Четыре возраста человека. Системная психология
Шрифт:
Другой новой научной дисциплиной, сыгравшей первостепенную роль в развитии представлений о системной сущности всех явлений в мире, стала термодинамика – раздел физики, изучающий соотношение теплоты и других форм энергии. В ее русле анализ системных явлений приобретает современный категориальный аппарат и устанавливаются важнейшие законы существования систем. Говоря о роли термодинамики в развитии системных исследований, один из наиболее известных теоретиков науки второй половины нашего века И. Пригожин подчеркивает, что с позиций классической науки четко разграничивалось то, что считалось простым, и то, что приходилось рассматривать как сложное. Никаких сомнений, например, не вызывала «простота» ньютоновских законов движения, идеального газа, химических реакций. Точно так же казалась очевидной «сложность» биологических процессов и тем более человеческой деятельности в том виде, в каком она отображается в экономическом знании или городском планировании. «Можно утверждать, –
Ее основной закон – так называемое второе начало, – гласящий, что в изолированных системах энтропия возрастает, стал одновременно и основным принципом философского понимания развития мира. Значение термодинамики для развития фундаментальной науки о системах оказывается столь велико, что необходимо хотя бы кратко остановиться на истории ее развития.
Становление термодинамики как самостоятельной науки связывают с деятельностью французского военного инженера Сади Карно. Его единственное опубликованное сочинение «Размышление о движущей силе огня» вышло в 1824 г. В этом небольшом произведении (всего 43 страницы) Карно сформулировал основные принципы новой науки, термодинамики, окончательно сформировавшейся три десятилетия спустя. И более того: Карно первым высказал идеи, легшие в основу так называемого «второго начала термодинамики» – одного из наиболее фундаментальных общесистемных положений, указывающих направление процессов развития видимой нами части Вселенной [6] . «Движущая сила, – говорит Карно, – существует в природе в неизменном количестве, она никогда не создается и не уничтожается, но меняет форму и вызывает то один род движения, то другой…» [23].
6
Карно (Carnot) Николя Леонар Сади (1796–1832), известный французский физик и математик. Сын математика и знаменитого политического деятеля Великой Французской революции, военного министра Наполеона, Лазара Карно. Единственная работа Сади Карно считается основополагающей в термодинамике. Скончался от холеры, всё его имущество, включая научные записи, было сожжено.
Идеи Карно были развиты Г. Гельмгольцем в 1847 г. в его работе «О сохранении силы» [23]. В ней Гельмгольц впервые дал математическое обоснование закона сохранения энергии и, проанализировав большинство известных в то время физических явлений, показал всеобщность этого закона. В частности, он указал, что происходящие в живых организмах процессы также подчиняются закону сохранения энергии. Утверждение Гельмгольца вступало в явное противоречие с бытовавшей в то время концепцией существования особой «живой силы», якобы управляющей организмами.
Гельмгольц также впервые доказал применимость принципа наименьшего действия, согласно которому для данного класса сравниваемых друг с другом движений системы действительным является то, для которого физическая величина, называемая действием, имеет минимум, к тепловым, электромагнитным и оптическим явлениям. В конечном счете он распространил его и на процессы, происходящие в живых организмах.
Но в полной мере идеи Карно были восприняты только в начале второй половины XIX века, когда благодаря работам Рудольфа Клаузиуса произошло окончательное формирование науки термодинамики. Одна из величайших заслуг Клаузиуса состоит в том, что он впервые ввел понятие S – функции, или энтропии как количественной меры неупорядоченности состояния системы. (Согласно введенной им зависимости, изменение энтропии dS соответствует отношению поглощаемого системой тепла dQ и абсолютной температуры этой системы Т.) Для простых систем, типа идеального газа, он устанавливает зависимость:
Клаузиус [7] дает научное обоснование и математическое выражение одного из важнейших законов развития Вселенной, получившего название второго начала термодинамики: «В необратимых процессах энтропия может только возрастать»:
Из этого закона следует уже философский вывод: энтропия Вселенной стремится к максимуму [23]. В последующем постижению философского и общесистемного смысла этого закона будет посвящена обширнейшая литература, принадлежащая самым различным отраслям знания.
