14. Учение о самоорганизующихся системах

Самоорганизующаяся система - сложная динамич. система, способная при изменении внешних или внутр. условий ее функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта. С.с. обладает следующ. св-ми: 1. гомеостазис и связанная с ним адаптивность; 2. функциональная активность, выражающаяся в противодействии внешним силам; 3. целенаправленность действий; 4. синтез порядка и хаоса; 5. открытость; 6. нелинейность; 7. неравновесность. 

В простом понимании, энтропия (S) — хаос, саморазрушение и саморазложение; мера отработанной энергии. Соответственно, негэнтропия (N) — движение к упорядочиванию, к организации системы. По отношению к живым системам: для того, чтобы не погибнуть, живая система борется с окружающим хаосом путем организации и упорядочивания последнего, то есть импортируя негэнтропию. Негэнтропия, как энтропия со знаком минус (N= -S). Негэнтропия, величина, обратная энтропии, выражающая упорядоченность материальных объектов. Самоупорядочивание системы всегда связано со снижением энтропии в ней.

Случайные отклонения параметров системы от равновесия (флуктуации) играют очень важную роль в функционировании и существовании системы. За счет роста флуктуаций при поглощении энергии из окружающей среды система достигает некоторого критического состояния и переходит в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и порядка по сравнению с предыдущим. Возникающая из хаоса упорядоченная структура (аттрактор) является результатом конкуренции множества всевозможных состояний, заложенных в системе. В результате конкуренции идет самопроизвольный отбор наиболее адаптивной в сложившихся условиях структуры.

Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система. Однако заранее невозможно предсказать, какой новый аттрактор займёт система. Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы.

Порядок – регулярное (периодическое) расположение частиц, объектов, предметов по всему занимаемому пространству (объему); последовательный ход чего-нибудь; правила, по которым совершается что-нибудь; числовая характеристика той или иной величины. Это исходное понятие теории систем, означающее определенное расположение элементов или их последовательность во времени. Хаос (греч. «зев», «зияние») – полный беспорядок, нарушение последовательности, стройности, неразбериха, неопределенное состояние вещества. В физику понятие хаоса ввели Больцман и Гиббс.

При характеристике хаоса, бесспорным является колоссальный переизбыток энергии. Мерой хаоса является энтропия. Чем больше порядка, тем меньше энтропия. Современное представление о хаосе как источнике гибели и деструкции (разрушения) заменяется более емким пониманием хаоса как основания для установления упорядоченности, причины спонтанного структурирования.

Становление выражается через две свои крайности – хаос и порядок. Хаос – основа сложности случайности, творения-разрушения, а порядок – основа простоты, необходимости, закона, красоты, гармонии. В природе любая материальная система стремится к устойчивому состоянию – своеобразному синтезу порядка и хаоса. Развитие – это рост степени синтеза порядка и хаоса, обусловленный стремлением к максимальной устойчивости.

Самоорганизация – это процесс спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка (хаоса) в открытых неравновесных системах. Образование упорядоченных структур, происходящие не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы, называется самоорганизацией. В широком плане понятие самоорганизации отражает фундаментальный принцип Природы, лежащий в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. В более узком значении, самоорганизацией называют природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным.

