Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественно-научная картина мира. Учебник
.pdf
221
7. Равенство людей всех рас и религий. Это условие если
не достигнуто, то, во всяком случае, достигается. Решительным
шагом для установления равенства людей различных рас и вероисповеданий было разрушение в конце прошлого века колониальных империй.
8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов
внешней и внутренней политики. Это условие соблюдается во
всех странах с парламентской формой правления.
9. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и
создание в государственном строе условий, благоприятных для
свободной научной мысли. Это условие можно считать если не
выполненным, то декларируемым.
10. Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно
ослабить болезни. Это условие можно считать если не выполненным, то декларируемым.
11. Разумное преобразование первичной природы Земли с
целью сделать ее способной удовлетворить все материальные,
эстетические и духовные потребности численно возрастающего
населения. Это условие, особенно в нашей стране, не может
считаться выполненным, однако первые шаги в направлении
разумного преобразования природы во второй половине XX в.,
несомненно, начали осуществляться. В современный период
происходит интеграция наук на базе экологических идей. Вся
система научного знания дает фундамент для экологических задач.
12. Исключение войн из жизни общества. Это условие
Вернадский считал чрезвычайно важным для создания и существования ноосферы. Но оно не выполнено и пока неясно, может ли быть выполнено. Мировое сообщество стремится не допустить мировой войны, хотя локальные войны еще уносят многие жизни.
Таким образом, мы видим, что налицо все те конкретные
признаки, все или почти все условия, которые указывал
В. И. Вернадский для того, чтобы отличить ноосферу от существовавших ранее состояний биосферы. Процесс ее образования
постепенный, и, вероятно, никогда нельзя будет точно указать
222
год или даже десятилетие, с которого переход биосферы в ноосферу можно будет считать завершенным.
В связи с развитием производственных сил возникают новые по качеству круговороты вещества в биосфере по пути превращения ее в ноосферу. Основные признаки новых по качеству
круговоротов вещества в биосфере по пути превращения ее в
ноосферу заключаются в следующем.
1. Возрастание механически извлекаемого материала земной коры — рост разработки месторождений полезных ископаемых.
2. Происходит массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох.
3. Процессы в антропогенной биосфере приводят к рассеиванию энергии, а не к ее накоплению, что было характерно для
биосферы до появления человека.
4. В биосфере в массовом количестве создаются вещества,
ранее в ней отсутствовавшие, в том числе чистые металлы.
5. Появляются, хотя и в ничтожно малых количествах,
трансурановые химические элементы (плутоний и др.) в связи с
развитием ядерной технологии и ядерной энергетики. Совершается освоение ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер.
6. Ноосфера выходит за пределы Земли в связи с прогрессом научно-технической революции.
В связи с потребительским отношением к природным ресурсам и накоплением отходов производства антропогенная
нагрузка на биосферу быстро возрастает и приближает биосферу к критическому состоянию. Естественно, что возникает проблема ограничения антропогенных воздействий, которая в наши
дни становится чрезвычайно актуальной. Это осознается научной общественностью и многими политическими деятелями.
Ноосфера, по мнению Вернадского, — это новая геологическая оболочка Земли, создаваемая на научных основаниях.
Разум, возникший в ходе эволюции, отныне становится ее
направляющей силой. Стихийная эволюция должна смениться
сознательной. Таким образом, ноосфера подразумевает наличие
цивилизованного человечества, способного удовлетворить все
возрастающие материальные, культурные и эстетические потребности при строгом соблюдении экологических правил дальнейшего развития мировых производительных сил.
223
10. СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА
10.1. История возникновения синергетики
Длительное время в науке доминировало представление
об отсутствии явления самоорганизации в неживой природе.
Считалось, что объекты неорганического мира способны изменяться только в направлении дезорганизации. Последнее означает, что в соответствии со вторым началом термодинамики системы неживой природы могут «эволюционировать» лишь в
сторону возрастания их энтропии, а значит, хаоса. Считалось,
что самоорганизующиеся процессы присущи только живым системам.
