Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Организация мироздания. Тектология ХХI. Монография
.pdf
Субстрат
ность обмена вещества усиливается способностью живого активно искать ре-
Ж Ж Н
сурсы. Клетка перемещается в сторону увеличения концентрации пищи. Растения тянутся к свету, к воздуху, к воде.
Для увеличения обмена ВЭИ с окружением в организмах появилось очень
много развитых поверхностей. Внутриклеточная эндоплазматическая сеть, альвеолы лёгких, поверхность кишечника, мембраны клеток, волосы, сухожилия,
мышечные волокна, хлопок, лен, целлюлозные волокна, паутина и т.п. Длина
капилляров одного человека соизмерима с длиной экватора Земли. Площадь
листьев растений увеличивает поверхность Земли приблизительно в 10 раз.
Ветвление корней и деревьев также демонстрирует эту тенденцию.
Химики знают, что увеличение скорости реакции достигается увеличением
площади контакта взаимодействующих веществ. Видимо, высокая активность
жизни нуждается в таких ускорителях. В неживой природе формы с очень развитой поверхностью (пленки, волокна), наблюдаются редко, ибо это повышает
внутреннюю энергию, что невыгодно. Наиболее устойчивы сферические тела.
Из холистических соображений можно расширить картину трофических
потоков биосферы, распространив её на все виды организаций (рис. 6.2). Неживые организации (Н) потребляют ресурсы из субстрата, и сами являются его
порождением. Стрелки указывают направление ВЭИ-потоков от большего потенциала к меньшему. Живые организации (Ж) используют все возможные
ВЭИ-ресурсы: из субстрата, из неживого и живого вещества. Поэтому можно
сформулировать закон открытости организаций. ВЭИ-потоки преимущественно направлены из субстрата в вещество, обратные потоки не зарегистрированы. Поэтому можно сформулировать закон несимметричности взаимо-
действий. Этот закон обсуждался в разделе 3.4 в связи с понятиями «анархия»,
«иерархия».
Рис. 6.2. Схема трофических ВЭИ-потоков Вселенной
131
Выводы
К «статичным» законам можно отнести следующие:
1. Закон бесконечности — ограниченности.
2. Закон связанности — дискретности.
3. Закон хаотичности — упорядоченности (целей, связей, функций,
иерархии).
4. Законы пропорциональности (закон минимума, синергия, эмерджент-
ность, закон необходимого разнообразия).
5. Законы единства движения и состояния. Законы сохранения (вещества,
энергии, информации).
6. Закон устойчивости (самосохранения, гомеостазиса, инерции, консерва-
тивности, принцип Ле Шателье).
7. Закон действия и противодействия. Закон несимметричности взаимодей-
ствий (иерархия).
9. Закон открытости всех организаций.
132
ГЛАВА 7. ЗАКОНЫ ОРГАНИЗАЦИИ. ДИНАМИКА
7.1. Эволюция вещества (Вэи)
В предшествующей главе мы отразили закономерности состояния «статичных» организаций. Статика является удобным, но не всегда корректным
способом описания. Статикой называют скрытое движение. Любой объект
имеет скрытую и явную форму движения. Скрытое движение иногда называется потенциальной энергией. Явная форма движения называется свободной или
кинетической энергией. Граница между потенциальной и кинетической энергией условна. По мере развития науки скрытые формы движения становятся
явными.
При моделировании процессов в организации не всегда целесообразно обращать внимание на скрытые формы движения, иногда можно пренебрегать
ими. Например, потенциальная энергия сжатого газа определяется скрытым
движением молекул. Неподвижная картинка на экране дисплея «рисуется»
движущимся электронным лучом. Картина звёздного неба кажется стабильной,
но звёзды нашей галактики перемещаются со скорость 250 км/с. Масштабы
времени галактики таковы, что жизнь наблюдателя (человека) кажется мгновением, за которое невозможно увидеть движение звёзд.
Нестационарный мир трудно описывать в терминах «стабильность, устойчивость, гомеостазис», лучше использовать понятие «гомеокинез» — процесс
непрерывной перестройки организации с целью сохранения инвариантных функций. Подвижность, изменчивость является имманентным свойством
любых организаций, поэтому основным законом организаций является «изменчивость».
