Файл: Тесты с ответами по естествознанию.doc

Однако этому закону ускорения исторического времени может быть придан линейный характер в логарифмическом масштабе, если уравнение автомодельности Панова записать в виде:

где t* — некоторый момент времени, который назван моментом сингулярности (особенности), tn — автомодельная последовательность п точек революций, Т задает длительность всего описываемого промежутка времени, п — номер революции, s > 1 — коэффициент ускорения исторического времени, показывающий, во сколько раз каждая последующая эпоха короче предыдущей. Указанная формула показывает, что автомодельная последовательность есть не что иное, как сходящаяся геометрическая прогрессия. При неограниченном росте п промежутки между кризисами или революциями вблизи сингулярности (некоторой особенности) стремятся к нулю, а плотность их бесконечна.

Какая последовательность революций имеется в виду? Если взять период Т с начала четвертичного периода, т. е. рассматривать события, начавшиеся 4,4 млн лет назад, то эти революции — появление первых гоминид, затем Homo habilis (Олдувай), заселение гоминидами Европы и Азии, Homo sapiens, Мустье, первая верхнепалеолитическая революция, неолитическая революция, городская революция, осевое время (Пифагор, Конфуций, Будда), начало средневековья, промышленная революция в Европе, появление пара, электричества, информационная революция (начало 1950-х годов). Закончится эта последовательность в t* = 2027 году! Если же взять промежуток Т значительно больший, от начала возникновения жизни, от момента 3,8 млрд лет назад, то это несколько иная последовательность революций (но включающая и указанную выше как составную часть), приводит к t* = 2004 году! Прямые линии в обоих случаях эта и есть, в первом случае, так называемый глобальный исторический аттрактор, а во втором — аттрактор планетарной истории. К каждому из них тяготеют, притягиваются имевшие в прошлом место исторические события (революции). Но есть во всей указанной закономерности один противоречивый момент, аномалия, в точке начала предбиологической эволюции, выбивающаяся из всего исторического хода — подозрительно быстрое возникновение жизни, за какие-то 200-300 млн лет. Эта аномалия нарушает всю автомодельную шкалу времени. Но этого можно избежать, если предположить, что предбиологическая эволюция совершалась не на Земле, а в недрах нашей Галактики, и началась сразу с возникновением самой Галактики более 10 млрд лет назад!

Итак, сегодня известны многочисленные специфические исследования эволюции конкретных сущностей, так что мы располагаем некоторыми базовыми представлениями об эволюции как о фундаментальном и универсальном процессе. Их наличие создает условия для ведения интересующего нас в данном курсе междисциплинарного дискурса.

Резюме

1. Несколько десятелетий назад американский физик Роберт Дикке, а затем англичане Стивен Хокинг и Брендон Картер обратили внимание на то, что структура Вселенной чрезвычайно чувствительна к численным значениям констант фундаментальных взаимодействий (гравитационного, электромагнитного, слабого и ядерного). Жизнь оказывается гораздо более тесно связанной с общекосмическими условиями, чем это до сих пор предполагалось, и все менее очевидным становится взгляд на жизнь как на незначительный продукт случая. Многие процессы в Космосе (здесь это синоним Вселенной) представляются направленными на возникновение и поддержание жизни. Эта мысль приводит к так называемому антропному принципу, поскольку выявляются вдруг удивительные взаимосвязи между нами как живыми, наделенными интеллектом наблюдателями мира, и свойствами Вселенной.

2. Сейчас различают три варианта формулировок принципа: слабую, сильную и сверхсильную. В слабой формулировке кратко он гласит: физическая Вселенная, которую мы наблюдаем, представляет собой структуру, допускающую наше присутствие как наблюдателей. В слабой формулировке нет ответа на вопрос: почему порождается наблюдатель? Это декларируется как необходимое свойство Вселенной в сильной формулировке принципа, например в таком утверждении: законы построения Вселенной должны быть таковы, что она неприменно когда-нибудь должна породить наблюдателя.

3. Два предрассудка унаследованы нами от эпохи классического естествознания и формальной логики. Во-первых, мы приучены противопоставлять случайное закономерному, будто первое, в отличие от второго, неконтролируемо, непредсказуемо, деструктивно. Во-вторых, мы привыкли противопоставлять природным явлениям феномены искусственного происхождения, относить результаты культурного (в широком смысле) творчества к категории, фактически, противоестественного. Вернер Гей-зенберг по этому поводу выразился так: «Естественнонаучному духу вполне отвечает ...тенденция рассматривать природу независимо не только от Бога, но и от человека». С позиций современной науки вряд ли это справедливо.

12. Концепции постнеклассического естествознания и теорий самоорганизации

12.1. Возникновение и становление концепций постнеклассического естествознания

Важным аспектом совершенствования методологии познания является всесторонний анализ проблемного поля современной науки. До сегодняшних дней господствующая научная картина мира по существу распадалась на три части (неорганическую, органическую и социальную), в которой процессы самодвижения, самоорганизации имели место, но с точки зрения общего эволюционизма они не были объединены.