Постепенно в науке накапливалось все большее число
фактов, свидетельствовавших о возникновении упорядоченных
структур и феномена самоорганизации в неживой природе при
наличии определенных условий. Даже повседневные наблюдения (образование, например, песчаных дюн, вихрей на воде,
различного рода кристаллов и т.п.) свидетельствуют о том, что и
в неживой природе, — наряду с дезорганизацией, — происходит
также и самоорганизация, которая проявляется в возникновении
новых материальных структур. В настоящее время считается
установленным, что процессы самоорганизации (так же как и
дезорганизации) могут происходить в сравнительно простых
физических и химических средах неорганической природы.
А это означает, что простейшая, элементарная форма самоорганизации имеет место уже в рамках физической и химической
форм движения материи. Причем, чем сложнее форма движения
материи, тем выше уровень ее самоорганизации.
Указанные наблюдения и обобщения привели к возникновению синергетики — междисциплинарного научного направления, изучающего общие и универсальные механизмы самоорганизации, т.е. механизмы самопроизвольного возникновения и
относительно устойчивого существования макроскопических
упорядоченных структур самой различной природы. Термин
«синергетика» был введен в 1969 г. немецким физиком и математиком Г. Хакеном.
224
Зарождение синергетики можно отнести к 60-м гг., когда
Б. Н. Белоусов и А. М. Жаботинский провели эксперименты с
так называемыми автокаталитическими химическими реакциями; наличие автокаталитических реакций значительно ускоряет
процессы самоорганизации в химической форме движения. Были высказаны веские предположения, что автокаталитические
самоорганизующиеся химические процессы послужили основой
для перехода от предбиологической к биологической форме
движения материи. Позднее реакция Белоусова-Жаботинского
послужила экспериментальной основой для построения математической модели самоорганизующихся процессов в бельгийской
школе лауреата Нобелевской премии И. Р. Пригожина, который
исследовал по преимуществу процессы самоорганизации в физических и химических системах.
Основатель синергетики Хакен пишет во введении к своей
книге: «Я назвал эту дисциплину ″Синергетика″ не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов, но и потому, что для нахождения общих принципов,
управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование
многих различных дисциплин» [85]. В фокусе внимания синергетики оказываются сложные системы, в которых эволюция
протекает от хаоса к порядку, от симметрии — ко все возрастающей сложности. Во всех рассматриваемых синергетикой системах процесс самоорганизации идет обязательно с участием
большого числа объектов (атомов, молекул или более сложных
преобразований) и, следовательно, определяется совокупным,
кооперативным действием.
10.2. Основные понятия и принципы синергетики
На современном этапе познания материального мира
чрезвычайно важную роль играет парадигма самоорганизации,
которая служит естественно-научной основой философской категории развития.
В настоящее время установлено, что обязательным условием развития является процесс самоорганизации, приводящий
к возникновению качественно новых материальных структур.
225
Самоорганизация — это наблюдаемая способность мате-
рии к самоусложнению и созданию все более упорядоченных
структур в ходе эволюции, т.е. в процессе развития той или
иной организации мироздания (например: формирование живого организма; динамика популяции; биосфера; рыночная экономика и т.д.). Механизм перехода материальных систем в более
сложное и упорядоченное состояние, по-видимому, сходен для
систем всех уровней.
Синергетика (от греч. synergia — содружество, коллективное поведение) — наука, изучающая системы, состоящие из
многих подсистем самой различной природы; наука о самоорганизации простых систем и превращении хаоса в порядок.
Синергетика — теория самоорганизации неупорядочен-
ных структур.
Синергетика — это теория, исследующая процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения самых
разнообразных структур живой и неживой природы.
Главный мировоззренческий сдвиг, произведенный синергетикой, можно выразить следующим образом:
• процессы разрушения и созидания, деградации и эволю-
ции во Вселенной по меньшей мере равноправны;
• процессы созидания (нарастания сложности и упорядо-
ченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.
Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация как в живой, так и в неживой природе.
Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный
переход открытой неравновесной системы от менее к более
сложным и упорядоченным формам организации.
Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть
отнюдь не любые системы, а только те, которые удовлетворяют
по меньшей мере двум условиям:
• они должны быть открытыми, т.е. обмениваться вещест-
вом или энергией с внешней средой;
226
• они должны также быть существенно неравновесными,
т.е. находиться в состоянии, далеком от термодинамического
равновесия.
