Виталий Тихоплав - Идущие по пустыне: время

Среди сложных систем самоорганизующиеся системы вызывают особый интерес. К такого рода сложным открытым самоорганизующимся системам относятся не только Вселенная, но и биологические и социальные системы, которые более всего значимы для человека. И сам человек! [4].

В 70-е годы прошлого столетия начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем, и в результате родилось новое направление в науке – синергетика.

Википедия дает такое толкование этого направления: «Синергетика – это междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем )» [5].

Можно сказать более подробно, что синергетика это:

наука о самоорганизации самых различных процессов;

термодинамика открытых систем вдали от равновесия;

наука о катастрофах;

наука об универсальных законах эволюции в природе и в обществе [6].

Иными словами, синергетика изучает и объясняет те процессы, которые оказались не по силам равновесной технической термодинамике. При этом синергетика рассматривает мир в его целостности как единую систему; в этой системе присутствуют идеи общего закона и общего пути развития, которому следует весь мир в целом, и человек в том числе. Поэтому главные принципы эволюции, выработанные синергетикой, справедливы для косной, живой и социальной Природы. Ни одна наука до синергетики (если не считать научной эзотерики Пифагора, которая была забыта) не могла сформулировать общие универсальные законы эволюции, справедливые для всех ее уровней. Это оказалось под силу только синергетике [7].

В развитие синергетики огромный вклад внесли немецкий ученый Герман Хакен и бельгийско-американский ученый русского происхождения, лауреат Нобелевской премии 1977 года Илья Романович Пригожин.

Синергетическая картина мира принципиально отличается от физической. В таблице 1 сопоставлены изучаемые объекты и их свойства в физической и синергетической картине мира.

Таблица 1

* Флуктуация (от лат. fluctuatio – колебание) – термин, характеризующий любое колебание или любое периодическое изменение. При этом либо все тело колеблется в пространстве как единое целое, не изменяя своей формы, либо колеблются частицы, составляющие тело. Оба вида колебаний могут существовать как раздельно, так и совместно (Википедия).

Предметом изучения синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы.

Что такое самоорганизующаяся система? Как трактует философская энциклопедия, самоорганизующаяся система – это сложная динамическая система, способная при изменении внешних или внутренних условий ее функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта. Примерами таких систем являются живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив [8]. Но не только! Это и вся Вселенная со своими метагалактиками, галактиками, солнечными системами и планетами!

Самоорганизующейся системой может быть только открытая система, способная обмениваться энергией с окружающей средой.

По определению Хакена, самоорганизация – это спонтанное (самопроизвольное) образование высокоупорядоченных структур из хаоса, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем. Именно таким образом при самоорганизации из хаоса рождается порядок [9].

Необходимо отметить, что в настоящее время существуют два подхода к рассмотрению физической сущности явления самоорганизации. Один из них связывает эту сущность с диссипацией (неравновесная термодинамика И. Р. Пригожина), а второй – с внутренней полезной работой против равновесия (концепция эволюционного катализа А. П. Руденко).

Согласно подходу И. Пригожина, автора теории неравновесной термодинамики, директора отделения физики и химии Брюссельского университета, лауреата Нобелевской премии 1977 года, главным условием самоорганизации, принимается необратимость процесса, причиной считается диссипация, а движущей силой – негэнтропия [5], поглощаемая открытой системой из окружающей среды при обмене веществ [10].

И. Р. Пригожин полагает, что процессы самоорганизации систем могут происходить произвольно, но только в результате случайных флуктуаций. За их образование несет ответственность та самая диссипативная энергия, которая рассеивается в пространстве при превращении энергии в тепловую. С точки зрения Пригожина, диссипативная энергия способна порождать сложные системы из простых, а энтропия оказывается тем самым «сырьем», из которого диссипативные структуры могут создать (а могут и не создать – это дело случая!) более высокую, чем прежде, упорядоченность (подробнее об этом рассказывается в главе 5, разделе «Диссипативная энергия»).

– Возможность случайного появления Вселенной исключается?

Аструс: Нет.

– А случайное зарождение жизни на Земле?

Аструс: Нет. Жизнь возникла не случайно.

– Значит, жизнь на Земле создавалась целенаправленно?

Аструс: Да. Высшей духовной силой.

– Значит, для процессов жизни на Земле случайность исключается?

Аструс: Так.

Для того чтобы в некой системе начались процессы самоорганизации, она должна быть, как минимум, выведена из состояния стабильного равновесия. Важным результатом новой неравновесной термодинамики, разработанной И. Пригожиным, является возможность получения устойчивых решений, далеких от состояния равновесия. Расчет таких систем (открытых, диссипативных, неравновесных) стал возможным благодаря работам И. Пригожина.

И. Р. Пригожин внес существенный вклад в термодинамику нелинейных необратимых процессов, то есть в термодинамику систем, далеких от равновесия (1947), выдвинув принцип локального равновесия.

Этот принцип заключается в следующем. Рассматриваемая система может быть мысленно разделена в пространстве на множество элементарных ячеек, достаточно больших, чтобы рассматривать их как макроскопические системы, но в то же время достаточно малых для того, чтобы состояние каждой из них было близко к состоянию равновесия. Такое предположение справедливо для очень широкого класса физических систем, что и определяет успех классической формулировки неравновесной термодинамики.