Главной целью живого является не стремление к сложности, а самосохранение, консервативность в условиях изменяющейся среды обитания. Изменчи-
вость является чрезвычайной мерой при невозможности сохранить прежний образ существования. Хорошим примером могут послужить рыночные
отношения в человеческом социуме. Монополист не стремится изменить своё
состояние в экономике, если никто не угрожает его благополучию. Участник
свободного рынка находится под постоянной угрозой банкротства, поэтому ему
приходится неустанно «крутить педали» предпринимательства. Существует хорошая поговорка: «От добра добра не ищут». Упреждающий поиск вариантов
будущего состояния, появившийся в разумных системах, является разновидностью адаптации.
133
На основании содержания предыдущих глав можно отметить следующие
тенденции развития вещества Вселенной.
1. Эволюция вещества заключается в последовательном агрегирова-
нии. Вселенная развивается, накапливая новое вещество. Новое вещество является надстройкой к ранее созданному. Поэтому любой объект содержит в себе
весь эволюционный ряд от кварков до агрегатов молекул. Алгоритм строительства комплексов очень однообразен. Новые, более сложные системы складываются из функциональных блоков более простых систем. Количество удачных
конструкций зависит от способов комбинирования и механизмов отбора удачных конструкций. «Это правило действует как на молекулярном уровне (новые
гены/белки могут собираться путем дублирования и перекомбинации кусков
старых генов/белков), так и на организменном (через коадаптацию и симбиоз.
Новый, более сложный организм может сложиться из сообщества нескольких
простых организмов). Радикальное усложнение организма путем подбора мелких случайных мутаций крайне маловероятно (или даже вообще невозможно).
Но если допускается объединение уже готовых, функционирующих, проверенных временем и отшлифованных отбором частей, то самопроизвольное образование более сложного целого становится вполне вероятным» [139].
«Системный характер эволюции проявляется, например, в том, что многие
(возможно, все основные) эволюционные новообразования появились вовсе не
за счет «постепенного накопления случайных мутаций», и не за счет крайне маловероятных «полезных макромутаций», а за счет рекомбинации готовых
функциональных блоков живых систем. Ярким проявлением этого общего
принципа является системообразующая, интегрирующая роль симбиоза. Так,
симбиоз нескольких бактерий привел к возникновению эукариотической клетки. Подобные симбиотические образования возникают и по сей день, воспроизводимы в эксперименте. Сама жизнь, по одной из гипотез, возникла путем симбиоза абиогенно синтезированных РНК и белковых частиц. Многоклеточность
возникла в результате незавершенного деления, фактически — симбиоза множества потомков одной клетки. В других ароморфозах, по всей видимости,
сыграл большую роль горизонтальный перенос генов, т.е. фактически — симбиоз геномов разных групп организмов» [58]. Итак, Вселенная из микрогете-
рогенного состояния стремится превратиться в макрогетерогенные агрегаты вещества.
2. Микроагрегаты объединяются в мультиагрегаты химических эле-
ментов, которые имеют устойчивую тенденцию расти. В ходе эволюции
«строительные блоки» укрупняются. Человек при строительстве также ис-
134
пользует этот алгоритм. Дом строится из кирпичей. Микрорайон — из домов.
Город — из микрорайонов. «Существенно облегчает прогрессивное усложнение живых систем блочный принцип их организации. Биологическая эволюция предпочитает манипулировать достаточно крупными системами организмов: популяциями, видами, классами».
Можно процитировать мнение Е.Н. Панова: «Вероятно, не будет ошибкой
сказать, что потребность живых существ, способных к самопроизвольному
движению (будь то одноклеточные микроорганизмы или высшие животные),
поддерживать контакт с другими представителями своего вида есть лишь частное проявление фундаментального закона органической жизни. Суть этого закона в том, что живые структуры всегда, когда есть возможность, образуют коалиции. При этом участники содружества оказываются способными решать задачи, непосильные для каждого из них в отдельности. Сфера действия этого
принципа охватывает все этажи органического мира — от взаимодействия слагающих организм клеток до социальных взаимоотношений в популяциях всех
населяющих нашу планету живых существ, включая и Человека Разумного. В
основе стремления биологических тел кооперироваться с себе подобными лежат самые разные механизмы — от физико-химических до психологических»
[169]. К этому можно добавить, что стремление к росту, экспансии можно обнаружить уже у некоторых молекул (полимеры).