15. Основные идеи и принципы синергетического подхода в познании живого. Развитие естествознания 2 пол. ХХ в. вносит вклад в понимание материального мира. Это выражается в развитии эволюционистской парадигмы в понимании мира и связано с появлением новой теории самоорганизации – синергетики. Становление синергетики связано с изучением процессов самоорганизации, их нелинейности, неравновесности, неустойчивости. Главные посылками синергетического видения мира (предпосылки): эволюция сложноорганизованных систем имеет характер самоуправляемого развития без жесткого программирования его тенденций; любая сложная система располагает альтернативными возможностями своего развития; неустойчивость является важным условием и предпосылкой стабильного и динамического развития; мир следует понимать как иерархию сред с различной нелинейностью. Нем. ученые Грэхем и Хакен и ит. — де Джиржио и Скулли в 1970 г, работавшие в квантовой электронике, отметили аналогию процессов, происходящих в сложных нелинейных системах, с фазовыми переходами. Рассматривали излучение лазера и лампы накачки; это излучение претерпело фазовый переход и изменило свои свойства: свет стал более узким в спектральном отношении, усиленным по направлению испускания. Сначала такая аналогия казалась поверхностной, но с каждым параметром фазового перехода в парамагнетике удалось сопоставить соответствующий параметр квантовой генерации. Коллективные процессы Г. Хакен выделил во всех самоорганизующихся системах: коллективно организуются молекулы в узлах кристаллической решетки, элементарные магнитные моменты (спины) в ферромагнетике, вихри внутри жидкости. Итак, кооперативность — общая черта процессов самоорганизации. Система должна быть открытой. Устойчивые структуры возникают при обмене с внешней средой энергией (или веществом — для биологических систем), которые могут поддержать отклонение от равновесия. Этот внешний поток не только гасит рост энтропии, но может привести к ее понижению. И еще: для самоорганизующихся систем непременный атрибут-сложное движение, описываемое нелинейными уравнениями, и пороговый характер возникновения. Эти самоорганизующиеся системы и процесс самоорганизации математически оформили следующим образом: сначала просто записали связь эффекта с его причиной в зависимости от времени, а потом исключили внешнее воздействие, предоставив систему самой себе. К основным свойствам самоорганизующихся систем относятся открытость, нелинейность, диссипативность. Система должна находиться в состоянии, далеком от равновесия. Открытость системы обеспечивается непрерывным потоком вещества, энергии или информации, получаемым из внешней среды на поддержание определенного состояния. В таких системах флуктуации играют определяющую роль, могут привести к необратимому макроскопическому изменению состояния системы, разрушить созданный в ней порядок. На нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции, т.е. возможно, чтобы совместные действия двух причин привели к результату, совершенно отличному от того, который был бы, если эти причины действовали по отдельности. Процессы в нелинейных системах носят пороговый характер — в состояниях, далеких от равновесия, слабые возмущения могут усиливаться и радикально перестроить систему. Нелинейные системы, открытые и неравновесные, сами создают в среде неоднородности. Между средой и системой может установиться положительная обратная связь (так, в реакции может вырабатываться фермент, присутствие которого стимулирует выработку его же самого). Важно найти эту петлю положительной обратной связи, и в системе начнется режим самоорганизации. В химии — это автокатализ, в молекулярной биологии — основа жизни. Диссипативность — качественно своеобразное макроскопическое проявление процессов, происходящих на микроуровне. Она проявляется в разных формах: в способности «забывать» детали некоторых внешних воздействий; в «естественном отборе» среди многих микропроцессов для обеспечения основной тенденции развития; в когерентности микропроцессов, устанавливающей темп развития, и пр. С диссипативностью связано понятие «параметр порядка», который выделяет только ведущие степени свободы из всех возможных для системы. Уравнения для параметров порядка намного проще, и основная задача — найти параметры порядка системы при моделировании поведения системы (из Дубнищевой)

15. Основные идеи и принципы синергетического подхода в познании живого. В современной, постнеклассической картине мира, проблема иррегулярного (не подчиненный определенному порядку, не имеющий четкой организации) поведения неравновесных систем находится в центре внимания синергетики — теории самоорганизации. Синергетика получила широкое распространение в современной философии науки и методологии. Сам термин древнегреч. происхождения, означает содействие, соучастие, или содействующий, помогающий. В 1973 г. нем. учен. Г. Хакен выступил на 1-й конференции, посвященной проблемам самоорганизации, что положило начало новой дисциплине — синергетике. Г. Хакен обратил внимание на то, что во многих дисциплинах, от астрофизики до социологии, мы часто наблюдаем, как кооперация отдельных частей системы приводит к макроскопическим структурам или функциям. Хакен объясняет, почему он назвал новую дисциплину синергетикой следующим образом: в ней «исследуется совместное действие многих подсистем, в результате которого на макроскопическом уровне возникает структура и соответствующее функционирование»; она кооперирует усилия различных научных дисциплин для нахождения общих принципов самоорганизации систем.

Предмет синергетики-процессы самоорганизации (спонтанного структурогенеза). Основополагающая идея синергетики-неравновесность мыслится источником появления новой организации, т. е. порядка. Поэтому главный труд крупных представителей этой науки И. Пригожина и И. Стенгерс назван «Порядок из хаоса». Неравновесные состояния связаны с потоками энергии между системой и внешней средой. Процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока энергии извне. Переработка энергии, подводимой к системе на микроскопическом уровне, проходит много этапов, что, в конце концов, приводит к упорядоченности на макроскопическом уровне: образованию макроскопических структур (морфогенез), движению с небольшим числом степеней свободы и т. д. При изменяющихся параметрах одна и та же система может демонстрировать различные способы самоорганизации. Саморазвивающиеся системы находят внутренние (имманентные) формы адаптации к окружающей среде. Неравновесные условия вызывают эффекты корпоративного поведения элементов, которые в равновесных условиях вели себя независимо и автономно. Вдали от равновесия когерентность, т. е. согласованность элементов системы, в значительной мере возрастает. Определенное количество или ансамбль молекул демонстрирует когерентное поведение, которое оценивается как сложное. В постнеклассическую картину мира хаоса вошел не как источник деструкции, а как состояние, производное от первичной неустойчивости взаимодействий, которое может явиться причиной спонтанного (из Кохановского)