7
Клаузиус (Clausius)
В докладе, прочитанном в 1875 г. в Лондоне, давая оценку труду Клаузиуса, другой великий физик Дж. Максвелл сказал: «Основная заслуга Клаузиуса состоит в создании новой области науки, в таком физическом обобщении, которое позволило применить математические приемы к изучению систем, состоящих из бесчисленного множества движущихся элементов» [23].
Следующий шаг на пути формального анализа состояний систем сделал в 1876 г. Людвиг Больцман [8] . Он установил логарифмическую зависимость между энтропией S и вероятностью состояния системы и показал, что энтропия есть мера упорядоченности или неупорядоченности положения элементов в системе. Если для некоторой системы существует W элементарных состояний, то величина энтропии S будет равна:
8
Больцман (Boltzmann) Людвиг Эдуард (1844–1906). Великий австрийский физик, один из основоположников статистической термодинамики; профессор университетов Граца, Вены, Мюнхена и Лейпцига, член-корреспондент Петербургской Академии наук (1899). Важнейшая заслуга Больцмана – исследование необратимых процессов и статистическая трактовка второго начала термодинамики. В состоянии депрессии из-за болезни и непонимания научной общественностью его идей окончил жизнь самоубийством. Формула Больцмана S = k · lnW выбита на его памятнике в Вене.
где k – постоянная Больцмана.
Знаменитая формула Больцмана показывает, что процессы, в которых энтропия уменьшается, не являются абсолютно невозможными, а второе начало термодинамики объясняется естественным переходом всякой изолированной системы от состояний маловероятных к состояниям все более вероятным. Мысль Больцмана позволяет считать Вселенную такой системой, в которой могут происходить редкие и необратимые во времени процессы самоорганизации структур. В этом случае будут возникать локальные зоны уменьшения энтропии – очаги возникновения жизни.
Герман Гельмгольц в 1882 придал второму началу термодинамики форму, позволившую применить этот закон к изучению химических и биологических процессов, и ввeл понятие свободной энергии и связанной энергии.
Согласно Гельмгольцу, свободная энергия (ее также называют энергией Гельмгольца, или ?– энергией) определяется через внутреннюю энергию U, энтропию S и температуру Т равенством:
При равновесных процессах, происходящих при постоянном объeме и температуре, убыль энергии Гельмгольца данной системы равна полной работе, производимой системой в этом процессе. В психологии обобщение понятия свободной энергии Гельмгольца позволяет оценить трудоемкость того или иного рабочего процесса по затраченной на это энергии или части психофизиологического ресурса организма.
В конце XIX века системные идеи в физике оставались еще предметом ожесточенных дискуссий. Больцман с сожалением замечал, что может говорить о своих идеях только с одним человеком – Гельмгольцем. Но прогресс науки закономерно приводил исследователей на рубеже двадцатого века к пересмотру самой сущности механизмов развития мира. В 1905 г. Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности. Идеи Больцмана и Гельмгольца стремительно завоевывали популярность. В эти годы благодаря работам выдающегося немецкого физика-теоретика Макса Планка (1858–1947) классическая термодинамика приобретает черты завершенной теории. Значительную часть научного творчества Планка составили работы, посвященные энтропии и второму началу термодинамики. Они, по существу, завершили построение термодинамической теории и открыли возможность распространения ее принципов и постулатов на природные процессы, далеко выходящие за область явлений, рассматриваемых классической термодинамикой.
«Природа, – пишет Планк, – предпочитает более вероятные состояния менее вероятным и осуществляет переходы, направленные в сторону большей вероятности. С этой точки зрения второй закон термодинамики представляется как закон вероятности, энтропия – как мера величины вероятности, а возрастание энтропии сводится просто к тому, что за менее вероятными состояниями следуют более вероятные. Для закона вероятности характерно то, что он допускает также исключения, и установление таких исключений составляет важную теоретическую задачу» [23].
Английский язык с У. С. Моэмом. Театр
Научно-образовательная:
языкознание
рейтинг книги
