Содержание
TOC \o “1-3” Введение PAGEREF _Toc441937066 \h 3
Самоорганизация и саморазвитие PAGEREF _Toc441937067 \h 6
Литература PAGEREF _Toc441937068 \h 12
Введение
Появление теории самоорганизации в современном естествознании
инициировано, видимо, подготовкой глобального эволюционного синтеза всех
естественнонаучных дисциплин. Эту тенденцию в немалой степени сдерживало
такое обстоятельство, как разительная асимметрия процессов деградации и
развития в живой и неживой природе. В классической науке XIX в.
господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к
разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию (в
энергетическом смысле это и означало неупорядоченность или хаос). Такой
взгляд на вещи сформировался под воздействием равновесной термодинамики.
Эта наука занимается изучением процессов взаимопревращения различных
видов энергии. Ею установлено, что взаимное превращение тепла и работы
неравнозначно. Работа может полностью превратиться в тепло трением или
другими способами, а вот тепло полностью превратить в работу
принципиально невозможно. Это означает, что во взаимопереходах одних
видов энергии в другие существует выделенная самой природой
направленность. Знаменитое второе начало (закон) термодинамики в
формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: “Теплота не
переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему”.
Закон сохранения и превращения энергии (первое начало термодинамики), в
принципе, не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии
сохранялось в прежнем объеме. Но в реальности это никогда не происходит.
Данную односторонность, однонаправленность перераспределения энергии в
замкнутых системах и подчеркивает второе начало термодинамики.
Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие
— “энтропия”. Под энтропией стали понижать меру беспорядка системы.
Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой
вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную
энергию, энтропия всегда возрастает.
Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из
некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией)
система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью
движения частиц. Это и есть наиболее простое состояние системы, или
термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично.
Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что
эквивалентно хаосу.
Общий вывод достаточно печален: необратимая направленность процессов
преобразования энергии в изолированных системах рано или поздно приведет
к превращению всех ее видов в тепловую энергию, которая рассеется, т.е.
в среднем равномерно распределится между всеми элементами системы, что и
будет означать термодинамическое равновесие или хаос. Если Вселенная
замкнута, то ее ждет именно такая незавидная участь. Из хаоса, как
утверждали древние греки, она родилась, в хаос же, по предположению
классической термодинамики, и возвратится.
Возникает, правда, любопытный вопрос: если Вселенная эволюционирует
только к хаосу, то как она могла возникнуть и сорганизоваться до
нынешнего упорядоченного состояния. Но этим вопросом классическая
термодинамика не задавалась, ибо формировалась в эпоху, когда
нестационарный характер Вселенной не обсуждался. В это время
единственным немым укором термодинамике служила дарвиновская теория
эволюции. Ведь предполагаемый ею процесс развития растительного и
животного мира характеризовался его непрерывным усложнением, нарастанием
высоты организации и порядка. Живая природа почему-то стремилась прочь
от термодинамического равновесия и хаоса. Налицо была явная нестыковка
законов развития неживой и живой природы.
После замены модели стационарной Вселенной на развивающуюся в которой
ясно просматривалось нарастающее усложнение организации материальных
объектов — от элементарных и субэлементарных частиц в первые мгновения
после Большого взрыва до звездных и галактических систем, —
несоответствие законов стало еще более явным. Ведь если принцип
возрастания энтропии столь универсален, как же могли возникнуть такие
сложные структуры? Случайным “возмущением” в целом равновесной Вселенной
их не объяснить. Стало ясно, что для сохранения непротиворечивости общей
картины мира необходимо постулировать наличие у материи в целом не
только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна
осуществлять работу и против термодинамического равновесия,
самоорганизовываться и самоусложняться.
Самоорганизация и саморазвитие
Постулат о способности материи к саморазвитию в философию был введен
достаточно давно. А вот его необходимость в фундаментальных естественных
науках (физике, химии) начали осознавать только сейчас. На этой волне и
возникла теория самоорганизации. Ее разработка началась несколько
десятилетий назад. В настоящее время она развивается по нескольким
направлениям: синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И.Р.
Пригожий) и др. Общий смысл комплекса синергетических (термин Г. Хакена)
идей, которые развивают эти направления, заключается в следующем:
процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной
равноправны; процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности)
имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они
осуществляются. Таким образом, синергетика претендует на открытие
некоего универсального механизма, при помощи которого осуществляется
самоорганизация как в живой, так и неживой природе. Под самоорганизацией
при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от
менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным и
упорядоченным. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть
отнюдь не любые системы, а только те, которые отвечают как минимум двум
условиям. Прежде всего, они должны быть:
открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой; и
существенно неравновесными, или находиться в состоянии, далеком от
термодинамического равновесия.
Но именно такими являются большинство известных нам систем.
