Современные концепции основных картин мира

     Идея  эволюции проникла и в другие области естествознания. В геологии, например, окончательно утвердилась концепция дрейфа континентов. А экология, биогеохимия, антропология были «эволюционны» изначально. Таким образом, современное естествознание вправе сформулировать лозунг: «Все существующее есть результат эволюции!» Укорененность в нынешней научной картине мира представления о всеобщем характере эволюции является ее главной отличительной чертой. Но если в биологии концепция эволюции имеет давние устойчивые традиции, то физика и химия, как уже было сказано, к ней только привыкают. Облегчить этот процесс призвано новое междисциплинарное научное направление, появившееся в 70-х гг., — синергетика. Она претендует на описание движущих сил эволюции любых объектов нашего мира. 

3. Синергетика — теория самоорганизации 

     Появление синергетики в современном естествознании инициировано, видимо, подготовкой  глобального эволюционного синтеза  всех естественнонаучных дисциплин. Эту  тенденцию в немалой степени  сдерживало такое обстоятельство, как  разительная асимметрия процессов деградации и развития в живой и неживой природе.

     В классической науке XIX в. господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к  исходному равновесию (в энергетическом смысле это и означало неупорядоченность или хаос). Такой взгляд на вещи сформировался под воздействием равновесной термодинамики. Знаменитое второе начало (закон) термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: "Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему". Закон сохранения и превращения энергии (первое начало термодинамики), в принципе, не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии сохранялось в прежнем объеме. Но в реальности это никогда не происходит. Данную односторонность, однонаправленность перераспределения энергии в замкнутых системах и подчеркивает второе начало термодинамики. Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие — "энтропия". Под энтропией стали понимать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это и есть наиболее простое состояние системы, или термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу.

     Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться. Постулат о способности материи к саморазвитию в философию был введен достаточно давно. А вот его необходимость в фундаментальных естественных науках (физике, химии) начали осознавать только сейчас. На этой волне и возникла синергетика — теория самоорганизации. Ее разработка началась несколько десятилетий назад. В настоящее время она развивается по нескольким направлениям: синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И.Р. Пригожий) и др. Общий смысл комплекса синергетических (термин Г. Хакена) идей, которые развивают эти направления, заключается в следующем:

     • процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной равноправны;

     • процессы созидания (нарастания сложности  и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

     Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, при помощи которого осуществляется самоорганизация, как в живой, так и неживой природе. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только те, которые отвечают как минимум двум условиям. Прежде всего, они должны быть: открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой; и существенно неравновесными, или находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.

     Но  именно такими являются большинство  известных нам систем. Изолированные системы классической термодинамики — это определенная идеализация, в реальности они — исключение, а не правило. Сложнее обстоит дело с Вселенной в целом. Если считать Вселенную открытой системой, то, что может служить ее внешней средой? Современная физика полагает, что для вещественной Вселенной такой средой является вакуум. Итак, синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей сложности и упорядоченности. В цикле развития такой системы наблюдаются две фазы:

     1) период плавного эволюционного  развития, с хорошо предсказуемыми  линейными изменениями, подводящими  в итоге систему к некоторому  неустойчивому критическому состоянию; 

     2) выход из критического состояния  одномоментно, скачком и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности.

     Самый популярный и наглядный пример образования  структур нарастающей сложности  — хорошо изученное в гидродинамике  явление, названное ячейками Бенара. При подогреве жидкости, находящейся в сосуде круглой или прямоугольной формы, между нижним и верхним ее слоями возникает некоторая разность (градиент) температур. Если градиент мал, то перенос тепла происходит на микроскопическом уровне и никакого макроскопического движения не происходит. Однако при достижении градиентом некоторого критического значения в жидкости внезапно (скачком) возникает макроскопическое движение, образующее четко выраженные структуры в виде цилиндрических ячеек. Сверху такая макроупорядоченность выглядит как устойчивая ячеистая структура, похожая на пчелиные соты. Это хорошо знакомое всем явление с позиций статистической механики невероятно. Ведь оно свидетельствует, что в момент образования ячеек Бенара миллиарды молекул жидкости, как по команде, начинают вести себя скоординированно, согласованно, хотя до этого пребывали в хаотическом движении. Создается впечатление, будто каждая молекула "знает", что делают все остальные, и желает двигаться, в общем строю. (Слово "синергетика", кстати, как раз и означает "совместное действие"). Классические статистические законы здесь явно не работают, это явление иного порядка. Ведь если бы, даже случайно, такая "правильная" и устойчиво "кооперативная" структура образовалась, что почти невероятно, она тут же бы и распалась. Но она не распадается при соответствующих условиях (приток энергии извне), а, наоборот, устойчиво сохраняется. Значит, возникновение структур нарастающей сложности — не случайность, а закономерность. Поиск аналогичных процессов самоорганизации в других классах открытых неравновесных систем вроде бы обещает быть успешным: механизм действия лазера; рост кристаллов; химические часы (реакция Белоусова—Жаботинского); формирование живого организма; динамика популяций. Все это примеры самоорганизации систем самой разной природы. Синергетическая интерпретация такого рода явлений открывает новые возможности и направления их изучения. В обобщенном виде новизну синергетического подхода можно выразить следующими позициями.

