Инварианты Нелинейного Мира. Copyright © 2006 Попов В.П. All Rights Reserved

2.0. ГЛОБАЛЬНАЯ СИНЕРГЕТИКА.

На волне идей глобального эволюционизма возникла наука о самоорганизации материи и механизмах глобальной эволюции [99, 100]. Каждая наука описывает объекты «своим» языком. Синергетику интересует развитие любой природы, она описывает эволюцию на языке, понятном всем. Мировоззренческие следствия синергетического знания могут быть сформулированы без употребления математического инструментария и языка программирования, что делает их удобными для гуманитариев. Появилась надежда, что сверхсложная социоприродная среда может описываться небольшим числом фундаментальных идей и образов, а затем, возможно, и математических уравнений.

В 70 гг. 20 в. В науке сложилось понимание возможности самоорганизации материи под влиянием внутренних причин. Появились понятия детерминированный хаос, фрактал, автопоэзис, диссипативные структуры, синергетика [220]. Все теории приблизительно об одном. Они представляют собой учения о взаимодействии, о развитии, о самоорганизации объектов разной сложности. Синергетика делает акцент на изучении неустойчивых процессов, т.е. процессов развития.

Классическая наука мало интересовалась переходными состояниями и процессами. Из экспериментов их старались исключать. Но вся природа фактически является единым непрерывным «переходным» процессом. Мы живем в эволюционирующем, переходном мире. Стационарные состояния кратковременны, поэтому динамика переходных процессов важнее, чем статика. Для иллюстрации можно привести следующий идеализированный пример.

Рассмотрим поведение математического маятника. Маятник гармонично колеблется около некоторого центра притяжения (аттрактора), в котором потенциальная энергия минимальна (самое низкое положение). По формулам можно рассчитать частоту, амплитуду и центр колебаний. Классическую механику больше ничего не интересует. Но посмотрим на явление другими глазами.

Представим, что на маятнике существует адаптивный, саморазвивающийся мир. Условия его существования в разных точках траектории различны. Время пребывания маятника в разных точках траектории также различно. Нижнюю точку устойчивого равновесия (аттрактор) он проходит максимально быстро и значительно дольше задерживается в неустойчивых верхних положениях (левом и правом). Большую часть времени «мир маятника» живет на периферии аттрактора, хотя постоянно находится в зоне его притяжения. Очевидно, «мир» будет адаптироваться не к условиям зоны притяжения, а к условиям неравновесного, более длительного существования, т.е. к зонам максимально удаленным от центра аттрактора.

Если некоторая система функционирует в некоторой экологической нише – аттракторе, то траектории её движение будут существенно более запутаны, чем в примере с маятником. К чему ей придется адаптироваться в первую очередь (лучше ко всем, но есть пределы возможностей). Очевидно, адаптация будет осуществляться к наиболее часто встречающимся и долго действующим факторам.

Синергетика родилась не на пустом месте. Из теории организации, теории систем были позаимствованы понятия «иерархичность», «системность», «обратные связи». Эти понятия до появления синергетики активно разрабатывались в кибернетике и общей теории систем [30]. Кибернетика также изучает процессы самоорганизации уже существующих систем. Термин самоорганизация впервые использовал кибернетик Эшби (1947 г.).

Для того, чтобы организация не распадалась под влиянием внешних воздействий, в ней должны работать процессы самосохранения - гомеостазиса. Гомеостатика является частным случаем самоорганизации. Гомеостатированные объекты не могут эволюционировать, они слишком консервативны. Для эволюции необходимо нарушить гомеостатичность организации, дать ей перейти в другое состояние и закрепить новый гомеостазис. Синергетика изучает механизмы и причины эволюционных переходов.

Возможно, тормозом для развития кибернетики явилась концепция «черного ящика». Кибернетиков не интересовало, что находится внутри «черного ящика». Важно как связаны функции на входе системы с функциями выхода. С позиции такой концепции удалось увидеть общность систем управления в машине и животном [44, 45]. Но дальнейшее развитие стало возможным только при раскрытии содержания «черного ящика». Важно не только, что происходит, но и почему происходит. Именно эту задачу ставит перед собой синергетика.

В диалектике широко использовались понятия «развитие», «скачки», переходы от одного качества к другому. Но эти понятия принимались как факт без объяснения механизмов их осуществления. Дарвин очень успешно для своего времени объяснил механизм развития, который сводился к известной триаде: изменчивость, наследственность, естественный отбор.

Синергетика успешно сконцентрировала своё внимание на раскрытии причин самоорганизации, механизмов развития, но как всегда «за кадром» остаётся философский вопрос, откуда взялись законы развития. Обычно звучит неопределённый ответ: «таково свойство материи». Это свойство материи пытаются свести к информации, к информационной модели будущего, которая в свернутом виде находится в материальном субстрате [185]. Но такая идея очень давно в виде апейрона присутствует в философии Анаксимандра.

В синергетике случайные процессы уже не игнорируются, а считаются важной составляющей развития. Случайность рассматривалась еще в дарвинской теории эволюции. Дарвин считал, что случайные изменения организмов при благоприятных условиях могут наследоваться, что приводит к изменению вида. Дарвинская случайность противоречила лапласовскому детерминизму.

Детерминизм Лапласа предполагал, что знание положения вещей во Вселенной в данный момент автоматически делает известным положение вещей в любой другой момент [Лаплас. Опыт философии теории вероятности]. Но Лаплас уточнял, что знание законов является не точным, а вероятностным. Лапласовская случайность предсказуема (вероятностно), но случайность дарвинской эволюции непредсказуема, следовательно, в синергетике «работает» другая разновидность случайности [224].

Первые шаги в нелинейный Мир сделали математики, которые установили, что одна причина может порождать «букет» следствий. Согласно синергетическим представлениям некоторая система в ходе своего развития (движения) рано или поздно приходит в состояние неустойчивости. В зоне неустойчивости в результате флюктуаций траектория развития системы может резко измениться [220], происходят бифуркации (ветвления). Количество возможных вариантов последующего существования не бесконечно и выбор их часто является случайным. Чем выше нелинейность среды, тем больше возникает альтернатив для выбора движения к новым аттракторам. Под влиянием одинаковых воздействий механические системы могут резко, непредсказуемо менять свое состояние (совершать бифуркации). В главе 5.2 мы покажем, что развитие сложных объектов может протекать без бифуркационных скачков, плавно меняя своё состояние.

Математика открыла особый вид детерминированной случайности. Исследуя достаточно простые системы (для сложных не хватает «мощности» математического аппарата), были открыты механические объекты, поведение которых предсказать трудно на основе изначально заданных параметров.

В 1744 г. Л. Эйлер, используя вариационное исчисление для определения равновесных состояний сжатой колонны, обнаружил бифуркации её состояний (бифуркация – это вилка, расщепление путей развития, изменение состояний). Смысл его эксперимента сводился к следующему.

Если жесткий вертикальный стержень сжимать вдоль вертикальной оси, то при некотором критическом напряжении стержень скачком изогнётся. Направление изгиба (новое состояние) предсказать невозможно. Оно определяется случайными флуктуациями (малыми воздействиями) в момент бифуркации. Так была открыта динамическая случайность в простых механических системах [204].

Следует обратить внимание, что работы Эйлера и Пуанкаре обнаружили явление бифуркаций в механических системах, которые скачком могут менять своё состояние, при этом, не нарушая своей целостности. Колонна Эйлера после снятия напряжения возвращается в исходное состояние. Неделимый объект одновременно может находиться только в одном из возможных состояний, поэтому бифуркации обратимо происходят по схеме «ИЛИ - ИЛИ».

Попытка решения задачи о движении трех массивных тел в поле собственного тяготения привело к странному результату. Находясь в окрестностях некоторого центра тяготения, массы совершают непредсказуемые, неповторяющиеся траектории движения. Таким образом, равновесие системы сводится не к статике, а динамике непредсказуемого движения в некоторой зоне притяжения (такая зона притяжения получила название странного «аттрактор»). В данном примере случайность является свойством самой системы.

Развивая теорию бифуркаций, Пуанкаре А. (1912 г.) создал общую качественную теорию динамических систем. Следуя по пути Пуанкаре и Ляпунова (1857 – 1918 г.г.), Андронов и Понтягин в 1937 г. ввели важное топологическое понятие структурной устойчивости. Француз Р. Том создал основы теории катастроф. Продолжили его работы Арнольд и Зиман. Теория катастроф успешно используется при расчетах механических конструкций и оболочек. Однако, на социобиологические объекты распространить эту теорию затруднительно [204].

