 |
 |
 |
 |
|
|
|
|
1.3. Самоорганизация - движущая сила развития
материи
|
Как отмечалось выше, чтобы система могла создавать и
поддерживать упорядоченность, она должна быть открытой и получать энергию извне.
Оказывается, весь доступный нашему познанию Мир состоит только из таких систем.
А в их развитии прослеживаются две взаимосвязанные стадии. На эволюционной
стадии не происходит заметных качественных изменений, но диссипативная система в
силу самого характера развития достигает сильной неравновесности, в результате
чего теряет устойчивость. Параметры, при которых возникает кризис, называют
критическими. Тогда наступает вторая стадия – стадия скачка, перехода системы в
качественно новое устойчивое состояние. В развиваемой теории определены
критерии, при которых диссипативная система теряет устойчивость, и
предсказывается возможное достижение ею качественно новых состояний при
скачкообразном выходе из кризиса. Скачок протекает в форме гигантской
коллективной флуктуации, при которой многочисленные элементы системы ведут себя
согласованно, хотя перед этим их взаимодействие носило хаотический характер.
Пригожин трактует скачкообразный переход диссипативной системы в новое состояние
как ее приспособление к внешним условиям, чем обеспечивается ее выживание.
Представить себе гигантскую коллективную флуктуацию, возникающую в момент скачка, поможет нам известное в гидродинамике явление, получившее название ячеек Бенара. По каналу (например, в прозрачной трубке) протекает жидкость. Канал подогревают снизу, в его вертикальном сечении образуется перепад температур, вследствие чего возникают хаотичные конвективные потоки. Но как только интенсивность подогрева нижнего слоя жидкости превысит определенное для данной системы пороговое значение, вертикальные потоки скачком перестраиваются и образуют хорошо организованные замкнутые циркулирующие структуры, демонстрирующие высокую степень упорядоченности. Сверху это выглядит так, как будто поверхность жидкости имеет регулярную ячеистую структуру. Картина устойчиво сохраняется все время, пока снизу продолжается подогрев с постоянной интенсивностью. В рамках классических представлений вероятность организации миллиардов и миллиардов молекул жидкости с образованием шестиугольных ячеек Бенара определенного размера практически равна нулю, а если бы даже такое состояние случайно возникло, то упорядоченные структуры сразу после этого распались бы. Но эффект реализуется, он надежно воспроизводится и устойчиво сохраняется, если поддерживаются необходимые условия. Организованное поведение участников эффекта возможно благодаря поступлению извне необходимой для этого энергии. Статистические законы здесь явно не работают, и для объяснения феномена привлекается, в частности, неравновесная термодинамика. Еще одна важная деталь: переход диссипативной системы из критического состояния в устойчивое неоднозначен. Сложные неравновесные системы имеют возможность совершить переход в одно из нескольких устойчивых дискретных состояний. В какое именно из них совершится переход - дело случая. В системе, пребывающей в критическом состоянии, развиваются многочисленные флуктуации, под действием одной из них инициируется скачок в конкретное устойчивое состояние. Поскольку флуктуации случайны, то и "выбор" конечного состояния оказывается случайным. Но после совершения перехода назад возврата нет. Процесс скачка одноразовый и необратимый. Критическое значение параметров системы, при которых возможен неоднозначный переход в новое состояние, называют точкой бифуркации. "Обнаружение феномена бифуркации, - утверждает Пригожин, - ввело в физику элемент исторического подхода <...> Любое описание системы, претерпевшей бифуркации, требует включения, как вероятностных представлений, так и детерминизма. Находясь между двумя точками бифуркации, система развивается закономерно, тогда как вблизи точек бифуркации существенную роль играют флуктуации, которые и определяют, какой из ветвей кривой будет далее определяться поведение системы" [4].Точки бифуркации пронизывают весь путь развития диссипативной системы. Каждый читатель, без сомнения, неоднократно сталкивался с ними на своем жизненном пути, когда на очередном распутьи случайное стечение обстоятельств определяло дальнейшую его судьбу. Самоорганизация заставляет по-новому взглянуть на соотношение случайного и закономерного в развитии систем, в Природе в целом. Плавно протекающий эволюционный этап развития довольно жестко детерминирован и поэтому вполне предсказуем. В точках бифуркации, в кризисной ситуации, открытая система скачком переходит в одно из возможных качественно новых состояний и здесь открывается простор для случайности. Но после того, как система вышла из кризиса, начинается следующий этап плавного эволюционного развития, не оставляющего для случайности места. И так вплоть до следующей точки бифуркации. Одна из проблем, которую предстоит решить в рамках неравновесной термодинамики – это проблема необратимости времени. Самоорганизация не подчиняется статистическим законам, формально на нее не распространяется действие второго начала термодинамики, из которого вытекает необратимость времени. Но при протекании скачка в явном виде обнаруживается "стрела времени": процесс скачка невозможно повернуть вспять. Сложность проблемы в том, что второе начало опирается на эмпирическую основу и его универсальная сущность предполагается, но ничем не подтверждается. В равновесной термодинамике оно получено при изучении процессов в системах, подчиняющихся статистическим законам. Второе начало имеет несколько разных, но эквивалентных определений. Для простоты выберем