3. Структурное разнообразие организованностей возрастает. В главе 6
упоминался закон необходимого разнообразия, который повышает устойчивость организаций. Например, для синтеза 114 типов атомных ядер достаточно
комбинаций из протонов и нейтронов. Для образования 300 тыс. видов неорганических молекул и более 10 млн видов органических молекул достаточно всего 100 типов атомов [28]. Одновременно с увеличением количества элементов в
организации происходят специализации их функций. Этот тренд привел к
появлению специализированных оболочек, каркасов и подсистем управления,
которые повышают устойчивость организации.
4. Пределы роста существуют у всех объектов. Стохастический каркас
мультиагрегатов разрушается при достижении определённых размеров. Обламываются айсберги, раскалываются континенты, взрываются звезды, разрушаются империи. Наблюдается периодический распад атомных ядер (радиоактивный распад). Одни атомы распадаются чаще (их называют радиоактивными
элементами), другие реже (но и они не вечные). Радиоактивность чаще наблюдается у крупных атомов. Трансурановые элементы с атомной массой больше
135
100, вероятно, уже все распались. Распад протона ещё не наблюдали, поэтому
Вселенная на 98% состоит из водорода (долгожитель).
5. Организованности, возникшие на ранних этапах эволюции, более
устойчивы, чем «молодые». Например, ядро атома устойчивее, чем сам атом.
Атом «прочнее» молекулы. Атомы водорода, возникшие в пекле Большого
взрыва, существуют до сих пор, и еще никто не смог зарегистрировать распад
протона (ядро водорода). Атомы возникали в разное время, их возраст
неодинаков, поэтому распад так же стохастичен, как смертность среди людей.
Поскольку новые организации образуются в качестве надстройки к ранее
существовавшим, то они содержат в себе все старые типы связей. Например,
в человеке одновременно сосуществуют ядерные, атомарные, молекулярные,
клеточные и организменные связи. В этом же порядке уменьшается прочность
связей. Поэтому разрушение происходит в обратном порядке. При этом древний фундамент сохраняется, как носитель памяти. Бифуркации уничтожают
только «свежие» слои памяти (может быть ошибочные, бесполезные).
Например, распад организмов осуществляется только на уровне клеточных
структур, многие молекулы остаются неизменными и вступают в новый цикл
строительства других организмов. В химических реакциях молекулы распадаются до атомов, которые в новых комбинациях создают новые молекулы. Расщепление ядра атома приводит к образованию других, более «лёгких» химических элементов. Фундаментальная системная память нерушима. Любопытно, но
при склерозе хорошо помнят детство, и забывают, что было вчера.
Регресс в живой природе можно рассматривать как неотъемлемую сторону эволюционного процесса, как особое направление развития. А.Н. Северцов
показал, что в ходе «регресса» утрата структур и функций без замены новыми
(наблюдается, например, при глубоком общем упрощении условий среды в связи с переходом к сидячему образу жизни или к внутреннему паразитизму) ведёт
к упрощению организации (катаморфоз). Организация сама находит новый
энергетический экстремум.
6. Эволюция есть последовательное преобразование многомерной сети
связей. Любую организацию можно представлять в виде сети связей:
1. Субстрат представлен нами как мировая паутина суперструн.
2. Микроагрегаты вещества связываются каркасом из ВЭИ-связей (обмен
глюонами, мезонами, фотонами, электронами.
3. Мультиагрегаты (жидкости, газы, твёрдое вещество, плазма) удерживаются от распада посредством стохастического каркаса, образованного электромагнитными и гравитационными связями.
136
4. Белковые молекулы (клубки из нитей) создают ткани живых организмов.
5. Клеточный матрикс является материальным трёхмерным каркасом из
белковых волокон.
6. В животных все органы связаны эластичными тяжами, гибкими сосуда-
ми и нервами. К ним добавляются «скелетные» [34] и оболочечные каркасы.
7. Мозг является суперсетью из нейронов, аксонов.
8. Информационная сеть связей развита в социумах (муравейник, улей,
стая, Интернет).