Итак, в научное мышление вошли понятия бифуркация, зона притяжения (аттрактор), динамический хаос, катастрофы.

Впечатление от этой новизны было так велико, что наложило отпечаток на образ мысли ряда ученых. Часто эти понятия без изменений транслировались на свойства сложных систем. Ниже этому вопросу будет уделено особое внимание. Очень интересно, что желание экспансии своих идей очень велико, поэтому и в прошлом и в настоящем эта тенденция четко отслеживается историками науки. Классическая термодинамика (энтропия) неоправданно распространялась «на весь мир». Современная синергетика также пытается механизмы самоорганизации, полученные на очень простых объектах, распространить на социальные системы.

Изображение мира, ранее четкое, и простое, размылось, стало похожим на отражение в шероховатом, волнистом, кривом зеркале. Стало ясно, что прошлая четкость была следствием сильного абстрагирования, упрощения, нежелания видеть за прямыми линиями извилистость (фрактальность). Такой прямолинейный мир описывается декартовой системой координат, в которой оси бесконечные, равномерные и прямые. Такое видение Мира нашло отражение в стиле живописи, называемом кубизм, где контуры объектов вырисовываются прямыми или ломаными линиями. Всем ясно, что, если в наличие имеются только крупные фрагменты мозаики, то мозаичное панно получиться очень грубым, приближенным, иногда неузнаваемым. Если элементы мозаики мелкие, то изображение более подробное, четкое, и информационное содержание его велико. Постнеклассическая наука «рисует картину» мелкими штрихами. Чем меньше размеры мозаики, тем точнее можно изобразить действительность.

Избыток информации обработать очень трудно, поэтому информацию «ужимают» (переходят на более крупные мозаичные блоки). Например, в статистике, статистической физике используют средние величины. Но при усреднении может быть потеряна ценная информация. Известна шутка, что согласно статистике в больницах у пациентов средняя температура нормальная. В синергетике также прибегают к сжатию информации (свертыванию сложности). Было обнаружено, что развитие системы не в равной значимости зависит от начальных заданных параметров. Некоторыми параметрами можно пренебречь, но есть главные, значимые для развития системы параметры, которые назвали параметрами порядка. Задача исследования сводится к обнаружению параметров порядка [102]. Следует вспомнить системный анализ, где также «сворачивают» сложность исследуемых объектов до приемлемого уровня.

От точности метода и точности измерительного инструмента зависят результаты исследования. От степени детализации картина мира изменилась, стали прорисовываться причины саморазвития. Приведем наглядный пример.

При измерении длины береговой линии острова наблюдатель обнаружит, что длина растет по мере повышения точности измерения. Если повышать точность измерительного инструмента в ряду: метр, сантиметр, миллиметр, микрон, ангстрем и т.д., то длина береговой линии будет стремиться к бесконечности. Уход от научного «кубизма» привел к открытию нелинейности мира, развитию нелинейного мышления.

Теория колебаний со своим нелинейным мышлением (Л.И. Мандельштам) стала прототипом для синергетики. В 30 г.г. Мандельштам сформулировал проблему нелинейной культуры, выработку нелинейной интуиции. Нелинейность поведения системы можно рассматривать как отклик не пропорциональный силе воздействия. Например, можно простудиться на легком сквозняке, но пережить ледяную ванную. Прочность волокна очень велика при растяжении вдоль оси волокна и очень мала в поперечном направлении. Сопротивление движению тела в жидкости возрастает не пропорционально скорости движения Нелинейность - это различная чувствительность к разным параметрам воздействия, например, явление резонанса, удар в чувствительную точку, аллергия.

В восточном мировидении давно присутствует понимание нелинейной связи между причиной и следствием, между действием и результатом. Малым, но правильным усилием можно, фигурально выражаясь, «сдвинуть гору», построить сложную организацию [101].

Совершенно однородная среда при перестройке структуры может увеличивать свою нелинейность. Можно представить себе плац, по которому свободно, хаотично перемещаются группы солдат. При такой ситуации проехать на автомобиле через толпу нельзя. Но если по команде «становись» солдаты сгруппировались по ротам, между ротами образуется свободное пространство, по которому можно проехать. Структуризация среды создала нелинейность и возможности, которых ранее не было. Нелинейность проявляется в полупроводниковых материалах, пропускающих электрический ток в одном направлении и не проводящих в другом. Сложилась точка зрения, что весь мир нелинейный. Линейность является сильным огрублением действительности, сильным упрощением. Линейные уравнения просты и имеют однозначные решения, поэтому желание просто объяснить мир толкало исследователей на путь линейного мышления.

Среды и системы могут быть разной степени нелинейности. Начиная с некоторой нелинейности, проявляются эффекты самоорганизации [34, 101]. Простейшие образования мира, простейшие структуры возникают спонтанно, как неустойчивости, в результате разрастания и усиления флуктуаций. Примером может служить костер, который выгорает из средины, и численные эксперименты с горючими средами, показавшие самопроизвольное обострение горения в некоторых зонах, возникновение и распад структур [101]. Разным нелинейностям соответствуют разные типы структур. Мир предстает в таком случае как иерархия сред, которые обладают разными свойствами (разными значениями констант, разными типами диссипативных процессов, разными нелинейностями).

Для поддержания процессов самоорганизации необходимы обратные связи. Такие процессы были описаны еще в «Тектологии» А. Богданова [30], и далее развиты в Общей теории систем (ОТС) Л. фон Берталанфи [25]. На механизмах обратных связей основывалась и кибернетика. Все кибернетические и электронные устройства, генерирующие колебания, имеют положительные обратные связи. Таким образом, синергетика - это синтетическая наука, объединяющая редукционизм и холизм, реализующая свои возможности в результате конвергенции многих предшествующих наук. Синергетика Хакена имеет своей предтечей синергетику физиолога Шеррингтона (согласование действий сгибательных и разгибательных мышц).

Синергетика и нелинейное мышление возникли в естественных науках, но её приложения полезны для социальных процессов, например, экономических. Нелинейное мышление становится отличительной чертой человеческой истории. История переходит от описательной фазы к сослагательному наклонению. Ход истории оценивается в плане альтернативных сценариев [53, 132].

В.Г. Буданов [35] описывает шесть составляющих синергетики: гомеостатичность, иерархичность, открытость, нелинейность, неустойчивость, динамическая иерархичность.

От Востока синергетика восприняла и развивает идею целостности (все во всем), идею цикличности, идею общего закона, единого пути, которому следует Мир в целом. От Запада она взяла позитивные стороны традиционного анализа: опору на эксперимент, общую значимость научных выводов, их транслируемость от одной научной школы к другой, от науки - к обществу.

Синергетика сглаживает грани между естествознанием и обществоведением. В естествознании присутствие наблюдателя считается помехой для эксперимента. В постнеклассической науке любая естественнонаучная модель, игнорирующая факт присутствия человека, трактуется как недостоверная [63]. В главе 1 мы обсуждали важность учёта присутствия субъекта на интерпретацию научных выводов.

Но как всякая наука синергетика является лишь моделью, следовательно, в ней есть фрагменты ясно очерченные, но есть и нечеткие, размытые представления. «Размытость» носит часто субъективный характер.

Поскольку здание синергетики строится специалистами (профессионалами) разных областей знаний, избежать взаимного непонимания трудно. Фундамент синергетики заложили математики. У гуманитариев доверие к математике таково, что они все выводы принимают за абсолют, т.к. проверить их не могут. Математики могут не знать многих вариантов неупрощенной реальности и распространять свои выводы на класс явлений, который не поддаётся математической формализации.

Ярким примером очень стойкого мифа (чрезмерное расширение понятий) является следствие из второго закона термодинамики (закон возрастания энтропии) и святая вера, что понятие «энтропия», как мера хаоса, может применяться для любых биологических и социальных систем. Есть еще одна стойкая вера, что «в изолированных системах самоорганизация реализоваться не может» [185]. Критический анализ понятия энтропия проводится в разделе 2.2.

