§ 13. «Единство мира» и самоорганизация материи
ет философию менять принципы своей метафизики, 0уэкДа т развитие ее содержания и формы. Накапли- стиму ширяя совокупность частных законов, выражаю- ВаЯ И явственные связи отдельных сторон действительно- ШИХ конкретная наука обобщает их, превращая в общена- СТИgt; є а затем и универсальные. Таковы законы сохранения, ^мметрии, принцип соответствия, теория систем. ° В середине XIX в. в естествознании стихийно шел процесс иалектизации, который проявлялся, с одной стороны, в интеграции областей научного знания, в результате чего раскрывались более общие, функциональные связи действительности; с другой — в появлении концепций, объектом которых было усложнение материальных образований. Науки о неживой природе и науки о живой изучали системные объекты и стремились описать их динамику.
Системы характеризуются рядом общих свойств: иерархичностью, устойчивостью, детерминированностью, инерционностью, колебательностью. Иерархичность предполагает наличие в системе различных структурных уровней, что должно учитываться при рассмотрении системы. Устойчивость характеризует способность системы возвращаться в равновесное состояние после прекращения действия на нее внешних сил. Детерминированность указывает на определенность системы, ее обусловленность, подчинение закону, прогнозируемость поведения. Инерционность означает свойство сопротивления системы внешним воздействиям либо изменениям. Благодаря инерционности оказывается возможным существование еще одного важного системного свойства — колебательности, то есть способности системы к периодическому изменению собственных параметров.
Системы бывают разные: закрытые и открытые, статические и динамические, равновесные и неравновесные, од- н°родные и неоднородные и т.д.
Классическая термодинамика обращена к закрытым системам, то есть к системам, у РЫх отсутствует постоянный обмен со средой веще- 0 м' энергией и информацией. Таким системам присущ сас Деленный объем энергии. Правда, полностью закрытых том М В прир°Де не существует. Можно говорить только о • что системе свойственны односторонние связи, направ- ленные внутрь и что система не реагирует на внешние воз действия. Вместе с тем превалирование в любой систем внутренних связей дает основание считать, что ей свойствен6 на большая или меньшая степень изолированности от внещ ней среды.Равновесная термодинамика, изучающая такие систе. мы, открыла направленность их движения, а именно, на правленность на разрушение, деградацию. На основе закона сохранения и превращения энергии (Джоуль, Майер) было сформулировано второе начало термодинамики, согласно которому перераспределение энергии осуществляется в сторону теплоты, а теплота, по Р. Клаузиусу (немецкий физик), «не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему». Происходит как раз обратное: теплота переходит от горячего к холодному, то есть в одном направлении. В термодинамику было введено понятие «энтропия» (мера беспорядка системы), выражающее физическую сущность данного направления. При помощи этого понятия формулируется закон: «При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает». Возрастание энтропии характеризует процесс движения системы к термодинамическому равновесию. Иерархический порядок движения частиц в системе нарушается, а устойчивость за счет равномерного распределения энергии между частицами приобретает тенденцию к нулевому потенциалу системного движения. Эта направленность выражена в короткой формуле — «от порядка к хаосу» и была интерпретирована как объективное свойство самой природы.
Одно из следствий толкования второго начала термодинамики касалось астрофизических явлений: все виды энергии превращаются в теплоту, которая рассеивается в космосе и вызывает в конце концов тепловую смерть Вселенной.
Современная космология опровергает такие выводы» доказывая, что существуют и обратные процессы — превращение теплоты в другие виды энергии. Звезды во Вселенной не только затухают, но и возгораются вновь. Вселенная не закрыта, не стационарна и многокачественна, и в не невозможно термодинамическое равновесие, а стало быть» жизнь космоса имеет тенденцию к бесконечности.астрофизика постоянно демонстрирует возникно- новых небесных образований, то возникает необходи- веяие gog^HTb этот процесс — теоретически и эксперимен- М°СТ1gt;о доказать факт усложнения форм движения неживой ТаЛЬ оды и тем самым ликвидировать противоположность ПРправленности движения живого.
