Концепции современного естествознания: конспект лекций
Шрифт:
Открытые системы, напротив, обмениваются энергией, веществом и информацией с внешним миром. В таких системах при определенных условиях могут самопроизвольно возникать новые упорядоченные структуры, повышающие степень самоорганизации системы. Ключ к пониманию процессов самоорганизации был найден в представлении о взаимодействии системы с окружающей средой. Основными характеристиками процессов в открытых системах являются неравновесность и нелинейность.
Изучением открытых неравновесных систем занимается синергетика. Синергетика возникла на стыке физики и химии в 70-е гг. XX в., а затем приобрела статус междисциплинарного подхода. Основоположниками синергетики являются И. Пригожин и Г. Хакен. Термин «синергетика» происходит от греч. sinergia – сотрудничество,
Синергетика, так же как кибернетика, изучает системы с обратной связью. Однако в отличие от кибернетики, изучающей динамическое равновесие в самоорганизующихся системах, синергетика исследует механизмы возникновения новых структур за счет разрушения старых, а не процессы стабилизации. Синергетические системы функционируют в соответствии с принципом положительной обратной связи.
Синергетика является наиболее общей на данный момент теорией самоорганизации и изучает закономерности этих явлений во всех типах материальных систем. Как пишет Г. Хакен, принципы самоорганизации распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций». Синергетика претендует на открытие универсальных механизмов самоорганизации как в живой, так и в неживой природе. Теоретической основой синергетики выступает термодинамика нелинейных систем, или неравновесная термодинамика.
Исходным принципом синергетической концепции является различие процессов в открытых и закрытых системах. В отличие от классической науки, рассматривавшей закрытые системы как абсолютный тип упорядоченности мира, синергетика в качестве предмета изучения выбирает открытые системы. По мнению ее создателей, именно открытые системы являются универсальными, а протекающие в них процессы способствуют самоорганизации мира. «Искусственное может быть детерминированным и обратимым, – пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, – естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости». Система называется самоорганизующейся, если она без специального воздействия извне обретает новую пространственную, временную или иную структуру. Главные свойства открытых самоорганизующихся систем – неустойчивость и нелинейность.
Опираясь на это знание, синергетика предлагает следующее объяснение механизма возникновения порядка из хаоса. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, все ее элементы ведут себя независимо друг от друга и на создание упорядоченных структур неспособны. В какой-то момент поведение открытой системы становится неоднозначным. Та точка, в которой проявляется неоднозначность процессов, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной обратной связи, т. е. система начинает влиять на окружающую среду таким образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней самой. Т. е. система противостоит разрушительным влияниям среды, меняя условия своего существования.
Под влиянием энергетических взаимодействий с окружающей средой в открытых системах возникают так называемые эффекты согласования и кооперации, когда различные элементы начинают действовать в унисон. Такое согласованное поведение синергетика называет когерентным. Как следствие происходят процессы упорядочения, возникновения из хаоса новых структур. После возникновения новая структура, называемая диссипативной, включается в дальнейший процесс самоорганизации материи. Диссипативные структуры возникают за счет рассеяния (диссипации) энергии, использованной системой, и получения новой энергии из окружающей среды. Диссипатив-ная структура как бы извлекает порядок из окружающей среды, повышая собственную внутреннюю упорядоченность и увеличивая хаос и беспорядок во внешнем мире.
Таким образом, внешние взаимодействия оказываются фактором внутренней самоорганизации систем, которые в свою очередь способствуют самоорганизации других систем и т. д. Взаимодействие системы со средой оказывается существенным условием ее эволюции. Процессы самоорганизации характеризуются нелинейностью, наличием обратных связей, открывающих большие возможности управляющего воздействия.
Направление развития системы
Синергетический подход позволяет ответить на вопрос: почему вопреки действию закона энтропии мир демонстрирует высокую степень организованности и порядка? Синергетика последовательно опровергает теорию тепловой смерти Вселенной (2.3). Хаос понимается как особый вид регулярной нерегулярности и более не рассматривается как разрушительное состояние. Хаос созидателен, поскольку развитие и самоорганизация систем осуществляются через хаотичность и неустойчивость. Синергетика утверждает, что законы самоорганизации действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между живой и неживой природой и объяснить происхождение жизни через самоорганизацию неорганических систем. Создатель новой концепции И. При-гожин считает, что синергетический взгляд на мир меняет наше представление о случайности и необходимости, необратимости материальных процессов, трансформирует привычное представление о времени, позволяет иначе понять характер и сущность энтропийных процессов. В настоящее время синергетический подход получил признание не только в естествознании, но и в гуманитарных и социальных науках. Более того, синергетика постепенно преодолевает границы междисциплинарных научных исследований, превращаясь в новую мировоззренческую парадигму.
7.3. Концепция глобального эволюционизма в науке и философии
На протяжении всей истории естествознания идея развития была одной из фундаментальных, определявших взгляд человека на мир. Представления о необратимости времени в живой природе появились еще в античной философии (в частности, идея Аристотеля о «лестнице существ»). Поначалу в примитивных формах (преформизм) идея развития утвердилась в естествознании XVII–XVIII вв. В XVII в. Р. Декарт предложил космогоническую теорию, в которой высказывалась мысль о развитии вещественной материи, составляющей универсум. Космология Р. Декарта носила умозрительный характер, тем не менее она содержала совершенно неожиданные для своего времени предположения. В XVIII в. И. Кант создал собственную космогоническую концепцию, в которой последовательно проводилась мысль об эволюции Вселенной (2.2). Затем в XIX в. Ч. Дарвин предлагает теорию биологической эволюции, прояснившую, каким образом осуществляется развитие в живой природе. Дарвиновская концепция, ставшая основанием теоретической биологии, показала, что сложность организации в живой природе непрерывно нарастает, и определила те факторы, которые влияют на этот процесс (2.5).
В конце XIX – начале XX в. идея развития из биологии постепенно проникла в геологию, историю, социологию. Однако для физики и химии эта идея долгое время оставалась чуждой. Введение понятия энтропии в классической термодинамике несколько изменило ситуацию. Однако происходящие в закрытых термодинамических системах процессы понимались как постепенное «умирание» системы, переход в состояние теплового равновесия. Неклассическая квантовая механика XX в. также рассматривала только обратимые процессы, в которых фактор времени не играл особой роли.
Начало изменений в фундаментальных естественных науках совпало с открытием нестационарности Вселенной и осмыслением этого обстоятельства в современных космологических концепциях (4.2). Оказалось, что наша Вселенная расширяется, а галактики разбегаются. В середине XX в. была выдвинута гипотеза происхождения Вселенной из первоначального сингулярного состояния, в 1970-е гг. построена теория Большого Взрыва, объясняющая эволюцию нашего мира, тогда же, в 1960-1970-е гг., была создана синергетическая концепция (7.2). Все эти открытия способствовали распространению принципа развития на фундаментальные науки – космологию, астрономию, физику, химию. Следует заметить, что произошло не просто заимствование идеи развития из биологии, а значительное переосмысление характера процессов, протекающих на всех уровнях существования материи.