Синергетика создала мощный эвристический потенциал, но её выводы для сложных (биологических, социальных, космических) систем применять следует с осторожностью. Покажем, в чем состоит различие бифуркаций, протекающих в простых системах, от бифуркаций сложных объектов. Неделимый шар с вершины горы может скатиться или в одну или в другую сторону (ИЛИ – ИЛИ). Но лужа воды может стекать одновременно и в одну и в другую сторону (бифуркация по схеме «И – И»).

В качестве примера бифуркаций часто приводится образ витязя на распутье (по картине Васнецова) [34]. Человек стоит перед дилеммой, какой избрать дальнейший путь. Это пример развилки (бифуркации) для неделимого объекта по схеме «ИЛИ - ИЛИ». Но на развилке может находиться группа витязей, которая пойдет в разведку по всем возможным путям. В данном случае первоначальная система распадется на части и каждая часть может выбрать дальнейший, самостоятельный путь. Путей может быть не два (бифуркация), а сколько угодно («полифуркация»).

Выбор пути может детерминироваться историей, генетической памятью. Витязи могут иметь предпочтение, иметь желания, быть усталыми, голодными, сильными или больными и т.п. Выбор определяется памятью системы, а не только случайными флуктуациями. Кроме того, в данном примере пути дальнейшего развития (дороги) уже существовали до момента их выбора. Однако можно представить ситуацию, когда витязи, заблудившись в лесу, вынуждены прорубать себе просеки, т.е. самостоятельно создавать варианты дорог.

В сплошных средах, изменение одних структур изменяет окружающую среду (элементы сами являются частью среды), поэтому бифуркации представляют собой совместный процесс трансформации среды вместе с окружением. Новые возможности порождают новые технологии выживания. Природное равновесие активно нарушается обществом, и общество взаимно к нему приспосабливается.

Взрыв некоторой звезды можно отнести к бифуркации типа «ИЛИ – ИЛИ» с разрушением структуры, т.к. путь звезды прекратился и возник путь пылевой туманности. Из пылевой туманности в определённой последовательности появляются и звезды, и планеты, и астероиды (И-И). Как видно, вариантов поведения сложных, делимых систем намного больше, чем неделимых, механических. Полифуркации могут происходить не в один момент, как разлет дроби из ружья, но быть развернутыми во времени, как стрельба пулями из автомата.

Можно привести еще один аргумент, опровергающий исключительность бифуркационного механизма эволюции по схеме «ИЛИ - ИЛИ». Бифуркации по схеме «ИЛИ - ИЛИ», имеют возможность выбрать путь, ведущий в эволюционный тупик, лишающий возможности дальнейшего развития. Если выбор оказался не тупиковым, то в следующую бифуркацию система опять подвергается отбору (тупик - не тупик). На длинном разветвленном пути вероятность замкнуться в тупике возрастает в геометрической прогрессии. Такой механизм должен привести к вырождению эволюции. Аналогом может послужить система отбора футбольных команд в чемпионате мира. Команды, проигравшие в полуфинале, выбывают навсегда. В итоге остаётся одна команда победитель. Но при этом игры прекращаются.

Итак, полифуркации по схеме И - И более распространены в природе, чем бифуркации ИЛИ – ИЛИ.

2.1. Хаос, порядок, сложность.

Синергетика представлена мнениями очень большого количества ученых из разных областей знаний. «Центральной проблемой синергетики являются механизмы самоорганизации. Принято считать, что в изолированных системах развитие направлено к хаосу, к росту энтропии, а в открытых системах идет усложнение» [34]. Отправной точкой для такого мнения явилась работа И. Пригожина «Порядок из хаоса» [178]. Приведенная цитата является некоторым штампом, многократно повторяющимся в литературе. Прежде чем начать дискуссию о корректности такого утверждения следует определиться в смысле терминов. Что есть хаос? И что такое порядок? Неясным остаётся также понятие «сложность».

«В мифах Древней Греции и в учениях античных мудрецов хаос рассматривается не просто как безликая бездна, бесформенное первоначало всех мирских творений, а как универсальный творческий принцип, потенциально, в свернутом виде содержащий в себе все образцы (формы) становления. Хаос все раскрывает и все развертывает, всему дает возможность выйти наружу, но в то же самое время он все поглощает, нивелирует, прячет вовнутрь» [101]. Можно отметить, что субъективная оценка хаоса, выраженная на естественном языке, звучит как нечто непознаваемое, непонятное, безликое, бесформенное, небытие, мировой субстрат. Хаотические явления ассоциируются со случайностью, непредсказуемостью. Налицо противоречие. Хаос есть бесформенное состояние, но из него появляется много оформленных вещей (опять галлюцинации).

Это противоречие может быть разрешено, если в нем выделить объективную и субъективную составляющие. В очень темной комнате ничего не видно, но из этого не следует, что там пусто. Когда из такой комнаты выбегает чёрная кошка, это не означает, что она возникла из темноты. Очень сложная структура не воспринимается сознанием (не моделируется силами мозга). Противоречие разрешается следующим образом. Очень сложный порядок в сознании ощущается как хаос. Слишком большая сложность – это темнота для сознания.

По мере развития методик и углубления исследования в хаосе можно увидеть ранее не замечаемую структуру, т.е. хаос представляет собой очень сложную, не сразу постигаемую умом структуру. Например, Э. Лоренц в 1963 г. дал в виде дифференциальных уравнений структуру глобальных метеорологических явлений, которые ранее считались хаотическими. Известная функция распределения молекул по скоростям, выведенная Максвеллом [165], свидетельствует, что движения молекул газа не представляют собой полный хаос, а имеют определенный порядок в распределении молекул по скоростям движения. При определённой температуре можно рассчитать, сколько будет молекул «холодных», сколько «горячих» и сколько «тёплых». Несмотря на свободу «воли» передвижения, молекулы в газе строго ранжированы по кинетическим энергиям. Это ли не пример структуры хаоса, но увидеть её можно только с помощью специальных экспериментов.

Очевидно, понятие хаос с древних времен остаётся субъективным. Что для одного наблюдателя есть хаос, для другого - порядок. Один слушатель симфонического оркестра воспринимает гармонию и упорядоченность музыки. Другой всё то же самое воспринимает как шум (беспорядок).

По мере того, как сознание находит способы моделирования очень сложных, запутанных ситуаций, в хаосе начинают обнаруживать некоторую упорядоченность. Например, теория вероятности описывает широкий круг явлений, где фигурируют случайности. Таково бросание игральной «кости» (кубик, грани которого помечены числами). Точно предсказать появление желаемого числа невозможно, но можно предсказать частоту появления этого события. При многократных бросках вероятность появления числа составит 1/6. Чем больше число бросков, тем точнее выявляется вероятность 1/6. Очевидно, явления связанные с понятием вероятность, не самые хаотичные. Они обладают инвариантом, т. е. устойчивостью частот. Теория вероятности «увидела» в случайном событии некоторую закономерность.

Однако при экспериментировании с бросанием кубика одно событие происходить с вероятностью равной единице, которое почему - то не замечают. Это событие является фактом падания кости на стол. Если не произойдет падения, то обсуждать «на какую сторону кубика» не имеет смысла. Как видно на фоне случайностей всегда можно обнаружить детерминированные события. Динамическая случайность в опытах с колонной Эйлера всегда сопровождалась фактом бифуркации. Бифуркация протекает как детерминированное событие, а вот направление бифуркации случайное.

Бифуркации часто приводятся как пример случайного развития. Но такая случайность все же предполагает существование детерминированного поля возможностей. Шар, находящийся на вершине пирамиды, имеет возможность скатиться в любую из четырех сторон, но не взлететь вверх. Предсказать точно направление падения нельзя. Это пример бифуркации по схеме «или – или». Возможностей всего четыре, но не больше.

Множество систем совершают множество бифуркаций. Естественный отбор отбраковывает неудачные бифуркации. Таким образом, случайные действия превращаются в целенаправленные. (Цель есть движение в аттрактор). Следует обратить внимание, что приведенное рассуждение не отражает характера эволюции живого по Дарвину. В эволюции есть множество дополнительных факторов, таких, как диффузия генов в популяции, не случайность выбора путей эволюции, предпочтительный выбор и др.

В биологии долго господствовала парадигма случайности мутаций. Но, что есть случайность, умалчивалось. Если число испытаний конечно, можно подсчитать частоту заданного события, но оно не всегда носит вероятностный характер. Одни мутации происходят с определенной частотой, третьи фиксируются редко, другие – с переменой частотой (мода на мутации), четвертые – никогда. Биологи моду на мутации описывают, как резкое повышение вероятности, а «грязные» опыты игнорируют.