На В русле данного движения мысли возникло новое на- авление современной науки — синергетика. Это слово отребляется в различных значениях: «наука о сложных системах», «синергетическое мировидение», «исследовательская стратегия», «неравновеснаятермодинамика», «теория самоорганизации». Эти различия указывают на существование ряда школ и направлений в интерпретации синергетики, на ее общенаучный характер. Термин «синергетика» (от греч. «совместное действие», «согласованно действующий») был предложен немецким ученым Г. Хакеноад. Г. Хакен и И. Пригожин считаются ее основателями. В разработке направления принимали участие известные ученые американской (Р. Грэхем, К. Джордж, Дж. В. Хант и др.) и русской (А. Венгеров, С. Гамаюнов, С. Курдюмов и др.) си- нергетических школ. Несмотря на множество интерпретаций синергетики, есть основания для их единства. В чем же оно состоит?
Прежде всего укажем специфический объект синерге- тических исследовательских программ. В отличие от классической науки, в том числе равновесной термодинамики, синергетика исследует открытые системы, то есть такие, в которых постоянно происходит обмен со средой веществом, энергией и информацией. Это динамические системы, которые изменяют свое состояние во времени. Динамические свойства отражают поведение системы в состоянии Движения, изменения параметров.
Они объединяют инерционность и колебательность системы, что необходимо учи- *вать при анализе ее устойчивости.не 5КТЫ синергетического исследования отличаются с неиностью, то есть не связаны функциональной зави- Действ^ЬЮ КаК прямая и обратная пропорциональность. В дельности практически все системы имеют нелиней- ХаРактер. Линейность выступает как частный случай
нелинейных закономерностей, свойственный инженерном мышлению классической науки XVII-XIX вв. (закоц^ Р. Гука, Г. Ома). В XX в. стали интенсивно изучаться эф фекты нелинейности, происходило постепенное осознание универсальности нелинейных явлений. Появилась теория нелинейных колебаний и волн, нелинейная оптика. Осмысление сущности биологических систем в рамках линейного мышления представляется и вовсе невозможным. Современная биофизика обращена к нелинейным закономерностям.
Нелинейность связана со сложностью и неравновесностью систем. Сложные системы представляют собой разноуровневые образования, состоящие из множества простых элементов. Простота их условна и относительна, она заключается в том, что, взятые отдельно, они не обладают особыми свойствами, характеризующими основное качество сложного объекта. Как было сказано выше, эти свойства называются эмерджентными. Они являются следствием поведения системы как определенной целостности. Фундаментальным критерием сложности объекта выступает наличие имманентного (внутренне присущего) потенциала самоорганизации. Эти процессы исследуются синергетикой в классе систем, находящихся «вдали от равновесия» (При- гожин, Стенгерс). Равновесность и неравновесность определяются через процесс повышения энтропии. При максимальной энтропии система теряет возможность изменения, что и указывает на ее равновесное состояние.
Синергетика обращена к исследованию «рождения сложного» (Николис, Пригожин), самодвижения, эволюции. Внимание акцентировано на моментах неустойчивости, на случайных движениях. Эволюция с необходимостью включает нарушение симметрии (в пер.
