ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 531
Скачиваний: 6
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
факторов, то, например, динамика отдельных циклонов нас уже не будет особенно интересовать. Зато станут значитель- ными новые характеристики: особенности динамики океа- нических масс, структура энергообмена океан – атмосфера,
изменение альбедо земной поверхности и ряд других, кото- рые в «чисто погодных» исследованиях считались постоян- ными.
Таким образом, наши рассуждения общего характера при- водят в конце концов к вполне конкретным методическим рекомендациям в анализе процессов самоорганизации. Од- новременно мы видим, что понятие организации достаточно условно, что многое зависит от требований, предъявляемых к анализу. То, что в одних условиях мы можем считать пара- метрами функционального характера, в других можно отне- сти к элементам организации.
При переходе к описанию живых, а тем более обществен- ных систем мы должны усложнить понятие организации, по- скольку значительно усложняются связи между характером функционирования и структурой системы. Поэтому, говоря об организации систем живой и общественной природы, мы будем иметь в виду не только их консервативные характери- стики, но и все те особенности, которые существенным об- разом влияют на их жизнедеятельность.
Организация систем в живом мире рождает совершенно новый тип механизмов развития, неизвестных в мире нежи- вой материи. Это механизмы обратной связи.
изменение альбедо земной поверхности и ряд других, кото- рые в «чисто погодных» исследованиях считались постоян- ными.
Таким образом, наши рассуждения общего характера при- водят в конце концов к вполне конкретным методическим рекомендациям в анализе процессов самоорганизации. Од- новременно мы видим, что понятие организации достаточно условно, что многое зависит от требований, предъявляемых к анализу. То, что в одних условиях мы можем считать пара- метрами функционального характера, в других можно отне- сти к элементам организации.
При переходе к описанию живых, а тем более обществен- ных систем мы должны усложнить понятие организации, по- скольку значительно усложняются связи между характером функционирования и структурой системы. Поэтому, говоря об организации систем живой и общественной природы, мы будем иметь в виду не только их консервативные характери- стики, но и все те особенности, которые существенным об- разом влияют на их жизнедеятельность.
Организация систем в живом мире рождает совершенно новый тип механизмов развития, неизвестных в мире нежи- вой материи. Это механизмы обратной связи.
Любому живому существу, любой живой системе свой- ственно стремление сохранить стабильность своей организа- ции (своего гомеостазиса). Разрушение организации живой системы означает ее гибель. Эти системы способны в опре- деленных пределах изменять свое состояние.
Механизмы, определяющие изменения состояния, кото- рые являются реакцией на внешние воздействия и ими опре- деляются, условимся называть механизмами обратной свя- зи. Можно говорить об отрицательных обратных связях, под- держивающих гомеостазис, то есть компенсирующих внеш- ние воздействия, и о положительных, которые ухудшают ста- бильность системы.
Многие считают, и я долго разделял эту точку зрения, что отрицательные обратные связи, которые поддерживают го- меостазис, как раз и есть та главная особенность, которая от- личает все живое от неживого: живое всегда стремится со- хранить свою стабильность. Это факт эмпирический.
Но, видимо, это распространенное мнение не вполне точ- но. В самом деле, с одной стороны, принцип Ле-Шателье,
справедливый для неживой материи (он является следстви- ем законов сохранения), можно трактовать как «стремле- ние» сохранить гомеостазис. С другой – некоторые прокари- оты и вирусоподобные существа, которых мы традиционно относим к живому миру, по-видимому, лишены способности формировать петли обратной связи. Не вдаваясь здесь в об- суждение этих трудных и сложных вопросов, мы тем не ме-
нее можем утверждать, что стремление к гомеостазису, со- хранению собственной стабильности, стабильности рода, по- пуляции всегда было одним из мощнейших факторов эво- люции, фактором, который открывал прямое влияние на ин- тенсивность естественного отбора.
Но диалектика развития непрерывно демонстрирует нам неоднозначность результатов любых конкретных тенденций и противоречивый характер любых категорических утвер- ждений типа «только так и не иначе».