Случайность и вероятность - это не одно и то же. Случайность имеет форму или гауссовского, или гиперболического распределения. Распределение является гиперболическими для организмов по родам, слов по частоте употребления в тексте, налогоплательщиков по размерам облагаемого налога. Здесь нет средних величин, и точность измерения нельзя повысит количеством измерений, т.е. нет гауссовской дисперсии. Но инвариантом является устойчивое распределение неустойчивых частот [224].

Однородные, гомогенные системы относительно просты для математического описания, поэтому они часто используются для демонстрации достижений синергетики. Например, в однородной среде с нелинейными свойствами (масло) при нагреве осуществляются хаотические конвективные движения, но затем хаотическое движение упорядочивается, возникают потоки в форме правильных шестигранников (ячейки Бернара).

Вычислительные эксперименты Курдюмова С.П., моделирующие горение однородных, нелинейных сред, открыли процессы самоорганизации, возникновения структур горения с множеством максимумов. Горение становилось очень неравномерным. Появлялись зоны, где горение резко усиливалось. Через определенное время, возникшие структуры, распадались. Диссипация (рассеивание) аттракторов проходила не случайным образом, а по определенным каналам, т.е. диссипативные процессы также были структурированными [101]. Иногда диссипативные процессы отождествляют с хаосом, но диссипация не всегда является хаосом, она может осуществляться по организованным каналам, например, выделение отходов в живых организмах, организация вывоза отходов на свалку, связи между подсистемами организации и т.п.

Хаотическая диффузия может наблюдаться только в однородных простейших средах. Но даже диффузия тепла вдоль металлического стержня не хаотична. Она предпочтительно распространяется вдоль стержня. Большинство диссипативных процессов структурированы. Логистика (наука о рациональном управлении потоками вещества) своей целью имеет организацию сырьевых и товарных потоков в обществе [194], т.е. создание управляемой диссипации.

Принято считать, что диссипативные процессы необратимы [186]. В живых объектах жизненный цикл необратим. Старик еще никогда не стал младенцем. Сгоревший костер не вернулся в состояние дров. Но в простейших молекулярных системах можно обнаружить обратимость процессов. Равновесие вода – лед может нарушаться в сторону воды или в сторону льда. Если диффузия тепла из окружающей среды превышает отток тепла, то лед растает, останется только жидкая вода. Но если тепло «уходит» в окружающую среду, то вода замерзнет. Меняя характер диффузионных потоков, процессом можно управлять. Развитие Вселенной по модели Большого взрыва называют эволюцией. При расширении и охлаждении Вселенной плазма переходит в газ, газ конденсируется в жидкость и т.д. Обращение этих процессов возможно, если Вселенная начнет сжиматься.

Для устранения терминологической неопределенности следует в определение эволюции внести дополнение: «Обратимые процессы не следует относить к эволюционным процессам. Только необратимые процессы представляют собой эволюцию». Таким образом, в природе встречаются процессы как обратимые, так и необратимые. Эволюция может быть представлена как не уверенная поступь в будущее. Два шага вперед затем шаг назад (циклоида). Цикл синтеза сменяется циклом распада. В совокупности преобладает синтез.

В работе И. Пригожина «Порядок из хаоса» не даётся чёткого определения, что есть порядок и что есть хаос [178]. Например, ламинарный поток жидкости Пригожин определяет, как хаос, ибо невозможно описать движение каждой отдельной молекулы. Когда же при увеличении скорости потока самопроизвольно возникают турбулентные вихри, он оценивает это событие, как упорядоченность в ходе самоорганизации. В ламинарном потоке траектории движения каждой молекулы человеческий ум отследить не может, поэтому представляет как хаос. Но появление крупных завихрений потока вполне воспринимаемо человеком. Это явление уже оценивается как возникновение организованности, то есть порядка. Однако в турбулентном потоке жидкости хаотическая составляющая не исчезла, на фоне видимых вихрей молекулы продолжают непредсказуемо перемещаться [237].Но сознание отфильтровывает «избыток информации» и оперирует с той частью, какую способно «воспринять». Отфильтровывая движения каждой отдельной молекулы, сознание упрощает образ системы, оставляет только макропроцессы. Получается, что порядок - это всего лишь умопостигаемая часть объекта. Пригожин в турбулентном потоке видит только макро образования и игнорирует молекулярный хаос. Таким образом, осмысление означает вычленение системы из хаоса. Система представляет образ значимых для наблюдателя связей на фоне хаоса. Сознание устраняет из модели «лишние» связи (не видит их), но реально они остаются в объекте.

Покажем примером, что хаос содержит информации больше, чем порядок. На антенну радиоприемника поступают сигналы от сотен радиостанций. В результате наложения колебаний радиоволн получается информационный шум (хаос). Резонансный фильтр приемника способен выделить из шума полезный сигнал. В итоге, мы слушаем одну радиопередачу. Перестраивая приемник, можно услышать много полезных радиопередач. Получается, что хаос - это сумма полезной информации, не воспринимаемая в совокупности. Можно не перестраивать радиоприемник, а для исключения субъективности вести прием одновременно на сотни радиоприемников, тогда каждый слушатель подтвердит, что он принимал полезную информацию. Можно сделать вывод, что мнение о характере протекания процесса (порядок или хаос) зависит от способа и цели наблюдения. Итак, хаос – это непостигаемое для субъекта количество информации, информационный шум. Порядок есть ограниченное, поэтому умопостигаемое количество информации.

Хаос не может быть статичным, т.к. статика человеком воспринимается легко. Есть время её исследовать и осмыслить. Хаос динамичен. Если структура существует кратковременно, и её не успевают заметить и изучить, то такие объекты отсутствуют для восприятия. Шаровая молния ускользает от научного исследования, т.к. непредсказуемо появляется в неожиданном месте. Аналогичная картина складывается с НЛО. Вакуум долго казался пустотой, потому, что не удавалось увидеть его структуру [108]. В наше время открыты «виртуальные» структуры вакуума. Из хаоса на мгновение появляется частица и успевает исчезнуть в хаос прежде, чем сознание успевает её зафиксировать, «разглядеть», изучить.

Детерминация хаоса означает выявление в нем неслучайного, инвариантного. Поэтому, когда из псевдохаотических процессов «кристаллизуется» нечто простое, понятное сознанию, то принято говорить, что порядок родился из хаоса. В реальности из сверхсложного (непонятного) порядка родился более простой (понятный) порядок. Мы опять встретились с галлюцинацией, когда модель в сознании принимается за реальность бытия. Аналогично в средние века считали, что Солнце «ходит» вокруг Земли.

Хаос и случайность не всегда тождественны. Случайности бывают разные. Это непонятая закономерность (Дарвин), неустойчивость движения (игральные кости), относительность знания, скрещение несогласованных путей (мутации), предпочтительный выбор [224].

Механицизм толковал случайность, как пересечение незримых закономерностей. Случайность трактовалась как непонятая закономерность из-за недостатка знаний механики. Статистический взгляд внес инвариант - понятие устойчивости частот.

Разновидностью случайного события является предпочтительный выбор. Можно, бросая кости, с первого раза попасть на шестерку, но можно волевым способом поставить шестерку. Выбор осуществляется в поле разумного предпочтения, а случай выпадает в поле реальных возможностей. Выбор человеческих поступков обычно зависит не от случая, а от морали, поэтому теория вероятности не может предсказать решение в деяниях социума. Известная задача с Буридановым ослом не имеет логического решения только потому, что логика не учитывает решений, основанных на предпочтении. Осел, находясь между двумя совершенно одинаковыми копнами сена и на равном расстоянии от них, выберет не логичный, а предпочтительный вариант. Пойдет к той копне, которая ему больше подходит.

В 1900 г. Э. Цермело создал теорию игр. На фоне случайности каждый игрок может действовать так, чтобы гарантировать себе возможность выигрыша в наихудшей ситуации. Создается стратегия игры. Но реальные игроки часто действуют не по правилам, а исходя из эмоций. Результат игры становится следствием свободного выбора [224]. Итак, во всех видах случайного выбора присутствуют инварианты (закономерности).