Образ сети просматривается во всех известных науке организациях, по-
этому сетевая модель субстрата выглядит весьма правдоподобно (метод
экстраполяции к сингулярному состоянию). По-видимому, сетевое строение
является инвариантом при организации вещества.
7. Эволюция вещества сопровождается сокращением количества первичных субстратных связей и образованием агрегатов вторичных связей.
Модель плетения каната (рис. 5.1) даёт понятную для понимания аналогию.
Первобытные связи сетевого субстрата, короче, чем субатомные связи. Связи
становятся длиннее и монолитнее. Например, молекулярные связи длиннее
атомных. Связи в агрегатах близки по длине к межмолекулярным связям. В живом веществе связи (нервные) могут достигать метровой длины.
8. Живое вещество можно классифицировать как мультиагрегаты, последние ещё до появления жизни проявляли экспансию, умели размножаться
(новый способ экспансии). Капля, конденсируя пары воды, растет до некоторого предела. Потом распадается на две малые капли, которые продолжают расти
и делиться [34]. Размножаются кристаллы, коацерваты. Планеты притягивают
из космоса пыль и метеориты, при этом медленно растут. Псевдосейф-системы
постоянно регенерируют связи своего стохастического каркаса.
7.2. Эволюция энергии (вЭи)
Приведенные в разделе 7.1 тенденции эволюции вещественного Мира не-
возможно понять в отрыве от эволюции движения, энергии (триединство ВЭИ).
Движение (энергия) материи является причиной, а вещество — следствием.
Максимальное количество энергии заключено в первичном субстрате в виде разнообразных колебаний суперструн. Субстрат не нуждается в потреблении
энергии из внешней среды (другой среды просто не существует). На начальных
стадиях эволюции его энергия была израсходована на образование субатомов и
атомов, поэтому сегодня образование кварков, электронов и нуклонов практи-
137
чески прекратилось. Для их образования требуется «накачка» дополнительной
энергии в вакуум. Расширение Вселенной (субстрата) должно понижать
концентрацию энергии. Понижение концентрации энергии уменьшает созидательную активность природы.
Вещество, возникшее из субстрата, должно отличаться формами движения
(внутренняя энергия вещества). Для поддержания внутреннего движения энергия должна поступать из окружающего субстрата, следовательно, концентрация
энергии в веществе должна быть ниже, чем в субстрате. Поэтому для обеспечения ВЭИ-притока шаги эволюции направлены на понижение концентрации
внутренней (связанной) энергии вещества. Прогресс заключается в минимизации концентрации связанной энергии. Сравним наши выводы с наблюдениями биологов.
«Сущность закона выживания в том, что все элементы (объекты) самоорганизующейся природы, особенно живые, в своем развитии (индивидуальном,
эволюционном) самопроизвольно устремлены к состоянию, обеспечивающему
наиболее полное использование доступной свободной (работоспособной, превратимой) энергии в существующих условиях, системой трофического уровня,
в которую он входит» [196]. Этот закон обусловил важнейшее свойство самоорганизующейся природы: все её объекты, включая организм человека, энергоэкономны.
«Ещё раз подчеркнем направленность процессов эволюции. Согласно обсуждавшимся энергетическим принципам, магистральное направление эволюции существует, и оно заключается в увеличении способности захватывать и
использовать потоки свободной энергии (а на высших этапах и организовывать
дополнительные потоки). Грубо говоря, в эволюции живые системы превращаются во все более совершенные машины, способные производить все большую
работу на единицу структуры (веса, объема)» [78]. Однако «влияние энергети-
ческих принципов в непосредственной или опосредованной форме должно
проявляться на всех этапах эволюции, демонстрируя её преемственность и
направленность» [174].
«Согласно закону максимизации энергии, в борьбе за существование выживают те системы, которые интенсивно эксплуатируют энергетические источники и обеспечивают большую энергомощность системы (т.е. потребляют
энергию наиболее эффективным образом)» [162].
«В биологии развития энергетический подход считается одним из важнейших. В процессе эволюции интенсивность энергообмена от простейших (одноклеточных) к теплокровным животным возрастает почти в 300 раз» [85].
138
Одновременно со стремлением заполучить энергию действуют принципы
экономии внутренней энергии. Известен закон минимума диссипации (рассеивания) энергии Л. Онсагера. Н. Моисеев рассматривает этот принцип в качестве некоторого эмпирического обобщения [159]. «Если допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, то реализуется то её состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии,
или, что то же самое, минимальный рост энтропии».