Прорыв в понимании того, как инертная материя может приобретать свойства самоорганизации, произошел в последней четверти XX века и, естественно, вызвал взрыв интереса к попыткам построения единой теории самоорганизации материи.

Интерес этот еще более возрос, когда физики и математики ввели в научный оборот и теоретически обосновали кардинальные концепции и понятия теорий самоорганизации материи — диссипативные структуры (Пригожин), синергетику (Хакен), теорию катастроф (Том, Арнольд), теорию автопоэза или теорию Сантьяго (Матурана, Варела) и др. Многие понятия теорий самоорганизации стали переосмысливаться в новой единой пост-неклассической картине мира, в которой магистральная эволюция непротиворечивым образом объединяет и то, как материя движется, и то, как она мыслит.

Абстрактная формулировка идеи всеобщего эволюционизма (от Аристотеля до Пригожина и Моисеева) сменилась на научно оформленную теорию в результате ассимиляции этой идеи физикой (эволюционирующие космогонические модели Вселенной, особо термодинамических процессов), химией (каталитические системы, элементарные каталитические системы А. Руденко), биологией (биогенез, синтетическая теория эволюции, несводимость макроэволюции к микроэволюционным изменениям), социологией (тектология А. Богданова).

Разработка теоретического механизма всеобщего (глобального) эволюционизма осуществлялась после закрепления в естественных науках синергетического подхода (Хакен; Князева; Курдюмов; Моисеев) и идей теории дис-сипативных структур (Пригожин).

Хотя специфика картины мира допускает многоголосие средств выражения идеи всеобщего развития, но язык диссипативных структур и синергетического (корпоративного) эффекта наиболее адекватно описывает процессы самоорганизации, самосозидания (автопоэза) и самодвижения. Таким образом, в рамках эволюционно-синер-гетического диссилативно-структурного подходов самоорганизация предстает как одна из форм организации материи. При этом определяются, с одной стороны, равновесные формы организации, отличающиеся от самоорганизации, а с другой — под «крышей» указанных подходов объединяются в особый класс — нелинейно-динамический, практически все физические, химические ибиологические структуры, которые ранее принципиально не сводились вместе.

Мир полон мифов линейного, классического мышления. Так, вплоть до настоящего времени многих пугал и продолжает путать хаос, ибо хаос представляется сугубо деструктивным началом мира. Случайность всегда тщательно изгонялась из научных теорий. Она считалась со времен классической эпохи науки второстепенным, побочным, не имеющим принципиального значения фактором. Существовало убеждение, что случайности никак не сказываются, забываются, стираются, не оставляют следа в общем течении событий природы, науки, культуры. А мир, в котором мы живем, рассматривался как не зависящий не только от микрофлуктуаций на нижележащих уровнях бытия, но также и не зависящим от малых влияний космоса.

Картина мира, рисуемая классическим разумом (классической наукой) — это мир жестко причинно-следственных связей, согласно которым результат внешнего управляющего воздействия есть однозначное, линейное, предсказуемое воздействие. Чем больше вкладываешь, например, энергии, тем больше будто бы должна быть и отдача, следствие прямо или линейно пропорционально причине.

Еще один из господствующих по сей день мифов линейного (классического) мышления — это представление о том, что процессы бурного роста (например, возрастания народонаселения земного шара, рост научного знания, «экономическое чудо») происходят по экспоненциальной зависимости, т. е. предполагался весьма и весьма быстрый рост. На самом деле, большинство процессов лавинообразного роста происходят даже не по экспоненте, а в так называемом режиме с обострением, когда рассматриваемые величины, хотя бы часть времени, изменяются по закону неограниченного возрастания за конечное время.

Выдающийся современный мыслитель Илья Пригожин приложил немало усилий к тому, чтобы включить в парадигму современного научного сознания концепции, известные как «самоорганизация», или «возникновение порядка из хаоса». Самоорганизация — это процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Система называется самоорганизующейся, если она стремится сохранить свои свойства и природу протекающих процессов за счет структурных изменений.

Класс систем, способных к самоорганизации, — это открытые, нелинейные системы. Открытость системы означает наличие в ней источников и стоков, обмена веществом, информацией и энергией с окружающей средой.

Открытость системы — необходимое, но не достаточное условие для ее самоорганизации: то есть всякая самоорганизующуюся система открыта, но не всякая открытая система самоорганизуется, строит структуры. Все зависит от взаимодействия двух противоположных начал: создающего структуры, наращивающего неоднородности в сплошной среде (работы объемного источника), и рассеивающего (диссипирующего), размывающего неоднородности, т. е. начал самой различной природы. Обсудим некоторые детали и механизмы возникновения сложноорга-низованных систем и структур.

12.2. Динамика возникновения диссипативных структур

Как уже отмечалось в п. 3.4, 3.5, главах 4-7, для возникновения структур, составленных из тех или иных элементов, необходимо существование достаточно прочных связей между этими элементами. Для образования таких связей необходима возможность диссипации, рассеяния, передачи в окружающую среду энергии связи. Необходима внешняя «окружающая среда» и в ней должна быть какая-то исходная неоднородность, к которой переходит часть энергии извне. Для примера рассмотрим явления во Вселенной.