Художественный образ бифуркации часто представляется как случайный выбор человека на распутье, на развилке дороги. Однако выбор человеком дальнейшего пути всегда окрашен предпочтением. Даже когда все дороги кажутся одинаковыми, поворот направо или налево зависит от предпочтения, от асимметрии человеческого тела, от предыдущих навыков и т.п. Выбирая род деятельности, человек принимает во внимание не только заработную плату, но и свои навыки, умение. Решения, принимаемые разными людьми, ввиду разных предпочтений, могут быть очень разнообразными, и в этом проявляется случайность поведения человека с точки зрения стороннего наблюдателя. Для конкретного человека его собственный выбор не случаен, а определяется наличием памяти (опыта).

Чем шире спектр возможных состояний системы, чем больше у неё степеней свободы движения, тем хаотичнее она воспринимается. Спектры жидкостей всегда более разнообразны, чем спектры твердых тел, т.к. молекулы жидкостей менее ограничены в своём поведении. Группы молекул образуют структурные ансамбли, которые тут же распадаются, чтобы возникнуть снова. Отдельная молекула в сильно разреженном газе может двигаться в любом направлении и на любые расстояния. При попадании в гущу других молекул её возможности поведения резко сокращаются. Соседи начинают мешать, ограничивать свободу перемещения.

Включение элемента в систему всегда сокращает степени свободы, но возникают и новые системные связи (глава 3). Человек на предприятии не может делать то, что хочет, а должен делать, что нужно. Сокращается спектр возможностей. Подтверждается парадоксальный вывод, что переход от хаоса к порядку представляет не рост сложности структуры, а упрощение через упорядочение, сокращение количества атрибутивной информации (об этом свидетельствует более простой спектр). Чтобы получить упорядоченную скульптуру, от глыбы мрамора отсекают лишнее. Чтобы воспринять радиопередачу, надо отсечь из сигнала все остальное. Поэтому эволюционное развитие от простого к сложному объекту, строится путем вырезания лишнего, свертывания избыточных степеней свободы [78, 110]. Этот парадоксальный вывод нуждается в пояснении, ибо противоречит всем известным толкованиям.

Когда из материального (еще не познанного) субстрата в ходе эволюции появились умопостигаемые атомы (100 типов), то это в научном сознании отразилось, как возникновение порядка (также как вихри на фоне воды у И. Пригожина). Принято считать, что все однотипные атомы идентичны. Но их общее количество и разнообразие движений неисчислимо. Качественно атомарный уровень упорядочен сознанием, но количественно остаётся хаотическим.

После заполнения атомарного уровня в сознании начали заполняться уровни: молекулярный, клеточный, организменный и т.д. На каждом последующем уровне возрастало разнообразие новых элементов и новых связей, и этот факт субъективно оценивался как возрастание сложности, хотя при этом количество «старых» связей и элементов резко сокращалось. Поскольку все новое есть результат агрегации субстрата, то количество субстратных связей и элементов уменьшалось, но их первоначальное количество столь избыточно, что субстрат для сознания до сих пор остаётся хаосом.

Следует помнить, что «упорядоченные», по сути, более простые структуры, погружены в свой первородный, более сложный «хаотический» субстрат и неотделимы от него. Аналогично кристаллический, упорядоченный айсберг (твердая вода) погружен в хаотическую воду. Образ ледяной глыбы сознание отделяет от жидкой воды. Графический образ сказанного для некоторого организма приводится на рис. 2.1.1.

Организм

ПОРЯДОК

Органы 10²

Клетки

ХАОС

Молекулы 10¹⁰⁰ штук

Атомы 10¹⁰⁰⁰штук

Рис. 2.1.1. «Многоэтажная» архитектоника организма.

«Фундамент» оценивается как хаос, а «крыша» как порядок. Итак, эволюция развивается в направлении сокращения количества первичных элементов и связей, «свертывания» (комбинирования) их в агрегаты новых элементов и новых связей. Каждая новая связь образуется из множества «старых», поэтому, если оценивать сложность по количеству связей в агрегате, то эволюция есть упрощение, развитие от сложного порядка (хаоса) к простому порядку. Порядок второго уровня рождается из порядка первого уровня.

Аналогичные идеи высказывал Д. Бом. «Я бы сказал, что не существует беспорядка, но этот хаос - это порядок бесконечно сложной природы». Классифицируя структуры мира, сознание идентифицирует только верхушки «айсбергов», отсекая от образа весь фундамент. Если айсбергов мало, то их можно изучить, понять, упорядочить. Однако когда на каждом иерархическом уровне возникает очень много разнообразных структур - агрегатов (когда возникают торосы), тогда они воспринимаются как сложность (хаос).

Сознание неспособно моделировать избыточное множество. Избыток информации равносилен недостатку информации. В обоих случаях модель не получается и оценивается как хаос. В связи с этим биосфера и биосферные процессы еще очень слабо изучены. При избытке информации, чтобы построить модель, приходиться укрупнять структуры [212]. Поэтому Пригоржин рассматривал только вихрь на фоне жидкости, или организм как целое на фоне атомарно-молекулярного субстрата.

Аналогичную мысль можно увидеть в работе [101], где сообщается, что процесс образования структур сопровождается ростом нелинейности среды. При очень сильной нелинейности вообще отсутствует спектр аттракторов, сложность вымирает. «Сложная система сама себя стабилизирует. Она идет в процессе развития к некоторому почти однородному состоянию, к единству и гармонии объединяющихся в ней частей, как, собственно, и полагали восточные мудрецы.

Картина становления и развития сложной системы выглядит, таким образом, будто система родилась из некоей прасреды, как нарушение однородности этой среды, как одна из возможных ее структур, а затем, на другом иерархическом уровне организации, эти возникающие структуры начинают соединяться в более крупные и однородные образования, в единое целое. Сложная система в процессе своего развития как бы строит новую непрерывную среду, в которой колебания весьма невелики по отношению к некоему среднему состоянию, стабильно растущему в режиме с обострением» [101]. Эта цитата согласуется с утверждением, что эволюция – это процесс понижения сложности.

Однако выводы [101] исходят из экспериментов над простыми нелинейными средами. Для сверхсложных систем такой вывод может претерпеть изменение. Вызывает сомнение слишком обобщенное утверждение, основанное на простых экспериментах: «В сложноорганизованных нелинейных системах колебания становятся более частыми, а их амплитуда уменьшается». Если рассмотреть эволюцию биосферы за 4 млрд. лет, то скачек к разуму, появление человечества (0,5 млн. лет назад) нельзя отнести к малым колебаниям. Рождение техносферы (3 т. лет) также резкое явление. Очевидно, что сверхсложные системы могут иметь механизмы эволюции отличные от простых систем. Закономерности найденные в работе [101] не являются единственными.

На рис. 2.1.2. графически изображена динамика изменения состава системных связей в ходе эволюции и их субъективные оценки. Любое множество первичных или вторичных связей ощущается как сложность, хаос.

Порядок и хаос не альтернативы, а одновременное состояние одной и той же системы, как две стороны одной медали. В отличие от медали между хаосом и порядком много промежуточных состояний (мезосостояний). Можно усиливать порядок или хаос, но нельзя избавиться от триединства хаос - мезосостояние – порядок.

Text Box: Количество связей

1 ХАОС

2 ПОРЯДОК

Э В О Л Ю Ц И Я.

Рис. 2.1.2. Эволюционная динамика объективного изменения количества связей и субъективного восприятия сознанием. 1. – изменение количества субстратных связей. 2 – возрастание количества и разнообразия новых, агрегатных связей.

В простых гомогенных (однородных, однофазных) системах упорядоченные и хаотические движения совершаются одинаковыми элементами одновременно и слитно. Поток воды и вихри в нем всё есть движение воды. В монокристаллах атомы совершают колебания около узла кристаллической ячейки с амплитудой, зависящей от температуры и свойств атома. Атом в разные моменты времени находится на разных расстояниях от точки равновесия. Часть времени он располагается вблизи узла кристаллической решетки (порядок), а часть времени «гуляет» в её окрестностях (хаос). Поэтому нельзя отделить порядок от хаоса, если имеем дело с гомогенными системами. Это разделение происходит только в сознании наблюдателя (галлюцинация) для удобства моделирования.

Однако существует широкий класс гетерогенных, многофазных систем, математическое описание которых пока невозможно. В таких системах зоны разной степени упорядоченности находятся в разных частях пространства. Количество таких систем огромно. Горные породы являются гетерогенной смесью минералов. К числу подобных систем относятся композиции полимеров, керамика, сталь, сплавы, многослойные конструкции, организмы, клетки, социумы, биосфера, космические объекты.