16. Основные идеи и принципы эволюционного подхода в познании живой природы. Дарвинизм как методология научного познания. Основные идеи антидарвинизма. Понять сущность жизни как специфической формы движения материи невозможно без изучения теорий биологической эволюции. Когда ученый использует термин «эволюция» применительно к биологическим процессам и явлениям, то чаще всего он подразумевает процесс длительных и постепенных изменений, которые приводят к коренным качественным изменениям живых организмов, сопровождающимся возникновением новых биологических систем, форм и видов. Развитие эволюционных идей в биологии имеет достаточно длительную историю. Начало рассмотрению вопросов эволюции органического мира было положено еще в античной философии и продолжалось более двух тысяч лет, пока не возникли первые самостоятельные биологические дисциплины в науке Нового времени. Основным содержанием данного периода является сбор сведений об органическом мире, а также формирование двух основных точек зрения, объясняющих разнообразие видов в живой природе. Первая из них возникла еще на базе античной диалектики, утверждавшей идею развития и изменения окружающего мира. Вторая точка зрения появилась вместе с христианским мировоззрением, основанном на идеях креационизма. В то время в умах многих ученых господствовало представление, что Бог создал весь окружающий нас мир, в том числе все виды жизни, существующие с тех пор в неизменном виде. На протяжении всего начального этапа развития эволюционной идеи между этими двумя точками зрения шла постоянная борьба, причем серьезное преимущество имела креационистская версия. Ведь наивно трансформистские представления о самозарождении живых существ и возникновении сложных организмов путем случайного сочетания отдельных органов, при котором нежизнеспособные сочетания вымирают, а удачные сохраняются (Эмпедокл), внезапном превращении видов (Анаксимен) и т.д. не могут рассматриваться даже как прообраз эволюционного подхода к познанию живой природы. Интерес к биологии заметно усилился в эпоху Великих географических открытий. В своих представлениях о живой природе К. Линней исходил из идеи неизменности видов. Но в том же XVIII в. появились и другие идеи, связанные с признанием не только градации, но и постепенного усложнения органических форм. Эти представления стали называться трансформизмом. Все трансформисты признавали изменяемость видов организмов под действием изменений окружающей среды, но при этом большинство из них еще не имели целостной и последовательной концепции эволюции. Именно так в работах швейцарского биолога Ш. Бонне впервые было использовано понятие эволюции как процесса длительного, постепенного изменения, приводящего к появлению новых видов. Однако в работах большинства ученых того времени идеи градации живых существ и идеи эволюции существовали раздельно. В единую теорию они оформились только в XIX в., когда появилась эволюционная теория Ж. Б. Ламарка. Первая попытка построить целостную концепцию развития органического мира была предпринята французским естествоиспытателем Ж. Б. Ламарком. В своем труде «Философия зоологии» Ламарк обобщил все биологические знания начала XIX в. Главной причиной эволюции Ламарк считал присущее живой природе изначальное (заложенное Творцом) стремление к усложнению и самосовершенствованию своей организации. Оно проявляется во врожденной способности каждого индивида к усложнению организма. Вторым фактором эволюции он называл влияние внешней среды: пока она не изменяется, виды постоянны, как только она становится иной, виды также начинают меняться. Показав происхождение изменчивости, Ламарк проанализировал второй фактор эволюции — наследственность. Он отмечал, что индивидуальные изменения, если они повторяются в ряде поколений, при размножении передаются по наследству потомкам и становятся признаками вида. Сущность теории Ламарка заключается в том, что животные и растения не всегда были такими, какими мы их видим теперь. Он доказал, что они развивались в силу естественных законов природы, следуя эволюции всего органического мира. Для ламаркизма характерны два основных методологических признака: телеологизм как присущее организмам стремление к совершенствованию; организмоцентризм — признание организма в качестве элементарной единицы эволюции, прямо приспосабливающегося к изменению внешних условий и передающего эти изменения по наследству. Тнория Ламарка не получила признания у современников (опров-ся законами генетики). В XIX в. создаются условия для новых обобщений в теории эволюции живой природы (теория катастроф Ж.Л. Кювье). Методологической основной теории катастроф стали большие успехи в таких областях биологической науки, как сравнительная анатомия и палеонтология. Кювье систематически проводил сравнение строения и функций одного и того же органа или целой системы органов у самых разных видов животных. Исследуя строение органов позвоночных животных, он установил, что все органы любого живого организма представляют собой части единой целостной системы. Позиции теории катастроф пошатнулись лишь в середине XIX в. Немалую роль в этом сыграл новый подход к изучению геологических явлений Ч. Лайеля — принцип актуализма. Он исходил из того, что для познания прошлого Земли нужно изучить ее настоящее. Таким образом, Лайель пришел к выводу, что медленные, ничтожные изменения на Земле, если они будут долго идти в одном направлении, могут привести к поразительным результатам. Так был сделан еще один шаг к эволюционной теории, создателями которой стали Ч. Дарвин и А. Уоллес. Ч. Дарвин создал совершенно новое учение о живой природе, обобщив отдельные эволюционные идеи в одну стройную теорию эволюции. Его книге «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Дарвин пришел к выводу, что в природе любой вид животных и растений стремится к размножению в геометрической прогрессии. В то же время число взрослых особей каждого вида остается относительно постоянным. Так, самка трески мечет семь миллионов икринок, из которых выживает лишь 2%. Следовательно, в природе происходит борьба за существование, в результате которой накапливаются признаки, полезные для организма и вида в целом, а также образуются новые виды и разновидности. Остальные организмы гибнут в неблагоприятных условиях среды. Таким образом, борьба за существование (м.б. межвидовой, внутривидовой, борьба с неблагопр. условиями внеш. среды)-это совокупность многообразных, сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды. В борьбе за существование выживают и оставляют потомство только те особи, которые обладают комплексом признаков и свойств, позволяющим им наиболее успешно конкурировать с другими особями. Таким образом, в природе происходит процесс избирательного уничтожения одних особей и преимущественного размножения других, т.е. естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных. При изменении условий внешней среды полезными для выживания могут оказаться какие-то иные, чем прежде, признаки. В результате меняется направление отбора, перестраивается структура вида, благодаря размножению широко распространяются новые признаки-появляется новый вид. Полезные признаки сохраняются и передаются последующим поколениям, так как в живой природе действует фактор наследственности, обеспечивающий устойчивость видов. Основные движущие факторы эволюции-изменчивость, наследственность и естественный отбор. Изменчивость-изменение и превращение организмов под действием внешней среды, вследствие изменчивости признаков и свойств в потомстве одной пары родителей почти никогда не встречается. Антидарвинизм второй половины XIX — начала XX вв. был представлен двумя главными течениями — неоламаркизмом и концепциями телеогенеза.