формулировку, предложенную одним из основоположников термодинамики Клаузиусом: невозможен процесс, единственным результатом которого был бы переход теплоты от тела с данной температурой к телу с более высокой температурой. Самопроизвольный переход тепла от менее к более нагретому телу действительно никому не доводилось наблюдать. Ни один здравомыслящий человек не поставит чайник с холодной водой на лед в надежде, что чайник закипит, а лед станет еще холоднее. Если мы захотим отнять у холодного тела какое-то количество тепла, то нам придется построить установку типа холодильника, в которой отбор тепла будет осуществляться при расходовании другой разновидности энергии, например, электроэнергии. При этом окажется, что в эквивалентных единицах затраты электроэнергии намного превысят полученное таким способом тепло. Известно также, что любая разновидность энергии свободно превращается в тепло, но тепло переводится в другие виды энергии неравноценно. Поэтому в закрытых системах любое преобразование одного вида энергии в другой сопровождается невозвратным переходом части энергии в тепло. В конечном счете, все высшие виды энергии переходят в самую низшую разновидность, в тепловую энергию, которая равномерно распределяется между элементами системы, а система приходит к своему самому простому состоянию, к термодинамическому равновесию. Рассматривая этот процесс во времени, приходим к выводу о существовании "стрелы времени", указывающей направление его необратимого течения. Физика знает не только статистические, вероятностные законы, порождающие "стрелу времени". Классическая механика, например, основывается на динамических законах, описывающих движение макротел во времени и пространстве. Динамические законы не исключают возможности формального обращения времени. Так, поменяв в уравнениях движения макротела (например, автомобиля) знаки плюс на знаки минус перед временем и скоростью, получим описание движения этого тела по пройденному пути в прошлое и в обратном направлении. Однако, мы знаем, что даже если автомобиль поедет точно по пройденному пути в обратном направлении, сидящий за его рулем водитель не станет моложе, время продолжит свой неумолимый бег вперед. В процессах самоорганизации работают законы, имеющие динамическую природу, но при этом время назад не обращается. Почему же не удается распространить второе начало и на динамические процессы самоорганизации, придав ему универсальный характер? В своей Нобелевской лекции [4] Пригожин выделил одну из основных причин, мешающих такому распространению – эмпирический характер этого начала. Из возникшего затруднения он предлагает выйти самым простым путем, разрубив гордиев узел. По его мнению необходимо признать второе начало фундаментальным принципом природы и постулировать его универсальность, как, например, постулируется невозможность превышения скорости света. Тем самым приложимость второго начала к неравновесной термодинамике будет узаконена. По словам Пригожина разработка новой научной дисциплины – неравновесной термодинамики – находится в начальной стадии. Создан ее математический аппарат, но, как и в случае Синергетики, пользоваться им не просто. Открытие феномена самоорганизации стало важным звеном в процессе выработки современного научного мировоззрения и научных представлений о развитии в Природе. На протяжении ХХ века, столь богатого выдающимися фундаментальными открытиями, в нарастающем темпе проходил процесс сложения из таких открытий мозаичного полотна, раскрывающего совершенно новую картину мироздания и происходящих в нем событий. Открытие микромира с присущими ему особенностями создало первый решительный толчок к пересмотру прежних взглядов и представлений. Затем последовало открытие нестационарности Вселенной, исторического характера ее развития от простого ко все более сложному. Ближе к концу века выяснилось, что направленное развитие просматривается не только во Вселенной, но и в ряде известных науке ее составных частях. А открытие генного аппарата программного управления процессами биологического развития каждого земного организма впервые приоткрыло сложнейший природный механизм хранения информации и программ развития вместе с механизмом реализации таких программ в жизненных процессах. Оставалось неясным одно важное обстоятельство в этой цепи: что заставляет в нашем мире протекать процессы созидания, переходы от более простого ко все более сложному? Сегодня наука по этому поводу говорит следующее. Ничто в этом мире не может существовать вне развития. В процессах развития проявляются две противоположные тенденции: разрушительная тенденция, определяемая присущим материи стремлением к достижению равновесных состояний; и созидательная тенденция, опирающаяся на присущее материи стремление создавать в ходе развития открытых систем неравновесные состояния, из которых возможны скачкообразные коллективные переходы в состояния с более высоким по сравнению с исходным уровнем упорядоченности. Такие переходы названы самоорганизацией, которая выступает как движущая сила созидательной тенденции развития и всех созидательных процессов. Новая естественнонаучная концепция развития формировалась на основе современной научной картины мира и высказанных выше положений. Попробуем просмотреть этот путь, для чего выделим в истории развития Вселенной, какой ее знает наука сегодняшнего дня, последовательность узловых критических моментов, определявших качественные ее переходы в новые состояния с более высокими уровнями упорядоченности. Это:
|
|
|
|
|
Ваши отзывы, мнения и предложения могут быть отправлены автору по адресу:
remrovinsky@yahoo.com
© 2001 Reomar Rovinsky