Любая система по определению должна быть гетерогенной и поэтому нелинейной. Если в ней выделяются элементы, то они должны иметь границы. Гомогенная среда однородна по химическому составу, но она может быть структурирована в виде потоков вещества. Например, вода является гомогенной средой, однако на поверхности могут быть волны, вихревые потоки. Водопад, например, может служить примером устойчивой потоковой структуры [30].

Гетерогенность среды может определяться не только химическим составом элементов, но и фазовым составом. Кристаллический лёд (вода) может находиться в равновесии с жидкой водой (двухфазная система). В этом случае хаос воды независим от порядка льда. Такая же картина просматривается в аморфно - кристаллических полимерах [52].

Итак, для настоящей работы важен вывод, что порядок и хаос есть системное единство, как свет не отделим от тьмы. Отсутствие фотонов – тьма. Присутствие фотонов – свет разной интенсивности. Отсутствие познаваемого порядка является хаосом. Появление познаваемых (упорядоченных) структур оценивается как порядок разного уровня.

Но если система гетерогенная и состоит из смеси аморфного и кристаллического вещества, то хаотическая и упорядоченные фазы могут жить своей жизнью, не переходя друг в друга. Порядок в политике может сочетаться с беспорядком в экономике. Атом общества, человек, может находиться практически во всех социальных подсистемах одновременно и последовательно. В одно время он может состоять в составе семьи, рабочем коллективе, политической партии и т.п. Группировки людей более гетерогенны. Они взаимодействуют, но не смешиваются. Представление общества в виде гетерогенных социальных систем ещё не нашло своего разработчика. Но даже простое сопоставление вызывает сомнение в возможности формального переноса идей синергетики простых систем на очень сложные, гетерогенные системы.

Представленное выше, позволяет рассмотреть поэзию как средство системного упрощения словосочетаний. Поэзия есть форма выражения мысли, более ограниченная правилами, чем проза. Её простота оценочно воспринимается как художественная ценность. В ней есть ритм, как в музыке. В поэзии способов выражений мыслей меньше, чем в прозе, поэтому рифму предсказать легко. Поэзия проще прозы, т.к. более упорядочена.

Идеи сложности прасреды высказывалась Лейбницем (монады), Анаксимандром (апейрон). Не отошли от неё и современные исследователи [101]. «Во-первых, небытие, или прасреда, представляет собой вневременную свертку всех будущих и всех бывших формообразований мира. Но в небытии все это содержится в невыявленной форме. Природа строит на своем теле то, что соответствует её внутренним тенденциям самоорганизации. Мы «обречены» на такое настоящее, ибо оно определено прошлым и строится в соответствии с проектами будущего. (Хайддегер) [101]. Эти высказывания не противоречат той модели хаоса, которая приведена выше и свидетельствует о скрытом порядке хаоса.

Как можно представить структуру в потенции? Если есть алгоритм строительства дома, и он строго осуществляется, то в итоге после его исполнения возникнет структура - дом. Алгоритм (проект) есть виртуальный дом, дом в потенции. На вопрос, что такое борщ, можно рассказать о способе его приготовления (алгоритм), исполнение которого даст ответ на поставленный вопрос.

В хаосе содержится все необходимое для строительства, имеется набор неупорядоченных материалов. Нужен только созидающий алгоритм. Как появляются алгоритмы эволюции, и существуют ли они? Настоящее исследование делает попытку осветить этот вопрос. Завершение темы невозможно без развенчания мифа об энтропии – воплощении хаоса.

Выводы.

1. Порядок и хаос являются понятиями субъективными и пока не имеют количественного выражения. Порядок и хаос это не альтернативы, а одновременное состояние одной и той же системы, как две стороны одной медали.

2. Порядок – это умопостигаемое состояние, ограниченное разнообразие, привязанное к целям наблюдателя.

3. Хаос есть непостигаемое умом состояние системы, непознанный порядок. В хаосе содержится информации больше чем в порядке. Слишком большая сложность является темнотой для сознания.

4. В хаосе содержится все необходимое для строительства, имеется набор материалов. Нужен только созидающий алгоритм.

5. Развитие от хаоса к порядку не увеличивает сложность. Растёт субъективная наблюдаемость, и свертывается избыточная сложность. Из сверхсложного (непонятного) порядка – хаоса, рождается более простой (понятный) порядок (эта тема развивается в главе 5.5).

6. Что - либо осмыслить – значит вычленить систему из хаоса.

2.2. Энтропия.

Впервые понятие «энтропия» эмпирически было выведено Клаузисом в 1865 г. Эта функция вида S=Q/T (Q - теплота, Т- температура) трактуется как часть внутренней энергии системы, которая не может быть переведена в работу. Л. Больцман (1872 г.) для идеального газа теоретически вывел выражение энтропии S = K lnW, где К – константа; W – термодинамическая вероятность (количество перестановок молекул газа, не влияющее на макро состояние системы) [116]. Для многих гуманитариев приведенные формулы ни о чем не говорят. Они обращают внимание только на выводы, в которых энтропия Больцмана трактуется как мера беспорядка, мера хаоса системы. А.А. Петрушенко справедливо отмечает, что энтропия – функция «привязанная» к поведению простых атомарно-молекулярных систем «Энтропия проявляется в разных формах, а термодинамическая форма энтропии является лишь частным случаем» [169].

Если нет критериев хаоса для сложных систем, то невозможно говорить о росте или уменьшении беспорядка. Энтропия может выражать беспорядок только простых систем. Для сложных систем еще предстоит найти способ, характеризующий порядок – беспорядок. Сложные системы многоплановые. Беспорядок в одних функциях может компенсироваться порядком в других. Ученый может быть очень упорядочен в своих умозаключениях, но быть совершенно беспомощным в бытовых вопросах. Философ способен гносеологически организовать мир, но не умеет починить водопроводный кран.

Прежде чем продолжить анализ следует обратить внимание, что Больцман упростил Мир до предела, представив его идеальным газом, не учитывая того, что все молекулы обладают своей внутренней структурой, взаимодействуют друг с другом, находятся в поле тяжести, совершают колебательные движения и т.д. Системы, где отсутствуют взаимодействия, в природе не существуют и с точки зрения синергетики развиваться не могут. Несмотря на это энтропию не критично стали привлекать для описания сложных развивающихся объектов. Еще Больцман считал биологическую жизнь явлением, способным уменьшать свою энтропию. Согласно Больцману и его последователям вся Вселенная идет к тепловой смерти.

Антитезой Больцману выступали эволюционисты. В частности Ч. Дарвин показал, что процессы, происходящие в Мире, в ходе эволюции (возникновение жизни) не только не деградируют, но все время усложняются. Первая половина 20 века вопреки прогнозу Л. Больцмана принесла человечеству модель рождения и эволюции Вселенной, где над деструктивными процессами преобладали процессы самоорганизации. Из однородного первичного гелий - водородного облака путем гравитационного сжатия стали образовываться плотные сгустки материи – звезды, планеты. Вселенная становилась неоднородной, как по плотности, так и по температуре. Химический состав ее усложнялся. Кроме простых атомов водорода и гелия в недрах звезд возникли все элементы таблицы Менделеева. Появилась жизнь. Разве это деградация? Но консерватизм мышления стоек. Биологи, например, стремятся доказать, что все живое в ходе жизнедеятельности уменьшает свою энтропию [168] и это есть главный признак жизни.

Понятием энтропия продолжают пользоваться не только биологи. В 1948 К. Шеннон ввел понятие «энтропия» в теорию информации [231]. Если сигнал на выходе канала связи является точной копией сигнала на входе то, с точки зрения теории информации, это означает отсутствие энтропии. Формулы Больцмана (S = K ln W) и Шеннона (H = -∑Pi log₂Pi) имеют лишь внешнее сходство. Смысл информации Шеннона сводится к достоверному отличию одного сигнала от другого. Сам Шеннон предостерегал от чрезмерного расширение его энтропии и сопоставления её с термодинамической энтропией. Но произошло то, от чего предостерегал Шеннон.