Неоламаркизм возник в к. XIX в. Это учение основывалось на признании адекватной изменчивости, возникающей под непосредственным или косвенным влиянием факторов окружающей среды, вызывающих прямое приспособление организма к ним. В неоламаркизме выделяются: механоламаркизм — концепция эволюции, согласно которой целесообразная организация создается путем приспособления, или согласно Ламарку, упражнения органов. Эта концепция объясняла эволюционные преобразования организмов их изначальной способностью целесообразно реагировать на изменения внешней среды, изменяя при этом свои структуры и функции; психоламаркизм — основу этого направления составила идея Ламарка о значении в эволюции животных таких факторов, как привычки, усилия воли, сознание. Считалось, что эти факторы присущи не только организму животного в целом, но и составляющим его клеткам. Таким образом, эволюция представлялась как постепенное усиление роли сознания в движении от примитивных существ до разумных форм жизни. ортоламаркизм — совокупность гипотез, развивающих идею Ламарка о стремлении организмов к совершенствованию как внутренне присущей всему живому движущей силе эволюции. Сторонниками ортоламаркизма были К. Нэгели, Э. Коп, Г. Осборн, которые полагали, что направленность эволюции обусловлена внутренними изначальными свойствами организмов. Телеологическая концепция эволюции, или телеогенез, идейно была близко связана с ортоламаркизмом, так как исходила из все той же идеи Ламарка о внутреннем стремлении всех живых организмов к прогрессу. Наиболее видным представителем этого направления стал русский естествоиспытатель, основатель эмбриологии К. Бэр. Модификацию телеогенеза-взгляды сторонников сальтационизма, заложенного в 60—70-е гг. XIX в. А. Зюссом и А. Келликером. По их мнению, уже на заре появления жизни возник весь план будущего развития природы, а влияние внешней среды определяло лишь частные моменты эволюции. Генетический антидарвинизм. В начале XX в. возникла генетика — учение о наследственности и изменчивости. Выступление генетиков против учения Дарвина вылилось в широкий фронт, объединяющий несколько течений: мутационизм, гибридогенез, пре-адаптационизм и др. Все они объединились под общим названием генетического антидарвинизма. Теория моногенеза Л.С. Берга (1992г)- эволюция есть запрограммированный процесс реализации внутренних, присущих всему живому закономерностей, организмы обладают внутренней силой неизвестной природы, действующей целенаправленно, независимо от внешней среды, в сторону усложнения организации.