико-химические процессы интегрируются в элементарные акты биологических процессов.

Квантованность биологического времени может иметь важное значение для генетики, а также для теоретической биологии. Однако для целей практического хронометрирования биологических процессов необходимо искать более крупные единицы биологического времени, связанные с его квантами через постоянные масштабные коэффициенты. При этом не исключено, что может не оказаться таких доступных практическому счету единиц биологического времени, которые сохранялись бы на всех этапах развития живого организма.

Итак, нами обоснована принципиальная возможность существования качественно различных типов времени и показана правомерность введения в биологию понятия биологического времени. Однако проблема биологического времени нуждается в дальнейшей экспериментальной, теоретической и методологической разработке, поскольку введение в понятийный аппарат биологии понятия биологического времени - это серьезный шаг, требующий решения сложных и трудоемких задач, связанных с разработкой систем единиц биологического величин, установлением специфических законов биологической формы движения материи, а также с разработкой принципиально новых приемов и методов исследования живой материи.

1. На протяжении всей истории развития понятия времени и по сей день равномерность рассматривают как одно из важнейших свойств времени, предполагая, что все материальные процессы можно однозначно разделить на равномерные и неравномерные. Однако анализ понятия и критериев равномерности убеждает, что равномерность есть соотносительное свойство сравниваемых между собой материальных процессов и что в принципе возможно существование неограниченного множества удовлетворяющих критериям равномерности классов соравномерных процессов, каждый из которых в соответствующей области материальной действительности пригоден для введения единиц измерения длительности и практического измерения времени.

2. Основные материальные процессы, при помощи которых измеряется физическое время, представляют собой механические движения закрытых консервативных динамических систем, которые благодаря сохранению неизменной механической энергии могут неограниченно долго (в идеале) продолжать движение без изменения параметров, что и делает их соравномерными.

3. Равномерность физического времени обеспечивается подчиненностью закрытых консервативных динамических систем закону сохранения энергии.

4. Классы соравномерных процессов могут существовать в таких целостных высокоинтегрированных материальных системах, в которых материальные процессы настолько тесно взаимосвязаны и сопряжены, что ведут себя как единый поток, синхронно и пропорционально ускоряясь и замедляясь под воздействием различных и, в том числе, случайным образом изменяющихся факторов. Именно такими системами являются живые организмы. О наличии в живых организмах классов соравномерных биологических процессов свидетельствуют результаты исследований биологов, описывающих развитие живых организмов в специфических единицах длительности. Биологическое и физическое время взаимно стохастичны, поскольку единицы биологического времени представляют собой длительности таких повторяющихся биологических процессов, которые, будучи измеренными в единицах физического времени, меняются случайным образом, в зависимости от случайных изменений характеристик окружающих условий.