Приведём пример, когда развитие изолированной системы, которое согласно второму закону термодинамики должно сопровождаться ростом энтропии, вопреки выводам Больцмана и суевериям современной синергетики не сопровождается ростом беспорядка [236, 237]. Принято считать, что состояние жидкой воды более хаотично, чем состояние кристаллической воды (льда.) Поместим смесь избытка льда и воды в изолированную камеру. Температура льда существенно ниже температуры воды. Через некоторое время вода замерзнет. В термостате не окажется хаотической воды, а будет только упорядоченный лед. Получается, что в изолированной системе идет самопроизвольный процесс роста упорядоченности. А это противоречит общепринятым представлениям. Если взять избыток жидкой воды и мало льда, то процесс пойдет в обратном направлении. Лед перейдет в жидкую воду. Итак, при некоторых условиях процесс самоорганизации в изолированной системе может быть направлен не к хаосу, а к порядку. Для того, чтобы окончательно избавиться от догмы, накладывающей запрет на развитие изолированных систем, рассмотрим ряд примеров.

Изолированная система представляет собой некоторую совокупность элементов и связей, помещённых в оболочку, непроницаемую для вещества и потоков энергии. В такой изолированной системе должны соблюдаться законы сохранения энергии и вещества. Если бы из системы «утекало» вещество, то внутри системы законы сохранения не соблюдались бы. Принято считать, что развитие в некоторой системе может протекать только с использованием ресурсов, которые находятся во внешней среде. Покажем, что это не всегда так.

Построим изолированную систему, в которую включим источники ресурсов и подсистемы утилизации «отходов». В такой изолированной системе будут протекать любые процессы, в том числе и развитие с усложнением, пока не истощаться запасы ресурсов. В зависимости от ёмкости запасов и размеров системы развитие может протекать миллиарды лет. Промышленные предприятия могут работать месяцами на запасенных ресурсах. Морской лайнер без дозаправки может пересечь океан. Примером может служить также наше Солнце и солнечная система, которая очень слабо связана с другими звездными системами в нашей галактике. Энергия Солнца черпается из внутренних процессов синтеза «тяжелых» элементов, которые попали туда на начальной стадии сгущения газопылевой туманности. И эти процессы обеспечивают развитие солнца от плазменного состояния к состоянию «белого карлика» уже 5 млрд. лет.

Наша Вселенная развивается за счет энергии, выделившейся при Большом взрыве в начальной стадии эволюции. Если наша Вселенная изолированная, то она развивается на внутреннем источнике ресурсов. Сложившееся заблуждение о косности изолированных систем основывается на опытах, проведенных на системах очень малой энергоёмкости, где затухание процессов протекало быстро, и переходные состояния из наблюдения исключались. Незаметно лабораторные представления перенесли на макро и мега системы.

В свете изложенного материала, целесообразно обсудить утверждение, что свойствами диссипативных систем являются открытость, неравновесность и нелинейность. Это утверждение не вызывает возражения, но такие же свойства могут присутствовать и в изолированных системах. Следует добавить, что «изолированность» понятие не абсолютное. Полностью изолированных систем не бывает. Существуют системы с очень ограниченным обменом с окружением. С момента изоляции система может длительно дрейфовать к равновесному состоянию, поэтому и в изолированной системе присутствует состояние неравновесности. Наша планета до сих пор не пришла к равновесному состоянию и продолжает миллиарды лет остывать. На глубинах 40 - 80 километров температура превышает 1000⁰ С.

Нелинейость представляет собой атрибут не только открытых систем. Линейность всегда идеализация. Весь мир нелинейный, но степень нелинейности может быть разной и переменной, иногда ею можно пренебречь.

Возвращаясь к энтропии, можно добавить, что все законы термодинамики носят статистический характер и «работают» только в системах, где элементами являются атомы или молекулы, причём при высокой плотности вещества. Если рассматривать очень разреженные газы, когда в 1см³ имеются единицы молекул, то в этих случаях законы термодинамики и понятие «энтропия» не приемлемы. Если молекула всего одна, то, о её хаотичности говорить не приходиться. Следовательно, даже не во всех молекулярных системах можно применять энтропию. На более низком уровне сложности, в мире элементарных частиц, нуклонов, энтропия как функция состояния вообще не используется.

В мега мире имеются системы, содержащие сотни миллиардов кинетических единиц. Например, галактики, содержат сотни миллиардов звезд. Каждая звезда обладает кинетической энергией (движение). Звёзды связаны силами гравитации в скопления – галактики, которые довольно стабильно сохраняют свою форму. Однако звездные агрегаты и звезды не принято характеризовать энтропией. После своего образования звезда может не обменивается веществом с другими звёздами. И при этом в жизненном цикле звезды можно увидеть переход от плазмы (хаос) к нейтронной звезде (порядок). Хаос переходит в порядок, а не наоборот.

Обратимся в мир живых и социальных систем и посмотрим, есть ли там место для энтропии. Проследим, как изменяется количество элементов в единице объема при восхождении по иерархической лестнице.

В нормальных условиях в 1 см³ газа содержится около 10¹⁹ атомов. В живой клетке плотность вещества выше, но элементами являются не атомы, а гигантские белковые молекулы. Оценим приблизительно 10¹⁴-10¹⁵ молекул в 1см³. Живые ткани содержат в 1 см³ ~ 10 ⁹ клеток. Организм имеет несколько сот органов. Чем выше иерархический уровень объекта, тем меньше кинетических единиц содержится в единице объема. Но при малом количестве элементов энтропия «теряет свои полномочия», так как функция S= K ln W статистическая.

В научном мышлении существует мнение, что живое создает вокруг себя беспорядок (хаос), но повышает свою упорядоченность (Винер, Шредингер). В свете изложенного выше это следует понимать так. Живое потребляет высокоупорядоченные ресурсы, а сбрасывает в окружающую среду нечто мало организованное. Докажем, что это стойкое заблуждение, как и использование понятия «энтропия» для биологических объектов.

Растения потребляют их атмосферы газы (CO₂), из почвы воду и некоторые микроэлементы. В окружающую среду они отдают газы (O₂, CO₂, H₂O), некоторые метаболиты и рассеивают тепло. В первом приближении энтропия входных и выходных материальных потоков отличается мало (на входе газ и на выходе газ). Животные, потребляющие кроме газов и воды высокоорганизованную материю в виде белков, жиров, углеводов, трансформируют их в свое тело аналогичной сложности. В биосфере отходы одних организмов являются высококачественным сырьем для питания других, поэтому ценные метаболиты организмов нельзя считать веществом с высокой энтропией. Более того, живое вещество по Вернадскому не упрощает косную материю, а даже усложняет, множит разнообразие. Нефть, уголь, месторождения железа, бокситов, мела, известняка и многих других минералов созданы живым веществом. Поддержание состава кислородной атмосферы Земли, этого явно неравновесного состояния, также деятельность живого [73]. Тогда о какой же деградации окружающей среды идет речь?

Однако имеет место деградация энергии. “Высококачественная” световая энергия Солнца превращается в энергию химических связей тканей растений, которая затем после гибели растения деградирует в тепло. Однако переход света в тепло не является спецификой только живого. Этот процесс еще с большей интенсивностью осуществляется неживой материей. Поверхность Земли поглощает весь свет Солнца и в виде тепла излучает энергию обратно в космос, а живое вещество утилизирует всего несколько процентов солнечной энергии.

Но человек уменьшает разнообразие биосферы, могут возразить оппоненты, и этим увеличивает ее энтропию. Действительно человек уменьшает разнообразие “дикой” биосферы, но при этом увеличивает разнообразие “культурной” биосферы (домашние животные и растения). Невероятно быстро растет разнообразие техносферы, естественно входящей в понятие внешней среды для человека. Кроме того, разнообразие системы прямо никак не связано с величиной энтропии. Принято считать, что кристалл является образцом порядка с минимумом энтропии, но трудно придумать что - либо более однообразное, чем кристалл. Наиболее развитые предприятия и организации общества стремятся упростить систему управления, но это никак нельзя связывать с деградацией.

Каждый уровень организации Мира должен описываться (и описывается) своим языком. Можно ли только по срезу на пеньке дерева судить об организации кроны, форме листьев, запахе цветков и т. п.? Нельзя понять сложное явление, опираясь на очень простые модели. Попытайтесь описать архитектуру здания, зная только структуру кирпича. Законы термодинамики способны описать газ, но для характеристики дома их явно не достаточно.

