Хамса. Пятерица
Шрифт:
С точки зрения рассматриваемого подхода, гомеостазисные явления есть частный случай стремления к относительно устойчивым состояниям, введённый физиологами для исследования явлений, протекающих в живых организмах, распространённый кибернетиками на «само-реализующиеся» системы и приложенный Станиславом Лемом ко всем объектам, начиная от мельчайших живых организмов до сверхцивилизаций.
Общее понятие устойчивости
Общее, абстрагированное от конкретных проявлений понятие «устойчивости», можно определить как свойство объекта по возможности сохранять свои основные (существенные)
Аналогичны понятия «устойчивости» явлений, системы объектов и частей объекта, их свойств, положения, траекторий и т. д.
Необходимо всё время иметь в виду относительность введённого понятия устойчивости.
Если при определённых условиях (внешних и внутренних воздействиях) один объект не теряет своих основных свойств в течение более продолжительного времени, то он более устойчив, чем сравниваемый с ним объект, эффективность его относительно устойчивого состояния повышена.
Если один объект выдерживает больше по качеству и/или величине всевозможные возмущения в течение одного и того же времени, чем другой, – он более устойчив.
Сложность исследования относительно устойчивых состояний, положений и т. д. состоит в многообразии различных объектов и специфичностью их относительно устойчивых состояний, в большом количестве факторов, различным образом влияющих на эффективность относительно устойчивых состояний, и т. д. Но существуют и совпадающие аспекты, не зависящие от конкретных объектов и условий их существования, для определения которых рассмотрим различные конкретные проявления указанных явлений.
Равновесное состояние
Один из самых привычных, наглядных примеров устойчивости – устойчивость положения какого-либо физиологического объекта, лежащего на земле. Пусть это будет монолитный кусок какой-либо горной породы, камень без трещин. При обычных и несколько благоприятных условиях, когда суточный и сезонный перепады температур не превышают 20 и 70 °C соответственно, при отсутствии действия концентрированных кислот и щелочей, при отсутствии сильных ударных воздействий и т. п. этот камень довольно долгое время (годами, веками) лежит на земле, не изменяя своего положения. В течение этого времени его положение устойчиво.
В рассматриваемых условиях устойчив и сам рассматриваемый камень. Основные действующие на него силы, сила притяжения Земли и сила контактного взаимодействия с соприкасающейся поверхностью Земли, уравновешены и не изменяются со временем. Остальные силы малы. Если мысленно разрезать камень на несколько частей и рассмотреть произвольную его часть, то окажется, что в основном каждая часть устойчива. Действующие на неё силы притяжения и отталкивания, давления других частей и реакции уравновешены и не изменяются. Сама эта часть также не изменяется в течение рассматриваемого времени при указанных условиях. Если мысленный процесс деления камня на части продолжить, то на уровне молекул можно обнаружить, что подавляющее большинство молекул устойчивы (не изменяются) и находятся в равновесии. Только сравнительно небольшое число молекул неустойчивы. Неустойчивы те молекулы, которые непосредственно воспринимают все тяготы воздействия окружающей среды, малые для камня как целого, но необязательно малые для отдельных молекул камня. Эти слабо, непосредственно и, может быть, вразнобой действующие на лежащий камень относительно малые силы окружающей среды могут разрушить
Несколько другие аспекты рассматриваются при исследовании устойчивости положения камня (в предположении о целостности камня, т. е. в предположении механики твёрдого тела). В этом случае исследуется устойчивость взаиморасположения центров тяжести камня и Земли, так как расстояние между этими центрами является более существенным фактором в рассматриваемой системе.
Если какая-либо сила выведет лежащий на Земле камень из устойчивого положения и он окажется в неустойчивом, то есть в таком положении, в котором действующие на него основные силы неуравновешенны, то он будет изменять своё положение – двигаться в направлении вектора, равнодействующего сумме всех сил. Неуравновешенность действующих сил – необходимое и достаточное условие изменяемости положения камня относительно Земли.
Основными действующими силами будут силы притяжения Земли и силы инерции движения камня из-за начального толчка. Второстепенные силы – это силы трения о воздух в атмосфере Земли и т. д. Всевозможные изменения положения камня относительно Земли в рассматриваемом случае всегда приведут к одной из трёх следующих ситуаций:
1) если начальная скорость камня меньше первой космической, то камень постоянно изменяет своё положение до тех пор, пока не упадёт на землю и не окажется снова в уравновешенном положении, в котором будет задействована ещё одна основная сила – сила реакции Земли;
2) если начальная скорость камня больше первой космической и меньше второй, то камень может (в зависимости от направления начального толчка) оказаться на устойчивой орбите, на которой сила притяжения Земли уравновешивается центробежной силой инерции движения камня;
3) если начальная скорость камня больше второй космической, то камень окажется так далеко от Земли, что перестанет ощущать её притяжение. Начиная с некоторого момента, можно считать, что система Земля-камень распалась, положение камня относительно Земли устоялось – существенных изменений в этом смысле происходить не будет. Так как система камень-Земля распалась, то камень более правомерно уже рассматривать в собственной системе координат, в которой действующие на камень силы инерции равны нулю. Все силы уравновешены, так как все они исчезают.
Итак, в силу того, что в неуравновешенном положении существуют неуравновешенные силы, положение камня относительно Земли всё время изменяется. И это изменение будет происходить до тех пор, пока камень не окажется в уравновешенном неизменяемом устойчивом положении, из которого его может вывести лишь достаточно сильное воздействие внешней среды или внутренней (например, взрыв). Какое именно устойчивое положение будет реализовано, зависит от величины основных параметров, в данном случае от начальной скорости камня.
Стремление к устойчивому, равновесному положению и состоянию в приведённом примере отнюдь не выражает чью-либо волю, желание, хотя и отражает в какой-то мере реакцию объекта на наличие не скомпенсированной силы. С точки зрения термодинамики (сильно огрубляя ситуацию), наличие некомпенсированной силы можно трактовать как наличие свободной энергии, то есть что энтропия рассматриваемой системы (камень-Земля) не достигла своего максимума и система ещё находится в неустойчивом состоянии.
В естественных условиях, конечно, скажется влияние неучтённых сил, но основной вывод окажется неизменяемым.