Устойчивость, доведенная до своего предела, прекраща- ет любое развитие. Она тормозит реализацию принципа из- менчивости. Чересчур стабильные формы – это тупиковые формы, эволюция которых прекращается.
Чрезмерная адаптация или специализация столь же опас- на для совершенствования вида, как и его неспособность к адаптации. Стремление к гомеостазису должно компенсиро- ваться другими тенденциями, определяющими рост разно- образия. А такие тенденции неизбежно должны будут фор- мировать механизмы не только отрицательных, но и положи- тельных обратных связей. Одна из таких тенденций порож- дается, видимо, принципом минимума диссипации энергии,
о котором я уже говорил.
Было уже отмечено, что этот важнейший принцип отбо- ра может быть распространен и на живые системы, и я пред- ложил его расширенную формулировку. Обобщенный прин- цип минимума диссипации – это такое же эмпирическое
Но диалектика развития непрерывно демонстрирует нам неоднозначность результатов любых конкретных тенденций и противоречивый характер любых категорических утвер- ждений типа «только так и не иначе».
Устойчивость, доведенная до своего предела, прекраща- ет любое развитие. Она тормозит реализацию принципа из- менчивости. Чересчур стабильные формы – это тупиковые формы, эволюция которых прекращается.
Чрезмерная адаптация или специализация столь же опас- на для совершенствования вида, как и его неспособность к адаптации. Стремление к гомеостазису должно компенсиро- ваться другими тенденциями, определяющими рост разно- образия. А такие тенденции неизбежно должны будут фор- мировать механизмы не только отрицательных, но и положи- тельных обратных связей. Одна из таких тенденций порож- дается, видимо, принципом минимума диссипации энергии,
о котором я уже говорил.
Было уже отмечено, что этот важнейший принцип отбо- ра может быть распространен и на живые системы, и я пред- ложил его расширенную формулировку. Обобщенный прин- цип минимума диссипации – это такое же эмпирическое
обобщение, как и принцип сохранения гомеостазиса.
Живые системы всегда открытые системы. Им свойствен метаболизм, то есть обмен энергией и веществом с окружа- ющим миром, без этого они не могут существовать. И одной из ведущих тенденций их развития является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды,
уменьшая тем самым свою локальную энтропию.
Этот факт тоже эмпирический: стремление так изменить систему, в такую сторону направить эволюционный процесс,
чтобы увеличить ее способность усваивать внешнюю энер- гию и вещество, столь же свойственно живому, как и стрем- ление сохранить гомеостазис. Эти тенденции в известных условиях могут оказаться противоречивыми, что особенно хорошо видно при анализе общественных форм организа- ции.
В результате непрерывно совершающихся компромиссов между этими тенденциями возникают быстро развивающи- еся «прогрессивные» формы эволюции. К таким относятся,
например, Человек и формы более стабильные, развивающи- еся значительно медленнее и даже практически остановив- шиеся в своем развитии, вроде термитов и муравьев.
Живые системы всегда открытые системы. Им свойствен метаболизм, то есть обмен энергией и веществом с окружа- ющим миром, без этого они не могут существовать. И одной из ведущих тенденций их развития является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды,
уменьшая тем самым свою локальную энтропию.
Этот факт тоже эмпирический: стремление так изменить систему, в такую сторону направить эволюционный процесс,
чтобы увеличить ее способность усваивать внешнюю энер- гию и вещество, столь же свойственно живому, как и стрем- ление сохранить гомеостазис. Эти тенденции в известных условиях могут оказаться противоречивыми, что особенно хорошо видно при анализе общественных форм организа- ции.
В результате непрерывно совершающихся компромиссов между этими тенденциями возникают быстро развивающи- еся «прогрессивные» формы эволюции. К таким относятся,
например, Человек и формы более стабильные, развивающи- еся значительно медленнее и даже практически остановив- шиеся в своем развитии, вроде термитов и муравьев.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 26
Примечание. Термиты, конечно, продолжают развиваться, адаптироваться к изменяющимся условиям. Но, появившись около 400 миллионов лет тому назад, эти родные братья тараканов не столь уж и отличаются от их бесконечно далеких предков.