Но именно такими являются большинство известных нам
систем. Изолированные системы классической термодинамики — это определенная идеализация, в реальности такие системы — исключение, а не правило. Сложнее со всей Вселенной в
целом — если считать ее открытой системой, то что же может
служить ее внешней средой? Современная физика полагает, что
такой средой для нашей вещественной Вселенной является
вакуум.
Итак, синергетика утверждает, что развитие открытых и
сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей
сложности и упорядоченности. В цикле развития такой системы
наблюдаются две фазы:
1. Период плавного эволюционного развития с хорошо
предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию.
2. Выход из критического состояния одномоментно, скач-
ком, и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности.
Самоорганизующиеся системы приобретают присущие им
свойства, структуры или функции и без какого бы то ни было
вмешательства извне. Дифференциация клеток в биологии и
рост снежинок могут в равной степени служить примерами самоорганизации.
Физика XIX в. ввела понятие о необратимых процессах.
Провозглашая необратимый характер физических изменений,
классическая термодинамика считала, что эти изменения могут
происходить лишь в сторону увеличения энтропии, а следовательно, усиления хаоса, дезорганизации материальных систем.
Эти представления об эволюции физических (неорганических)
систем, способных лишь к движению в сторону дезорганизации,
находились в резком противоречии с самоорганизацией живых
систем. Но физика XIX столетия рассматривала лишь закрытые,
изолированные от окружающей среды системы, в которых эн-
227
тропия действительно имеет тенденцию к возрастанию. Такие
системы «эволюционируют» в сторону термодинамического
равновесия и дезорганизации, в полном соответствии со вторым
началом термодинамики. Однако в наше время считается установленным, что представление прежней физики о закрытых системах схематизирует и упрощает действительность, то есть является весьма сильной идеализацией, которая реально в природе
не встречается.
Во второй половине XX в. в науке утвердилось представление, согласно которому открытость системы является непременным условием самоорганизации. Тот факт, что для самоорганизации необходима открытая система, то есть система, обменивающаяся с окружающей средой веществом и энергией,
ставил под сомнение универсальную справедливость выводов
классической термодинамики, имеющей дело с закрытыми системами (которые изолированы от окружающей среды и которые фактически не встречаются в природе). Оказалось, что
принцип Больцмана (второе начало термодинамики) в буквальном смысле не применим к системам открытого типа. Конечно,
и в открытых системах может нарастать энтропия, происходить
увеличение беспорядка (дезорганизации), но за счет обмена
энергией с окружающей средой эти процессы могут приостанавливаться и даже приобретать обратный характер. В такого
рода системах использованная, «обесцененная» энергия рассеивается в окружающей среде (а взамен поступает новая энергия
из среды). Поэтому подобные системы, или структуры, получили наименование «диссипативные», что в переводе с английского означает «рассеивающие». Данное понятие сыграло важную роль в становлении синергетики.
Под диссипацией понимаются процессы рассеивания
энергии, превращение ее в менее организованные формы
(например, в тепловую энергию из-за наличия трения, вязкости и т.п.).
Разработка теории диссипативных структур показала, что
диссипация — это не фактор разрушения, а необходимое и важное свойство процессов самоорганизации. Именно диссипация
есть необходимый процесс, способствующий выстраиванию
228
упорядоченной структуры в нелинейной открытой среде. Диссипативные структуры, не подчиняющиеся принципу Больцмана, связаны с совершенно другим принципом, который
И. Р. Пригожин назвал «возникновение порядка через флуктуации». С точки зрения И. Р. Пригожина, инициирующим началом
самоструктурирования нелинейной открытой среды является
малая флуктуация.
Под флуктуациями в синергетике понимают случайные
отклонения величин, характеризующих систему, от средних
значений.
Таким образом, синергетическое понятие флуктуации оказалось тесно связанным с философской категорией случайности.
Флуктуации сопровождают функционирование любой системы.
Но если в равновесных системах они ослабляются и подавляются, то в неравновесных, наоборот, усиливаются и тем самым
«расшатывают» прежний порядок и основанную на нем структуру (поэтому непременным условием возникновения диссипативных структур и самоорганизации является открытость
и неравновесность материальной среды). В результате нарастает неустойчивость и появляется особая точка перехода, которую
называют точкой бифуркации, или разветвления.