Изолированные системы классической термодинамики — это определенная
идеализация, в реальности они — исключение, а не правило. Сложнее
обстоит дело со Вселенной в целом. Если считать Вселенную открытой
системой, то что может служить ее внешней средой? Современная физика
полагает, что для вещественной Вселенной такой средой 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, скачком и переход в
новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и
упорядоченности.
Важная особенность второй фазы заключается в том, что переход системы в
новое устойчивое состояние неоднозначен. Достигшая критических
параметров (точка бифуркации) система из состояния сильной
неустойчивости как бы “сваливается” в одно из многих возможных, новых
для нее устойчивых состояний. В этой точке эволюционный путь системы,
можно сказать, разветвляется, и какая именно ветвь развития будет
выбрана — решает случай! Но после того как “выбор сделан” и система
перешла в качественно новое устойчивое состояние — назад возврата нет.
Этот процесс необратим. А отсюда следует, что «развитие таких систем
имеет принципиально непредсказуемый характер. Можно просчитать варианты
возможных путей эволюции системы, но какой именно будет выбран —
однозначно спрогнозировать нельзя.
Самый популярный и наглядный пример образования структур нарастающей
сложности — хорошо изученное в гидродинамике явление, названное ячейками
Бенара. При подогреве жидкости, находящейся в сосуде круглой или
прямоугольной формы, между нижним и верхним ее слоями возникает
некоторая разность (градиент) температур. Если градиент мал, то перенос
тепла происходит на микроскопическом уровне и никакого макроскопического
движения не происходит. Однако при достижении градиентом некоторого
критического значения в жидкости внезапно (скачком) возникает
макроскопическое движение, образующее четко выраженные структуры в виде
цилиндрических ячеек. Сверху такая макроупорядоченность выглядит как
устойчивая ячеистая, структура, похожая на пчелиные соты.
Это хорошо знакомое всем явление с позиций статистической механики
невероятно. Ведь оно свидетельствует, что в момент образования ячеек
Бенара миллиарды молекул жидкости, как по команде, начинают вести себя
скоординированно, согласованно, хотя до этого пребывали в хаотическом
движении. Создается впечатление, будто каждая молекула “знает”, что
делают все остальные, и желает двигаться, в общем строю. (Слово
“синергетика”, кстати, как раз и означает “совместное действие”).
Классические статистические законы здесь явно не работают, это явление
иного порядка. Ведь если бы, даже случайно, такая “правильная” и
устойчиво “кооперативная” структура образовалась, что почти невероятно,
она тут же бы и распалась. Но она не распадается. При соответствующих
условиях (приток энергии извне), а, наоборот, устойчиво сохраняется.
Значит, возникновение структур нарастающей сложности — не случайность, а
закономерность.
Поиск аналогичных процессов самоорганизации в других классах открытых
неравновёсных систем вроде бы обещает быть успешным: механизм действия
лазера; рост кристаллов; химические часы (реакция
Белоусова—Жаботинского); формирование живого организма; динамика
популяций; рыночная экономика, наконец, в которой хаотичные действия
миллионов свободных индивидов приводят к образованию устойчивых и
сложных макроструктур. Все это примеры самоорганизации систем самой
разной природы.
Синергетическая интерпретация такого рода явлений открывает новые
возможности и направления их изучения. В обобщенном виде новизну
синергетического подхода можно выразить следующими позициями.
Хаос не только разрушителен, но и созидателен, конструктивен; развитие
осуществляется через неустойчивость (хаотичность).
Линейный характер эволюции сложных систем, к которому привыкла
классическая наука, не правило, а, скорее, исключение; развитие
большинства таких систем носит нелинейный характер. А это значит, что
для сложных систем всегда существует несколько возможных путей эволюции.
Развитие осуществляется через случайный выбор одной из нескольких
разрешенный возможностей дальнейшей эволюции в точке бифуркации.
Следовательно, случайность — не досадное недоразумение; она встроена в
механизм эволюции. А нынешний путь эволюции системы, возможно, не лучше,
чем те, которые были отвергнуты случайным выбором.
Литература
Алексеев П.В. Панин А.В. Философия: учебник для вузов. –М: ТЕИС, 1996 .
Гусев М.В. От антропоцентризма к биоцентризму//Вестник МГУ, серия 7:
Философия. – 1994.- №6.
Концепция самоорганизации: становление нового образа научного мышления.
-М.: Наука, 1994 .
Моисеевых. Человек и ноосфера. -М: Прогресс, 1990 .
Рузавин Г.И. Концепция современного естествознания. Учебник для вузов. –
М. Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997 .
Самоогранизация в науке: опыт философского осмысления, -М: Арго. ИФ РАН,
1994 .
Степин В.С. Философская антропология и философские науки. -М.: Высшая
школа, 1992 .
Седов Е.Х. Эволюция и информация. -М., 1972.
PAGE 2
PAGE 12
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