Таким образом, одной из важнейших особенностей любо- го эволюционного процесса, протекающего в живом мире,
является противоречивое взаимодействие тенденций двух противоположных типов – тенденции к стабильности (сохра- нению гомеостазиса), нуждающиеся в укреплении отрица- тельных обратных связей, и тенденции поиска новых, более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, требующих формирования положительных обрат- ных связей.
Способы разрешения этих противоречий, то есть струк- туры возникающих компромиссов, могут быть самыми раз- личными. И это обстоятельство тоже в значительной степени ответственно за разнообразие организационных форм мате- риального мира.
Изучение в этом плане развития общества представляет специальный интерес для анализа современных обществен- ных отношений глобального характера, и мы еще вернемся к этому вопросу.
Исследование процессов развития
Нильсу Бору принадлежит известное высказывание о том,
что описать процессы, протекающие в окружающем мире, с помощью одного языка невозможно. Необходимо много раз- ных языков описания, много разных интерпретаций, в каж- дом из которых отчетливее проявляются те или иные осо-
бенности изучаемого явления. Понимание, необходимое че- ловеку в его практической деятельности, требует рассмотре- ния изучаемого предмета с разных позиций.
Проблема понимания – это вечная проблема. Она стоит перед философией и другими науками со времен древних греков и носит не только научный, не только идеологиче- ский, но и психологический характер. И сформулированный тезис Бора достаточно общепринят: вопросы интерпретации всегда занимают в любой научной дисциплине весьма почет- ное место. Интерпретация всегда особенно важна при изу- чении проблем развития, где разнообразие материала делает становление его особенно трудным.
Различные интерпретации процесса самоорганизации,
позволяющие рассмотреть его в разных ракурсах, дают воз- можность более отчетливо представить себе то общее, что присуще разным формам движения, и те различия, кото- рые определяют необходимость непрерывного расширения средств анализа. Одна из таких интерпретаций связана с ва- риационной трактовкой принципов отбора. Как мы увидим,
она позволяет подойти к пониманию особой роли компро- миссов, а следовательно, и конкретного поведения в истории живого мира.
В 1744 году французский математик и физик Мопертъюн обратил внимание на то, что законы Ньютона допускают ва- риационную постановку. Другими словами, он показал, что движение, совершающееся согласно законам Ньютона, до-
Проблема понимания – это вечная проблема. Она стоит перед философией и другими науками со времен древних греков и носит не только научный, не только идеологиче- ский, но и психологический характер. И сформулированный тезис Бора достаточно общепринят: вопросы интерпретации всегда занимают в любой научной дисциплине весьма почет- ное место. Интерпретация всегда особенно важна при изу- чении проблем развития, где разнообразие материала делает становление его особенно трудным.
Различные интерпретации процесса самоорганизации,
позволяющие рассмотреть его в разных ракурсах, дают воз- можность более отчетливо представить себе то общее, что присуще разным формам движения, и те различия, кото- рые определяют необходимость непрерывного расширения средств анализа. Одна из таких интерпретаций связана с ва- риационной трактовкой принципов отбора. Как мы увидим,
она позволяет подойти к пониманию особой роли компро- миссов, а следовательно, и конкретного поведения в истории живого мира.
В 1744 году французский математик и физик Мопертъюн обратил внимание на то, что законы Ньютона допускают ва- риационную постановку. Другими словами, он показал, что движение, совершающееся согласно законам Ньютона, до-
ставляет некоторым функционалам экстремальное значение.
Будучи сыном своего века, он придал этому факту опреде- ленный теологический смысл. Позднее были открыты и дру- гие вариационные принципы: принцип наименьшего дей- ствия Гаусса, принцип виртуальных перемещений Лагран- жа, принцип Гамильтона – Остроградского и т. д. Сначала вариационные принципы были открыты в механике, затем в электродинамике и других областях физики. Оказалось,
что все основные уравнения, которыми оперирует физика,
определяют траектории, являющиеся экстремалями некото- рых функционалов.
Вокруг вариационных принципов развернулись споры.
