2.2. Принцип устойчивого неравновесия

Теоретически вполне возможно существование подобных систем, которые соответствуют этому требованию и которые мы все же не обозначим как живые. С другой стороны, мы не можем проверить, соответствуют ли все имеющиеся живые существа нашему требованию. Мы можем однако в основу биологических воззрений положить допущение, что все живые существа отвечают этому требованию и что теоретическая возможность существования неживой системы, которая все-таки соответствует нашему требованию, принципиально исключена. Мы получим тогда всеобщий Принцип биологии, который гласит: все живые и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях. Подобный общий закон, поскольку он правилен и ведет во всяком отдельном случае к верным заключениям, не противоречащим фактам, и ставится поэтому всегда во главу всякого исследования, называется принципом. Так, например, говорят «принцип Даламбера», «принцип Гамильтона», «принцип инерции» в механике, «принцип сохранения энергии» - в термодинамике и т.д.[167].

Мы обозначим этот принцип как «Принцип Устойчивого Неравновесия» живых систем. Это обозначение ясно выражает смысл Принципа и характерные с точки зрения термодинамики признаки живых систем. Так же как устойчивое равновесие характеризуется тем, что оно будучи нарушено, всегда наступает вновь, так и у живых систем неравновесное состояние сохраняется постоянно и обладает всеми признаками устойчивости. Наш Принцип выражает также в краткой форме характерное свойство живых систем, так как мы не знаем ни одной неживой системы, у которой неравновесное состояние обладало признаками устойчивости.

Наш Принцип показывает, что живая система при изменении окружающей среды будет производить такую работу, которая направлена против равновесия ожидаемого при данной измененной среде и при неизмененных условиях системы. Между двумя принципами - принципом Ле-Шателье и установленным основным биологическим Принципом – имеется, таким образом, внешнее сходство, заключающееся в том, что оба они содержат общее указание в каком направлении будет происходить реакция, т. е. изменение состояния системы при каком -либо изменении состояния окружающей среды. Кроме того, оба принципа говорят, что изменение состояния системы направлено, в некотором смысле, против изменения состояния окружающей среды. Физический смысл в обоих случаях однако совершенно различный и не имеет друг к другу никакого отношения. Несмотря на это, иногда считают, что между этими двумя принципами имеется что-то общее и что поведение живых систем при изменениях состояния окружающей среды следовало бы выводить непосредственно из принципа Ле-Шателье.

Эта ошибочная аналогия так же как и аналогия с динамическим равновесием, влечет за собой нежелательные последствия, так как она физически неправильна и приводит к ошибочным, не соответствующим фактам, заключениям. Чтобы это понять, надо иметь в виду следующее: принцип Ле-Шателье относится к системам, находящимся в равновесии, и изменение состояния, то есть реакция системы, которую требует принцип при изменении окружающей среды, ведет именно к ожидаемому при данной окружающей среде равновесию, иначе говоря, принцип указывает, при каком именно направлении реакции при данной новой окружающей среде наступит равновесие. Наш Принцип относится к системам, не находящимся в равновесии, и изменение состояния, иначе реакция системы, которую Принцип требует при изменении окружающей среды, состоит в работе против ожидаемого при данной окружающей среде равновесия, следовательно, именно против того изменения, которого следовало бы ожидать по принципу Ле-Шателье, если бы системы находились в равновесии.

В предыдущем разделе мы подробно разобрали содержание в качественном и количественном отношениях Принципа, который мы ставим в основу всего описания живых систем. Это подробное разъяснение было безусловно необходимо для того, чтобы понять точный физический смысл Принципа и с ним свыкнуться. Дальнейшие обоснования этого Принципа и его применение еще яснее обрисуют его не только биологический, а также и физический смысл. Физические и биологические аспекты, вытекающие из Принципа Устойчивого Неравновесия, ведут к пониманию сущности механизма развития Вселенной, Жизни и Разума.

Вселенная, Жизнь, Разум для своего развития, а это их общее свойство, обязаны постоянно находиться в устойчивом неравновесии. Итак, все что развивается, обязано находиться в неравновесном состоянии, иначе не будет никакого развития. Устойчивое равновесие в неживой Природе характеризуется минимальным значением из всех возможных значений свободной энергии. В живой Природе имеется избыток свободной энергии, и весь избыток свободной энергии уходит на поддержание устойчивого неравновесия живой системы, но с обязательным сохранением устойчивости форм и обособленности живых систем.

Cочетание устойчивых форм элементов живых и неживых сложных систем с устойчивым неравновесием сложных систем приводит к возникновению самоподобных форм типа фракталов в развивающихся сложных системах. Сложные системы развиваются, сохраняя подобие в своих формах. Отсюда следует, что в развивающихся сложных неживых системах имеется некий механизм, аналогичный генетическому коду сложных живых систем. Таким образом можно сделать заключение, что Вселенная в целом создана и развивается по Единому Общему Принципу.

Для понимания сущности механизма развития Вселенной, Жизни, Разума предполагается, что биологическая клетка является усилителем, имеющим обратную положительную связь с микромиром как внешней средой (окружением). Биологическая клетка как усилитель обязана иметь состояние устойчивого неравновесия и избыток свободной энергии клетки поддерживает состояние устойчивого неравновесия. С физической точки зрения связь биологической клетки с микромиром вполне обоснована: ДНК и РНК- это молекулы, хромосомы ядра и ферменты достаточно близки к микромиру, а эти структуры и есть главные, основные структуры биологической клетки.

Электрический аналог модели клеточной системы иллюстрирует Принцип Устойчивого Неравновесия посредством двойного преобразования: вначале входное воздействие преобразуется в импульсный сигнал, частота которого и связанное с частотой его среднее значение зависят от величины этого воздействия; затем происходит выделение среднего значения импульсного сигнала. Электрический аналог модели клеточной системы предложен канд.техн.наук А.Михайловым и показан на рис.5.

Рис.5. Электрический аналог модели клеточной системы

Каждый из блоков А … А моделирует совместно с сумматором ДА3.1 взаимодействие клеточных систем между собой. Сумматор введен в модель клеточной системы как цепь ООС, компенсирующей влияние воздействия U . ООС не позволяет клеточной системе уйти «вразнос», хотя ООС слабая. Каждый блок, моделирующий клеточную систему, может иметь одинаковую крутизну преобразования, но даже при этом напряжение на выходе любого последующего блока будет больше, чем напряжение на выходе у предыдущего блока. Частота сигнала на входе интегрирующей цепи в каждом блоке f = U /( U R C ). Форма импульсов – прямоугольная. Амплитуда сигнала равна напряжению питания операционного усилителя ДА2. В целом, представленная функциональная схема есть электрический аналог модели биологической клетки, а также модели межклеточного взаимодействия.

Квантовая неопределенность через перечисленные клеточные структуры является причиной «свободы воли» Человека. С квантовой неопределенностью связана неустойчивость психического развития Человека. Биологическая клетка есть усилитель индетерминизма микромира, и через живую клетку и далее через Человека- Человечество- Разум индетерминизм микромира переходит в макромир и мегамир и оказывает, таким образом, влияние на развитие Вселенной в целом. Разум как посредник между микромиром и мегамиром поддерживает устойчивое неравновесие Вселенной и обеспечит завершение нынешнего цикла развития и переход к новому циклу развития Вселенной.