Физический смысл бифуркации состоит в следующем:
точка бифуркации — это точка ветвления путей эволюции
системы.
10.3. Свойства самоорганизующихся систем
Когда Г. Хакена как одного из основателей синергетики
попросили назвать ключевые положения синергетики, то он перечислил их в следующем порядке.
1. «Исследуемые системы состоят из нескольких или мно-
гих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во
взаимодействии друг с другом.
2. Эти системы являются нелинейными.
3. При рассмотрении физических, химических и биологи-
ческих систем речь идет об открытых системах, далеких от
теплового равновесия.
229
4. Эти системы подвержены внутренним и внешним коле-
баниям.
5. Системы могут стать нестабильными.
6. Происходят качественные изменения.
7. В этих системах обнаруживаются эмерджентные новые
качества.
8. Возникают пространственные, временные, простран-
ственно-временные или функциональные структуры.
9. Структуры могут быть упорядоченными или хаотичными.
10. Во многих случаях возможна математизация» [74].
В приведенных выше десяти положениях Хакену действительно удалось в весьма лаконичной форме выразить основное
содержание синергетики. Для полноты картины прокомментируем это содержание.
Хакен прежде всего подчеркивает, что части систем взаимодействуют друг с другом. Он выделяет истоки, которые приводят к образованию новых систем. Обычно рассуждают так:
сложное возникает из простого, но ведь это непостижимо. Хаос
есть хаос, он никак не может превратиться в порядок. Логика
Хакена идет в другом направлении. Основополагающий системный фактор состоит не в хаотичности, а во взаимодействии, в
динамике. Динамика не чужда даже хаосу. А раз так, то вполне
возможно, что в хаосе рождается порядок, упорядоченность.
Это действительно имеет место. Многим упорядочение хаоса,
его самоорганизация кажется чем-то диковинным. Им трудно
понять, что хаос не лишен динамики, они абсолютизируют хаос,
считают его деструктивным началом.
Важнейшим концептом синергетики является нелинейность. В синергетике основное внимание уделяется изучению
нелинейных математических уравнений, т.е. уравнений, содержащих искомые величины в степенях, не равных 1, или коэффициенты, зависящие от среды. Линейность абсолютизирует поступательность, безальтернативность, торжество постоянства.
Нелинейность фиксирует непостоянство, многообразие, неустойчивость, отход от положений равновесия, случайности,
точки ветвления процессов, бифуркации.
230
Синергетика, как правило, имеет дело с открытыми системами, далекими от равновесия. Открытость системы означает
наличие в ней источников и стоков, например, вещества, энергии и информации. Чтобы система образовалась, необходим соответствующий динамический источник, который как раз и выступает организующим началом. Без подвода вещества и энергии организмы вымирают, без подвода газа не горит пламя в
газовой горелке; безжизненной оказывается любая социальная
система, обесточенная в информационном отношении. Там, где
наступает равновесие, самоорганизация прекращается.
Самоорганизующиеся системы подвержены колебаниям.
Именно в колебаниях система движется к относительно устойчивым структурам. Нелинейные уравнения, как правило, описывают колебательные процессы. Теория колебаний важна не
только в радиотехнических, но и в любых других системных
процессах.
Если параметры системы достигают критических значений, то система попадает в состояние неравновесности и неустойчивости. Именно в силу этого происходят качественные
изменения и, следовательно, возникают новые качества, своеобразный режим с обострением. Новое возникает быстро. И, как
правило, под воздействием легких бифуркационных возмущений. Развитие идет через неустойчивость и часто посредством
малых возбуждений.
Переходные процессы ведут к образованию структур, их
часто называют аттракторами (от лат. attrahere — притягивать). Если система попадает в окрестность определенного аттрактора, то она эволюционирует именно к нему. Разными путями эволюция выходит на одни и те же аттракторы. В результате в сложном возникают параметры порядка. Чем меньше
параметров порядка, тем легче управлять системой.
Очень важно, что синергетика выступает в ранге математической дисциплины. Математическое моделирование сложных систем и осуществляемые в этой связи вычислительные
эксперименты показывают, что иногда удается обойтись уравнениями, содержащими всего несколько переменных. К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]