     • Хаос не только разрушителен, но и созидателен, конструктивен; развитие осуществляется через неустойчивость (хаотичность).

     • Линейный характер эволюции сложных  систем, к которому привыкла классическая наука, не правило, а, скорее, исключение; развитие большинства таких систем носит нелинейный характер. А это значит, что для сложных систем всегда существует несколько возможных путей эволюции.

     • Развитие осуществляется через случайный  выбор одной из нескольких разрешенных  возможностей дальнейшей эволюции в  точке бифуркации. Следовательно, случайность — не досадное недоразумение; она встроена в механизм эволюции. А нынешний путь эволюции системы, возможно, не лучше, чем те, которые были отвергнуты случайным выбором.

     Синергетика — родом из физических дисциплин, в частности, из термодинамики. Но ее идеи носят междисциплинарный характер. Они подводят базу под совершающийся в естествознании глобальный эволюционный синтез. Поэтому в синергетике видят одну из важнейших составляющих современной научной картины мира.

5. Современные концепции основных картин мира

Современные концепции бытия, материального  и идеального, содержание основных картин мира являются результатом длительного  и противоречивого познания людьми окружающего мира и самих себя. Постепенно вычленялись проблемы познавательного  процесса, обосновывались возможности и пределы постижения бытия, особенности познания природы, человека и общества.

     Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых подчиняется общим закономерностям. При этом он имеет свою долгую историю, в общих чертах известную современной науке. Приведем хронологию наиболее важных событий¹

     20 млрд. лет назад — Большой взрыв. 

     3 минуты спустя — образование  вещественной основы Вселенной  (фотоны, нейтрино и антинейтрино  с примесью ядер водорода, гелия  и электронов).

     Через несколько сотен тысяч лет  — появление атомов (легких элементов).

     19—17 млрд. лет назад образование разномасштабных  структур (галактик).

     15 млрд. лет назад — появление  звезд первого поколения, образование  атомов тяжелых элементов. 

     5 млрд. лет назад — рождение Солнца.

     4,6 млрд. лет назад — образование  Земли. 

     3,8 млрд. лет назад — зарождение  жизни. 

     450 млн. лет назад — появление  растений.

     150 млн. лет назад — появление  млекопитающих. 

     2 млн. лет назад — начало  антропогенеза. 

     Подчеркнем, что современной науке известны не только "даты", но во многом и сами механизмы эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Наиболее крупные открытия тайн истории Вселенной осуществлены во второй половине ХХ века: предложена и обоснована концепция Большого взрыва, установлены типы фундаментальных взаимодействий, построены первые теории их объединения и т.д. Мы обращаем внимание в первую очередь на успехи физики и космологии потому, что именно эти фундаментальные науки формируют общие контуры научной картины мира. Картина мира, рисуемая современным естествознанием, необыкновенно сложна и проста одновременно. Сложна потому, что способна поставить в тупик человека, привыкшего к согласующимся со здравым смыслом классическим научным представлениям. Идеи начала времени; корпускулярно-волнового дуализма квантовых объектов; внутренней структуры вакуума, способной рождать виртуальные частицы, и другие подобные новации придают нынешней картине мира немножко "безумный" вид. Но в, то же время эта картина величественно проста, стройна и где-то даже элегантна. Эти качества ей придают в основном уже рассмотренные нами ведущие принципы построения и организации современного научного знания: системность, глобальный эволюционизм, самоорганизация, историчность.

     Данные принципы построения научной картины мира в целом соответствуют фундаментальным закономерностям существования и развития самой Природы. Системность означает воспроизведение наукой того факта, что Вселенная предстает как наиболее крупная из известных нам систем, состоящая из огромного множества элементов (подсистем) разного уровня сложности и упорядоченности. Под системой обычно понимают некое упорядоченное множество взаимосвязанных элементов. Эффект системности обнаруживается в появлении у целостной системы новых свойств, возникающих в результате взаимодействия элементов (атомы водорода и кислорода, например, объединенные в молекулу воды, радикально меняют свои обычные свойства). Другой важной характеристикой системной организации является иерархичность, субординация — последовательное включение систем нижних уровней в системы более высоких уровней. Системный способ объединения элементов выражает их принципиальное единство: благодаря иерархичному включению систем разных уровней друг в друга каждый элемент любой системы оказывается связанным со всеми элементами всех возможных систем. (Например: человек — биосфера — планета Земля — Солнечная система — Галактика и т. д.) Именно такой принципиально единый характер демонстрирует нам окружающий мир. Подобным образом организуются и научная картина мира, и создающее ее естествознание. Все его части ныне теснейшим образом взаимосвязаны — сейчас уже нет практически ни одной "чистой" науки. Все пронизано и преобразовано физикой и химией. Глобальный эволюционизм — это признание невозможности существования Вселенной и всех порождаемых ею менее масштабных систем вне развития, эволюции. Эволюционирующий характер Вселенной, кроме того, свидетельствует о принципиальном единстве мира, каждая составная часть которого есть историческое следствие глобального эволюционного процесса, начатого Большим взрывом. Самоорганизация — наблюдаемая способность материи к самоусложнению и созданию все более упорядоченных структур в ходе эволюции. Эти принципиальные особенности современной естественнонаучной картины мира и определяют в главном ее общий контур, а также сам способ организации разнообразного научного знания в нечто целое и последовательное.