с греч. — соразмерности) между прошлым и будущим, что характеризует необратимость процесса. Открытость системы, нахождение «вдали от равновесия», наличие случайных отклонений от равновесного положения (флуктуаций; в пер. с лат. — к°~ лебание) составляют условие образования новых форм уя°" рядоченности.Для описания эволюции важно представление о хаосе ** порядке. Эти понятия известны с древности. Под хаотичес
влениями понимаются процессы, которые невозмож- клмия авить с Точки зрения детерминизма. На основе Н° я их состояния в определенный момент времени зяа делать никаких прогнозов. Они в принципе непред- НЄЛ емы. Объективными свойствами хаотических систем СК ступают необратимость, вероятность и случайность. Си- В^ргетика исследует движение от хаоса к порядку. Я В цикле развития такой системы выделяются две фазы. К первой относятся линейные изменения, подводящие систему к ситуации, определяемой как неустойчивое, критическое состояние. В критической точке, которая выступает как порог, перейдя который система становится неустойчивой относительно колебаний, случайность подталкивает оставшиеся части системы на новый путь развития. Эта пороговая точка получила название «точка бифуркации» и означает «выброс» целого веера возможных путей дальнейшего существования системы. «Выбор пути» в такой точке представляет собой чистый случай мгновенного, необратимого скачка в новое состояние. Как образно выразился один из авторов, система случайно как бы падает, сваливается на один из путей. Точка бифуркации свидетельствует о возросшей до максимума роли случайности в определении будущего движения системы. Но после выбора вновь вступает в силу детерминизм — действие необходимости и возможность прогнозирования. Таким образом, в характеристике эволюционного процесса случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга. Они раскрывают характер рождения нового и более сложного.
Пример образования новых структур, отличающихся большей сложностью, хорошо выражен в явлении, названном ячейками Бернара.
Это результат эксперимента, проведенного и изученного в гидродинамике. При нагревании идкости в сосуде круглой или прямоугольной формы об- ями ЄТСЯ разница температур между нижним и верхним сло- ется Мало** Разниде температур процесс осуществляли ^ МикроуР°вне и выражается в беспорядочном движе- Молекул • При большой разнице в определенный момент уСТой Чк°м «вырывается» на макроуровень, и образуется чивая упорядоченная ячеистая структура. Это озна- чает, что в пороговой точке рождается новое явление, уд^ вительное прежде всего тем, что представляет собой орга низацию миллиардов молекул вокруг некоего центра. Казн дая отдельная молекула вдруг начинает вести себя коллек тивно, так же как и другие, как будто «знает», как веду^, себя эти другие. Необходимо отметить, что при сохранении условий возникшая структура приобретает черты устойчивости.В настоящее время процессы самоорганизации материи исследуются синергетикой в широком спектре различных научных дисциплин. Метафорически этот процесс называется «порядок из хаоса». «Хаос» здесь не обозначает «мертвую зону» полностью уравновешенной энергии изолированной системы — скорее это своеобразное поле, характеризующееся малыми колебаниями, необычайно чувствительными к моментам неустойчивости. Понятие хаоса вводится в категориальный аппарат синергетического видения изменений материальных структур, ибо через хаос осуществляется связь разных уровней организации. Он уже не представляет собой фактор безусловного разрушения, ему свойственны и созидательные функции, которые особенно могут проявляться в критических ситуациях. «Из этого общего представления следует, в частности, что усилия, действия одного человека не бесплодны, они отнюдь не всегда полностью растворены, нивелированы в общем движении социума. В особых состояниях неустойчивости социальной среды действия каждого отдельного человека могут влиять на макро- социальные процессы. Отсюда вытекает необходимость осознания каждым человеком огромного груза ответственности за судьбу всей социальной системы, всего общества».
Синергетика подтверждает нелинейность самоорганизации сложных систем, свидетельствует о том, что они содержат в себе возможность нескольких путей дальнейшего движения — усложнения или деградации. Выбор этого пути чрезвычайно усиливает роль случая, но это не означает полное отсутствие детерминизма. Побеждают в конце кондов тенденций, выработанные наукой и историей.
Новые интерпретации законов сохранения и превраи*е- ния энергии однозначно подтверждают такое фундаментаЛ*
ойство материи, как неуничтожимостъ и несотпвори- вое СВ ^рИНЦИП неуничтожимости материи служит мето- ^Тическим ориентиром для науки, исследующей различ- •доЛ° rhnDMbi и процессы, механизмы разрушения и сози-
ее формы и процессы, я новых, более сложных структур, подтверждая тезис О яесотворимости материи из ничего.