Ирина Богданова - Концепции современного естествознания. Шпаргалки
Причиной появления асимметрии называют радиацию, температуру, давление, воздействие электромагнитных полей и т. п. Появление органических структур, сходных с генами, стало формой самоорганизации живой материи и, как считают, произошло не как эволюция, а как качественный скачок в развитии. Этот скачок принято называть Большим Биологическим Взрывом (явление, аналогичное рождению Вселенной). В дальнейшем органическая жизнь стала усложняться, все дальше уходя от симметрии.
113. Теория самоорганизации как синтез естественнонаучных знаний
В последнее время ведущее место заняла синергетика – наука, изучающая принципы формирования и развития самоорганизующихся систем. В ее основе лежат многочисленные открытия и гипотезы современного естествознания. В основном, предметом исследования синергетики являются биологические и социальные системы (эволюция Вселенной, деление клеток, функционирование мозга, образование речи и языков, формирование общественного мнения, естественный отбор и т. п.).
Основателями синергетики были Пригожин и Хакен, которые ввели понятие самоорганизации для неравновесной термодинамики. Они рассматривали самоорганизацию как коллективное взаимодействие частиц в открытой системе, приводящее при дальнейшем развитии к возникновению нового порядка в расположении данных частиц в данной системе; под новым порядком они понимали качественное изменение самой системы, ее структуры и свойств.
Условиями для самоорганизации являются открытость системы, большое количество составляющих (для микромира – частиц), неравновесность, то есть балансирование системы далеко от точки равновесия, почему ее энтропия не достигает максимального значения. Так как самоорганизация является ведущим принципом реальных неравновесных систем, выводы Пригожина и Хакена были использованы для систем с большим числом участников – природы как единого комплекса живых существ и общества как комплекса социальных связей. Распространение физической теории на развитие общества сомкнуло в синергетике естественные и гуманитарные науки, позволив рассматривать мир как единое целое в рамках одной теории.
Любая самоорганизующаяся система проходит круг рождения, развития и преобразования (или гибели): источником рождения служит ей некая иная система, достигшая точки перехода, затем система начинает эволюционировать, стремясь перейти от упорядоченности к хаосу, отвечая или не отвечая на сдерживающие энтропию факторы, если энтропия достигает максимума, система перестраивает себя изнутри и разрушается, давая начало новой самоорганизующейся системе с новыми качественными показателями.
Этот механизм развития одновременно и эволюционный, и революционный, поскольку при эволюции система стремится сохранить устойчивость, а накопление новых качеств приводит к революционной ломке и созданию новой системы.
114. Основные понятия синергетики
В классической термодинамике процессы могут идти только по одному сценарию – система, развиваясь по линейным законам, приходит в равновесие. В неравновесной термодинамике выбор сценария зависит от множества факторов, то есть случайность и вероятность являются объективными свойствами системы, а ее развитие подчиняется нелинейным законам. Эта нелинейность выражается в неожиданных, непредсказуемых поворотах системы, в связи с выбором путей ее развития.
Примером такой постоянно открытой изменяющейся системы является наша Вселенная – в ней постоянно происходят перемены, образуются и погибают крупные структуры, меняется их расположение или порядок, но сама система продолжает существовать. Она существует благодаря происходящим переменам, существует, пока эти перемены происходят. Такой системой является та или иная цивилизация, которая проходит этапы развития от рождения до прекращения существования: как только энтропийные процессы достигают максимума, у нее остается один путь – к разрушению, цивилизация погибает, а из ее осколков складываются или не складываются новые цивилизации.