Физиков, математиков и философов (особенно последних)
смущало то, что эти принципы можно трактовать в каче- стве проявления некоторой высшей целесообразности. Даже в 30-е годы XX века еще шли дискуссии по поводу вариаци- онных принципов, причем порой они носили весьма жаркий характер. Однако постепенно эти споры сами собой прекра- тились. Причиной тому послужило более глубокое изучение прлроды дифференциальных уравнений, описывающих фи- зические процессы и их связи с вариационными принципа- ми. Оказалось, что практически для любого из уравнений,
которые являются выражением того или иного закона сохра- нения, может быть составлен такой функционал (зависящий от фазовых координат системы), что для него эти уравнения являются уравнениями Эйлера. Другими словами, их реше-
Будучи сыном своего века, он придал этому факту опреде- ленный теологический смысл. Позднее были открыты и дру- гие вариационные принципы: принцип наименьшего дей- ствия Гаусса, принцип виртуальных перемещений Лагран- жа, принцип Гамильтона – Остроградского и т. д. Сначала вариационные принципы были открыты в механике, затем в электродинамике и других областях физики. Оказалось,
что все основные уравнения, которыми оперирует физика,
определяют траектории, являющиеся экстремалями некото- рых функционалов.
Вокруг вариационных принципов развернулись споры.
Физиков, математиков и философов (особенно последних)
смущало то, что эти принципы можно трактовать в каче- стве проявления некоторой высшей целесообразности. Даже в 30-е годы XX века еще шли дискуссии по поводу вариаци- онных принципов, причем порой они носили весьма жаркий характер. Однако постепенно эти споры сами собой прекра- тились. Причиной тому послужило более глубокое изучение прлроды дифференциальных уравнений, описывающих фи- зические процессы и их связи с вариационными принципа- ми. Оказалось, что практически для любого из уравнений,
которые являются выражением того или иного закона сохра- нения, может быть составлен такой функционал (зависящий от фазовых координат системы), что для него эти уравнения являются уравнениями Эйлера. Другими словами, их реше-
ния являются экстремалями. На этих траекториях соответ- ствующий функционал достигает своих экстремальных (или стационарных) значений. Это результат чисто математиче- ский, но он имеет глубокий философский смысл. В самом деле, живи мы в другой Вселенной с другими физическими законами, все равно там были бы свои вариационные прин- ципы и своя «высшая целесообразность».
Вариационная формулировка законов сохранения – одно из главных положений современной физики. Однако эти за- коны не исчерпывают всех принципов отбора, которые выде- ляют реальные движения из множества мыслимых. Но ока- зывается, что и другим законам и ограничениям всегда мож- но придать оптимизационную формулировку, причем пере- формулировка ограничений в вариационной форме может быть произведена бесчисленным количеством способов. К
числу принципов отбора, допускающих оптимизационную постановку, относятся, конечно, и известные принципы Он- сагера и При-гожина.
Таким образом, движение неживой материи мы всегда мо- жем описать в терминах многокритериальной задачи опти- мизации: найти такие состояния системы, которые обеспе- чивают минимальные значения функционалов
(1), W
1
(x) →тin;W
a
(x) → min; W
3
(x) → min…
Вариационная формулировка законов сохранения – одно из главных положений современной физики. Однако эти за- коны не исчерпывают всех принципов отбора, которые выде- ляют реальные движения из множества мыслимых. Но ока- зывается, что и другим законам и ограничениям всегда мож- но придать оптимизационную формулировку, причем пере- формулировка ограничений в вариационной форме может быть произведена бесчисленным количеством способов. К
числу принципов отбора, допускающих оптимизационную постановку, относятся, конечно, и известные принципы Он- сагера и При-гожина.
Таким образом, движение неживой материи мы всегда мо- жем описать в терминах многокритериальной задачи опти- мизации: найти такие состояния системы, которые обеспе- чивают минимальные значения функционалов
(1), W
1
(x) →тin;W
a
(x) → min; W
3
(x) → min…
где W
1
– это функционал, мимизация которого обеспечи- вает выполнение законов сохранения; W
2
– функционал, ми- нимизация которого обеспечивает выполнение кинематиче- ских условий и т. д.