Авторы работы [220] сформулировали частные виды критериев энергетической оптимальности биологических систем: минимум основного обмена
(т.е. минимум мощности, потребляемой организмом в состоянии покоя),
максимум КПД организма как преобразователя химической энергии в механическую, максимум коэффициента усвоения пищи.
Имеются данные роста энергопотребления в ходе эволюции живого [8],
выраженные в милливаттах на 1 г массы тела. В интервале 540–440 млн лет эта
величина составляет 0,011; (410–350 млн лет) — 0,014; (350–270) — 0,024;
(230–195) — 0,076; (195–135) — 0,099; (110–70) — 0,192; (7–2 млн лет) —
0,269 мвт/г [86].
Человек резко повысил энергопотребление, дополнив пищу использованием горючих материалов. Первобытный человек получал с пищей не более
2000 ккал в сутки. С использованием огня потребление энергии выросло до
5000 ккал/сутки, т.к. человек обогревает не только себя, но и среду обитания.
Сейчас в развитых странах потребление энергии превышает 200000 ккал/сутки
на человека.
Все высказанные биологами точки зрения относятся к живым организациям, поэтому носят частный характер. Наша задача расширить эти выводы на
все виды организаций (живых и неживых) в том числе для организации про-
товещества и всей Вселенной.
Мы в своих выводах говорили о внутренней, связывающей энергии, а
биологи рассуждают о свободной энергии, которую можно потреблять, экономить, расходовать на жизнедеятельность. Свободная энергия чаще проявля-
ется как «тепловое» движение, нелокальное, стохастическое перемещение
атомов и молекул.
Связывающая энергия проявляется как обмен ВЭИ. В молекулах — это
валентные связи (обмен электронами). В атомах — это электромагнитные связи
между электронами и ядром (обмен фотонами, квантами). Связи между нуклонами в ядре осуществляются обменом мезонами. Кварки в нуклонах удержива-
139
ются обменом глюонами. Чем прочнее связь, тем больше надо затратить энергии, чтобы её разрушить.
Науке не известны истинные механизмы функционирования связей, удерживающих микроорганизации от распада. Поэтому устойчивость организаций
моделируют образом «потенциальной ямы». На рис. 5.4 приводился образ «потенциальной ямы». Чтобы выбить устойчивый шарик из «ямы», надо затратить
дополнительную энергию.
Для пояснения приведём наглядный пример. Подвесим гирьку на резиновой нити. Приложив силу к гирьке, можно растягивать, сжимать и раскачивать
нить. Если приложенная сила не превысит прочности нити, то гирька будет совершать движение около положения равновесия (оставаться в энергетической
яме). Повышение амплитуды колебания может привести к разрыву нити (связи). Прочность нити определяется электромагнитными взаимодействиями атомов. Приложив дополнительную энергию, мы превысили порог прочности,
преодолели связывающую энергию.
Согласно приведенной аналогии, развитие — это постоянная борьба между
энергией связей (связывающей энергии) и внешней энергией, часто хаотической (тепловой). Рассмотрим энергетические особенности неживых органи-
заций.
1. Неживые организации (нуклон, ядро атома, атом, молекулы) не
нуждаются в притоке свободной энергии извне. Но внутри их происходит
«вечное» движение посредством обмена глюонами, мезонами, фотонами, электронами. Существование вечного движения может происходить при отсутствии
сопротивления этому движению, например, сверхпроводимость в проводниках
тока. Природа «сверхдвижения» внутри организаций до сих пор не ясна. Не исключено, что атом потребляет энергию прямо из мирового субстрата. Поэтому
внутренний энергетический потенциал атома должен быть ниже потенциала субстрата.
Если это так, то все неживые организации можно назвать «автотрофами»,
т.к. они поддерживают свои функции за счет энергии субстрата и сами состоят
из субстрата. Они не нуждаются в дополнительном притоке энергии для
своего стабильного существования. Они скрываются от разрушительного хаоса в укромных энергетических нишах за высоким энергетическим барьером.
Если исключить агрессию из окружения, то они будут очень долго функционировать без изменений, что и происходит с атомами.
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]