Основными понятиями синергетики являются порядок и хаос, открытость, нелинейность, диссипативность, бифуркация, аттрактор, фазовая траектория. Самоорганизующаяся система в силу своей незамкнутости и существования обратных связей способна преобразовать хаотическое движение своих элементов во внутреннюю структуру, в ней постоянно идет борьба между движением к хаосу и движением к упорядоченности. Открытость выводит систему из жесткого детерминизма. Нелинейность приводит к многовариантности путей развития. Диссипативность приводит к созданию внутри системы упорядоченных структур. Бифуркации являются точками выбора нового сценария, ведущего либо к нарастанию энтропии, либо к упорядочиванию структур и усложнению системы. Аттракторами называются точки, к которым стремится система, отошедшая от первоначальных параметров, дающих ей один путь для развития и один конечный результат. Фазовые траектории (состояния) показывают эволюцию системы в абстрактном (математическом) пространстве с координатами компонент состояния. Чем более сложной кривой описывается состояние системы в направлении аттрактора, тем более сложна и сама система.
115. Самоорганизация в неживой природе
В неживой природе при необходимых условиях могут возникать самоорганизующиеся системы. Ярким примером (давшим теорию катастроф) является поведение песка, когда его насыпают тонкой струйкой: песок сначала просто создает слой, затем образуется растущий конус, при достижении критической высоты верх конуса обваливается, и процесс начинается снова. В основу синергетики были положены эффекты, полученные Хакеном при изучении работы лазера.
В лазере используют рубиновый стержень с закрепленными на обоих концах резонаторами (зеркалами), на который дают мощный луч света; атомы в стержне приходят в движение, ускоряются, и стержень начинает испускать излучение, на начальном этапе слабое и хаотичное. При достижении пика мощности хаотичное движение атомов структурируется, становится согласованным, а излучение лазера достигает упорядоченности (когерентности).
В природе при совмещении определенных условий (отсутствии перепада горизонтального атмосферного давления) образуются перистые облака, имеющее характерную структуру в виде расположенных на равных расстояниях отдельных перьев. Явление в науке получило наименование кооперативного эффекта, точно того же, что превращает хаотичное излучение в направленный и мощный луч лазера.
Другой эффект самоорганизации связан с образованием ячеистых структур (конвективных ячеек Бенара), которые можно получить экспериментально с помощью нехитрого опыта: в сковороду наливают минеральное масло, смешанное с алюминиевыми опилками, и начинают нагревать; сначала температура из нижнего слоя масла передается в верхний при помощи обычной теплопроводности, движение опилок хаотично, но по мере увеличения температуры картины меняется – разрыв температур между нижним и верхним слоем становится критическим, опилки выстраиваются в виде шестигранных призм, то есть система организуется и образует внутреннюю структуру, которая самостоятельно поддерживает оптимальную скорость тепловых потоков, заставляя масло двигаться в верхней части призмы от центра к краям, а в нижнем – от краев к центру.
Аналогичные эффекты были открыты и для химических систем (эффект Белоусова– Жаботинского), когда в ходе реакции между малоновой кислотой и бромидом калия возникали концентрические волны и колебательное изменение цвета с красного на синий и синего на красный.
116. Самоорганизация в общественных системах
Из естественных наук понятие самоорганизации было перенесено в гуманитарную сферу общественно-политических дисциплин, где некоторые явления не получали должного объяснения, поскольку к ним пробовали применять методы, рассчитанные на более простые системы. Механизмы самоорганизации пытался рассматривать еще в XIX в. Адам Смит в своем труде о развитии экономики, метко назвав неожиданное установление порядка в рыночных отношениях (равновесие спроса и предложения) вмешательством «невидимой руки». Подобным образом (от хаоса к порядку) пытались рассматривать и формирование нравственности.
В XX в. с появлением синергетики стало возможно применение законов самоорганизующихся систем и к сложным общественным явлениям. Социальные системы отличаются необычно сложными связями между событиями и участниками исторического процесса, большим числом участников процесса, наличием кризисов и катастроф (социальных, экономических, экологических), но применяя законы синергетики, можно заранее предсказать, в каком направлении идет процесс, как он может развиваться, даже указать опасности, которые могут повернуть процесс в нежелательном направлении.