Из математического анализа известно, что одновремен- ная минимизация нескольких функций (или функционалов)
имеет смысл лишь при выполнении некоторых специальных условий. Обозначим через Ωι множество экстремальных зна- чений функционалов Wi (x). Тогда задача
W
2
(x)→min
будет иметь смысл, если мы будем, например, разыски- вать минимальные значения функционала W
2
(x) на множе- стве Ω
1
и т. д. Таким образом, задача (1) имеет смысл тогда,
когда множество функционалов упорядочено, ранжировано по порядку их значимости, а пересечение множеств Ωi ми- нимальных значений этих функционалов не пусто. При этих условиях требование (1) определит некоторое множество до- пустимых состояний. Оно и является ареной развивающих- ся событий.
При описании явлений неживой природы функционалы
[Wi] действительно всегда ранжированы, причем первое ме- сто занимают законы сохранения: ничто не может нарушить законы сохранения массы, импульса, энергии… Различные
1
– это функционал, мимизация которого обеспечи- вает выполнение законов сохранения; W
2
– функционал, ми- нимизация которого обеспечивает выполнение кинематиче- ских условий и т. д.
Из математического анализа известно, что одновремен- ная минимизация нескольких функций (или функционалов)
имеет смысл лишь при выполнении некоторых специальных условий. Обозначим через Ωι множество экстремальных зна- чений функционалов Wi (x). Тогда задача
W
2
(x)→min
будет иметь смысл, если мы будем, например, разыски- вать минимальные значения функционала W
2
(x) на множе- стве Ω
1
и т. д. Таким образом, задача (1) имеет смысл тогда,
когда множество функционалов упорядочено, ранжировано по порядку их значимости, а пересечение множеств Ωi ми- нимальных значений этих функционалов не пусто. При этих условиях требование (1) определит некоторое множество до- пустимых состояний. Оно и является ареной развивающих- ся событий.
При описании явлений неживой природы функционалы
[Wi] действительно всегда ранжированы, причем первое ме- сто занимают законы сохранения: ничто не может нарушить законы сохранения массы, импульса, энергии… Различные
связи – голономные, неголономные и любые другие огра- ничения имеет смысл рассматривать лишь для систем, для которых законы сохранения выполнены. Среди всех таких ограничений особое место для открытых систем занимает принцип минимума роста энтропии или минимума диссипа- ции энергии. Он как бы замыкает цепочку принципов отбо- ра: если законы сохранения, кинематические и прочие огра- ничения еще не выделяют единственной траектории разви- тия системы, то заключительный отбор производит принцип минимума диссипации. Вероятно, именно он играет решаю- щую роль в появлении более или менее устойчивых нерав- новесных структур в общем процессе самоорганизации ма- терии.
В рамках описанной схемы можно дать следующую интер- претацию процессов, протекающих в неживой природе. Тен- денции к разрушению организации и развитию хаоса (повы- шению энтропии) препятствует ряд противоположных тен- денций. Это прежде всего законы сохранения. Но не они одни препятствуют разрушению организации. Принцип ми- нимума диссипации энергии не только отбирает из тех дви- жений, которые допускаются законами физики (им не про- тиворечат), наиболее «экономные», но и служит основой
«метаболизма», то есть содействует процессу возникнове- ния структур, способных концентрировать окружающую ма- териальную субстанцию, понижая тем самым локальную эн- тропию. Так, в стохастической среде, способной порождать
В рамках описанной схемы можно дать следующую интер- претацию процессов, протекающих в неживой природе. Тен- денции к разрушению организации и развитию хаоса (повы- шению энтропии) препятствует ряд противоположных тен- денций. Это прежде всего законы сохранения. Но не они одни препятствуют разрушению организации. Принцип ми- нимума диссипации энергии не только отбирает из тех дви- жений, которые допускаются законами физики (им не про- тиворечат), наиболее «экономные», но и служит основой
«метаболизма», то есть содействует процессу возникнове- ния структур, способных концентрировать окружающую ма- териальную субстанцию, понижая тем самым локальную эн- тропию. Так, в стохастической среде, способной порождать