Первопричина структурирования нашей Вселенной -в ее исходной неоднородности во времени, проявленной в пространственных масштабах. Вселенная расширяется и остывает, энергия рассеивается, энтропия растет, но это расширение ведет к появления потока рассеяния, непрерывного движения и направленного изменения состояния вещества. Этот поток и привел к образованию макроскопических неоднородностей — структур всех масштабов.

Астрономы наблюдают крупномасштабные пространственные неоднородности во Вселенной, точнее, в Метагалактике: материя сконцентрирована в звездах, звезды — в галактиках, галактики в скоплениях и сверхскоплениях, и только в масштабах, значительно больших, чем размеры сверхскопления (это сотни мегапарсек или сотни миллионов световых лет), Метагалактика пространственно однородна.

Неоднородность, структурированность отдельных частей Метагалактики связана с их конечностью и открытостью: для каждой такой части можно говорить о внешней среде, с которой происходит обмен энергией и энтропией. Микронеоднородности, флуктуации возникают и исчезают непрерывно, случайным образом, из-за принципиально вероятностной природы микропроцессов и процессов в больших стохастических системах. Для превращения же флуктуаций в макронеоднородности и в сложные, развитые структуры необходим направленный поток энергии и вещества, который изначально и задается рассеянием при расширении.

При возникновении и усложнении структуры происходит локальное (местное) возрастание порядка и, соответственно, уменьшение энтропии данной структуры, тогда как в большем масштабе в системе, включающей также и часть внешней среды, энтропия возрастает. Из того, что нам известно к настоящему времени, следует, что все структуры во Вселенной возникли в результате протекания процессов диссипации первоначально концентрированной тепловой энергии. При этом энтропия Вселенной в целом непрерывно возрастала, каждое местное уменьшение энтропии при возникновении упорядоченных структур с избытком компенсировалось ее увеличением за счет рассеяния энергии (следует отметить, что не существует закона сохранения энтропии, а отмечается всего лишь ее непрерывное возрастание).

Практически все наиболее сложные структуры вокруг нас - это структуры диссипативные, они могут существовать только при наличии непрерывного «сквозного» потока энергии или вещества. Простейший, классический пример диссипативной структуры — это уже обсуждавшиеся ячейки Бенара — правильные шестигранные конвективные ячейки, возникающие в плоском слое жидкости, подогреваемой снизу. Внутренняя структура Земли — также диссипативная структура, порожденная конвективным переносом тепла и подвижных легких компонентов вещества из глубины к поверхности (обсуждалось ранее в связи с проблемой начала жизни и возникновения кислорода в атмосфере Земли). Структура земной поверхности — результат как внутриземных диссипативных процессов, так и потока солнечной энергии.

Как же возникают структуры на фоне диссипации? Ведь естественные процессы — это самопроизвольно протекающие процессы, связанные с возрастанием энтропии, а производство энтропии эквивалентно производству беспорядка и связано с разрушением структур?

Противоречия здесь нет. Возникновение диссипатив-ных структур связано с производством избыточной энтропии. При определенных условиях, вдали от равновесия, неравновесная стационарная система становится неустойчивой и естественным образом переходит в новое, более организованное состояние (с меньшей энтропией). Оно обеспечивает, в целом, более эффективное, «избыточное», производство энтропии в претерпевшей изменения системе. Так, например, бенаровская конвекция на несколько порядков более эффективный способ переноса и рассеяния тепла, чем теплопроводность. Такие перестройки происходят на макроскопическом уровне, и механизм их заключается в разрастании некоторых определенных случайно возникающих флуктуаций. Задача описания и объяснения возникновения наблюдаемых структур распадается на две: описание природы и механизма возникновения первичных флуктуаций и описание механизма превращения их в макроскопические структуры.

Наглядными примерами диссипативных структур, кроме ячеек Бенара, вихрей Тейлора в течении Куэйта, являются, например, еще такие природные явления, как циклоны, торнадо (смерчи) в атмосфере, а также некоторые облачные структуры. Все это конвективные структуры, резко увеличивают эффективность диссипации тепловой энергии и, значит, эффективность производства энтропии. Диссипативными структурами в принципе той же природы, хотя и неизмеримо более сложными, являются все живые существа и экологические системы, поддерживающие свое существование путем непрерывного обмена веществом и энергией с внешней средой — выбросом из себя энтропии, поглощением негэнтропии.

Но не только мир полон диссипативных структур, вокруг нас в изобилии находятся и равновесные структуры, существующие вне потока энтропии, например, кристаллы. Для их существования в настоящий момент не нужно поступления и рассеяния энергии и увеличения энтропии, однако для возникновения таких структур все это было необходимо и все это они прошли в прошлом. Кристаллы растут как динамические структуры в условиях диссипации и за их совершенную организацию заплачено увеличением энтропии в окружающей среде.