Используя системное видение мира, можно объяснить, что в сложных системах законы термодинамики не нарушаются. Они там просто не действуют. Законы термодинамики действуют в идеализированных системах, где во внимание принимаются только тепловые процессы и потоки, другие стороны объектов (структура, саморазвитие, управление, форма, цвет, запах эмоции, сознание и пр.) не включаются в образ термодинамической системы. Термодинамика «слепа» ко многим сторонам мира. В сложных объектах, которые являются синтезом, совокупностью множества различных систем, энтропия «работает» только на нижних этажах. Для аналогии можно привести образ дома. Допустим, нижний этаж состоит из атомов, молекул. Рост «энтропии» фундамента (выравнивание температуры, гомогенизация состава бетона, рассасывание внутренних напряжений) никак не повлияет на состояние крыши и настроение жильцов верхних этажей. Разрушение фундамента (это рост сложности, появление множества отдельных, связанных между собой фрагментов, возникновение трещин и внутренних напряжений) может повлиять на прочность дома. Дезорганизация сложных систем не всегда приводит к хаосу. Если каменную глыбу распилить на блоки правильной формы, то дезорганизация глыбы не выглядит как хаос.

Несмотря на сказанное, понятием «энтропия» оперируют в разных науках, следовательно, в этом есть какая то потребность. Попытаемся понять это. В молекулярных системах в ряду: газ - жидкость – кристалл энтропия уменьшается. Визуально в этом ряду возрастает и способность сохранять структуру (форму). Газ стремится неограниченно расшириться и не имеет формы. Капля жидкости уже оформлена (сфера), но ещё не прочно. Кристалл представляет образец устойчивости. Живое вещество существует и сохраняет устойчивость, упорядоченность, но не вследствие понижения энтропии, а благодаря процессам управления. По своей сути и энтропия Шеннона, характеризуя устойчивость сигнала к помехам, является мерой неустойчивости, мерой «зашумленности» канала связи. Итак, в случае с энтропией произошла подмена понятий, под энтропией стали понимать меру устойчивости системы.

Выводы.

1. В изолированных системах при наличии запасов ресурсов могут наблюдаться процессы диссипации, самоорганизации, усложнения, роста упорядоченности.

2. Энтропия не является мерой беспорядка в сложных системах. При некоторых условиях процесс самоорганизации в изолированной системе может быть направлен не к хаосу, а к порядку.

3. Энтропия характеризует устойчивость систем разной сложности и иерархичности.

4. Все без исключения процессы и структуры являются нелинейными и динамичными. Линейность и статичность являются идеализацией, упрощением, субъективными критериями.

2.3. Иерархия парадигм.

В настоящей монографии собрано множество частных фактов, отражающих синергетику Вселенной на всех уровнях сложности. Частные случаи являются «визитными карточками» более общих законов. Попытаемся создать систему законов синергетики Мира.

Природа эволюционировала от фундамента к кровле, а наука развивается от кровли к фундаменту. Поэтому будем изложение вести от общего к частному (дедукция), исходя из системного подхода. Вначале следует сформулировать наиболее общие парадигмы, потом выделить их составляющие, следствия.

Изолированность

Вселенной

Изолированность

Вселенной

Рис. 2.3.1. Иерархия парадигм и их следствий.

Законы нельзя считать всеобщими, границы применимости законов могут распространяться только в области известных эмпирических фактов. Выше уже приводились примеры ограниченности законов термодинамики (энтропии). Последние 10 – 20 млрд. лет происходит стадия экспансии Вселенной, которая может смениться сжатием, и тогда все законы изменятся. Поэтому закономерности и тенденции, эксплицированные в настоящей монографии справедливы только в рамках проведенного анализа. На рис. 2.3.1 приведена иерархия парадигм и их следствий

В основу построения иерархии положены две несвязанные аксиоматические парадигмы. Парадигма целостности и парадигма глобальной изменчивости. Целостность не является следствием изменчивости. (Целостность может быть и без изменчивости). Изменения могут происходить и в не целостном мире.

Изолированность является следствием целостности. Если Вселенная не изолирована, то часть материи может «уйти» за её пределы. Потеря части нарушит целостность.

Законы сохранения могут соблюдаться только в изолированной и изменчивой Вселенной. Любые изменения является следствиями движения. В изолированной Вселенной движение не может выйти «наружу».

Неоднородность является следствием целостности и изменчивости. Целостность может реализовываться и в неоднородных средах. Изменчивость в однородной среде трудно представить, т.е. для изменчивости необходима неоднородность. Неоднородность является атрибутивным проявлением информации (раздел 1.8). Неоднородность проявляется в форме дискретности Вселенских структур и нелинейности процессов.

Системность Вселенной является следствием целостности и дискретности. Напомним определение. Система состоит из элементов (дискретных) и связей. Система всегда дискретна, неоднородна и целостна.

Организованность также является свойством системности. Организованность подразумевает наличие определённого порядка. Организация должна существовать достаточно долго, не утрачивая своих основных функций, чтобы быть замеченной наблюдателем. Следовательно, в организации должны протекать процессы поддержания функциональной устойчивости на фоне изменчивого Мира.

Самоорганизация и управление являются механизмами сохранения организации, гомеостазиса. Консервативные процессы поддерживают устойчивость, стабильность, инерционность. Эволюция (гомеокинез) происходит под влиянием самоорганизации и управления как механизмов адаптации при невозможности сохранять гомеостазис.

Изменчивость в дискретном мире может происходить путем интеграции элементов или их дезинтеграции (разделения на более мелкие части).

Иерархическая интеграция представляет собой достраивание системы с целью совершенствования её функционирования. Интеграция осуществляется путем перемещения и объединения частей в целое, этот процесс можно назвать комбинированием вещества, энергии, информации (ВЭИ). Анархическая интеграция есть объединение гомологических рядов посредством горизонтальных связей. Биосфера, литосфера, организм, человеческое общество – анархические системы.

Дизинтеграция - это распад целого на части, подготовка к последующей интеграции частей в целое.

Все перечисленные выше понятия тесно взаимосвязаны. Наиболее обобщённые понятия (в «жирных» прямоугольниках) располагаются в верхней части рис. 2.3.1. Эти парадигмы постулируются и не являются объектами исследования настоящей работы. Все нижележащие понятия рассматриваются в последующих главах. Парадигма триединства ВЭИ потоков обязывает эволюцию рассматривать не только с точки зрения структурных превращений, но и принимать во внимание эволюцию энергии и информации.

Прежде чем начать исследование инвариантов развития необходимо построить модель мирового субстрата, которая должна отвечает требованиям целостности, изолированности, неоднородности, изменчивости, эволюционизма (модель субстрата разрабатывается в главе 4.3).

Следствием изолированности Вселенной может быть вывод, что энергия способна «перетекать» с одного уровня на другой, поэтому движение макромира может осуществляться только за счет энергии микромира.

Субстрат первичен, а макромир вторичен, поэтому наблюдаемый глобальный эволюционизм при целостности Мира должен происходить не только на наблюдаемом человеком уровне, но также на уровне субстрата

Превращения субстрата «тянут» за собой вторичные процессы, которые принято называть эволюцией. Трансформация мировых структур, называемая эволюцией, является адаптацией к экспансии мирового субстрата.

В пульсирующей Вселенной не может быть стационарности, поэтому энергия, освобождённая из субстрата, расходуется на поддержание устойчивой неравновесности вновь образованных структур. Эволюция задаётся трендом развития субстрата. Тенденция к интеграции (а не к распаду) мировых структур определяется направленностью процессов, протекающих в субстрате.

У Ницше [101] есть идея о детерминации процессов из будущего: «От будущего веет незаметно ветер». С нашей точки зрения этим «ветром» являются процессы, протекающие не в будущем, а в субстрате.

Так как задачей исследования является экспликация инвариантов развития (закономерностей, действующих на всех иерархических уровнях), то последующие главы должны включать знания, полученные на атомно – молекулярном, сообществ организмов, ментальном уровнях Особое внимание уделяется закономерностям развития человеческого социума (техносфера, политика, экономика, этнология).собществ организмов, ментальном уровнях Особое внимание уделяется закономерностям развития человеческого социума (техносфера, политика, экономика, этнология).

Выводы.

1. Эволюция при целостности Мира должна происходить не только на наблюдаемом человеком уровне, но также на уровне субстрата.

2. Движение макромира может осуществляться только за счет энергии освобождённой из субстрата.

3. Трансформация мировых структур, называемая эволюцией, является адаптацией к экспансии мирового субстрата.