Порядок и беспорядок в природе. Хаос

Наиболее фундаментальным  из таких вновь введенных понятий, как уже отмечалось выше, стало  понятие открытой системы, которая  способна обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Поскольку между веществом и  энергией существует взаимосвязь, можно  сказать, что система в ходе своей  эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. Вместо нее из среды поступает свежая энергия и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной или даже уменьшаться. Отсюда становится ясным, что открытая система не может быть равновесной, потому ее функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. В конечном итоге прежняя взаимосвязь между элементами системы, то есть прежняя структура, разрушается. Между элементами системы возникают новые когерентные, или согласованные, отношения, которые приводят к кооперативным процессам. Так, схематически могут быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах, которые связаны с диссипацией, рассеянием энтропии в окружающую среду.

Существуют также  случаи самоорганизации иного типа, в которых переход к новым  структурам не связан с диссипацией. Например, увеличивая напор воды путем  открытия водопроводного крана, мы можем  наблюдать переход от плавного ламинарного течения жидкости к бурному турбулентному. Иногда наблюдаются даже случаи, когда возникновение новых структур происходит за счет увеличения энтропии самой системы. Так происходит, например, процесс образования кристаллов из жидкости, снежных хлопьев и биологических мембран.

Пригожин настаивает на необходимости нового диалога  человека с природой. Собственно, по его мнению, этот диалог уже идет и прежде всего в результате изучения механизмов эволюции неживых систем в рамках новой науки – синергетики. "Установившееся в результате ее (науки) успехов, ставшее для европейцев традиционным видение мира – взгляд со стороны. Человек ставит опыты, ищет объяснение их результатам, но сам себя частью изучаемой природы не считает. Он – вне ее, выше. Теперь же начинают изучать природу изнутри, учитывать  и наше личное присутствие во Вселенной, принимать во внимание наши чувства  и эмоции". И далее, говоря о  сути синергетического взгляда на мир, пишет: "Будущее при нашем подходе  перестает быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означает конец классического идеала всеведения. Мир процессов, в котором мы живем и который является частью нас, не может более отвергаться как видимость или иллюзия, определяемая нашим ограниченным способом наблюдения. На заре западного мира Аристотель ввел фундаментальное различие между божественным и вечным небесным миром и изменяющимся и непредсказуемым подлунным миром, к которому принадлежит и наша Земля. В определенном смысле классическая наука была низведением на Землю аристотелевского описания небес. Преобразование, свидетелями которого мы являемся сегодня, можно рассматривать как обращение аристотелевского хода; ныне мы возвращаемся с Земли на небо".

Итак, синергетика  сформулировала принцип самодвижения в неживой природе, создания более  сложных систем из более простых. С синергетикой в физику проник эволюционный подход, и наука приходит к пониманию творения как создания нового. Синергетика вывела случайность на макроскопический уровень, подтвердив тем самым выводы механики для микроскопического уровня. Синергетика подтверждает вывод теории относительности о взаимопревращении вещества и энергии и объясняет образование веществ. Она пытается ответить на вопрос, как образовались те макросистемы, в которых мы живем.

С точки зрения синергетики, энергия как бы застывает  в виде кристаллов, превращаясь из кинетической в потенциальную. Вещество – это застывшая энергия. Энергия – понятие, характеризующее способность производить работу, но энергия сейчас может пониматься не только в смысле механической работы, но и как созидатель новых структур.

Энтропия  – это форма выражения количества связанной энергии, которую имеет  вещество. Энергия – творец, энтропия – мера творчества. Она характеризует  результат. Синергетика отвечает на вопрос, за счет чего происходит эволюция в природе. Везде, где создаются  новые структуры, необходим приток энергии и обмен со средой (эволюция, как и жизнь, требует метаболизма). Если в эволюции небесных тел мы видим результат производства, то в синергетике изучается процесс  творчества природы. И, наконец, синергетика  подтверждает вывод теории относительности: энергия творит более высокие  уровни организации.

В настоящее время  концепция самоорганизации получает все большее распространение  не только в естествознании, но и  в социально-гуманитарном познании. Поскольку большинство наук изучают  процессы эволюции систем, они вынуждены  анализировать и механизмы их самоорганизации.

2 САМООРГАНИЗАЦИЯ В ЖИВОЙ И  НЕ ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Первые  сомнения в классической концепции  развития возникли в 1920-е годы в результате создания новой модели расширяющейся  Вселенной, которая сменила старую стационарную модель. Согласно новым  представлениям, наша Вселенная возникла 15-20 млрд. лет назад в результате Большого взрыва и лишь постепенно пришла к современному состоянию, которое  также не является стабильным. При  этом эволюция шла от простейшего  хаотического состояния к современному упорядоченному.

Затем новые эволюционные идеи проникли и  утвердились в химии, геологии, экологии и других науках. Но до середины XX века по-прежнему считалось, что для неживой материи основной тенденцией является стремление к разрушению и лишь жизнь, представляющая стремление к упорядоченности и организованности, противостоит этой основной тенденции. Это противоречие впервые было четко зафиксировано в книге известного физика-теоретика Э. Шредингера "Что такое жизнь?".

В то же время к середине XX века была сформулирована общая теория систем и основы кибернетики. В них было установлено, что все  системы являются открытыми, т.е. постоянно  обмениваются веществом, энергией и  информацией с окружающей средой. Поэтому решить проблему развития в  физике и, самое главное, найти подходы  к решению вопроса о тепловой смерти Вселенной удалось только тогда, когда физика обратилась к  понятию открытой системы. Тогда  же было установлено, что при определенных условиях в открытых системах могут  возникать процессы самоорганизации.

Самоорганизация – это скачкообразные природные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем упорядоченности по сравнению с исходным.

Критическое состояние – это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития. Ключ к пониманию процессов самоорганизации находится в исследовании взаимодействия открытых систем с окружающей средой.

Особое  значение для утверждения этих взглядов в науке сыграла модель развивающейся  Вселенной, в соответствии с которой  в ее развитии ясно просматривается  нарастающее усложнение строения. В  первые мгновения после Большого взрыва Вселенная представляла собой  смесь элементарных частиц, свободно превращавшихся друг в друга при  гигантской температуре. Затем, по мере снижения температуры, появились существующие сегодня элементарные частицы, ядра атомов водорода и гелия и, наконец, сами атомы этих элементов. Далее  однородная газовая смесь, которой  была Вселенная, начала уплотняться  и превратилась в галактики и  звезды. Внутри звезд образовались все остальные химические элементы таблицы Менделеева, после чего стало  возможным появление планет. На некоторых  из них (по крайней мере, на Земле) смогла появиться жизнь, а затем и  разум. Таким образом, открытия в  космологии подтверждали, что самоорганизация  является фундаментальным принципом  Природы, лежит в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации вещества.

Но  общие теории самоорганизации появились  лишь в 1970-е годы. К их созданию ученые шли разными путями: Г. Хакен, создатель синергетики, – из квантовой электроники и радиофизики; И. Пригожин, основатель неравновесной термодинамики, – из анализа специфических химических реакций. Были ученые, изучавшие эти процессы: в биологии – М. Эйген, в метеорологии – Е. Лоренц, а также автор теории катастроф Р. Том. Постепенно эти ученые начали выходить за рамки своих узких дисциплин, стали замечать аналогию между математическими моделями и концептуальными системами, описывающими разные на первый взгляд процессы. Так стало формироваться убеждение, что во всех этих явлениях есть единая основа, позволяющая создать общую теорию самоорганизации материи. Этому способствовал и системный подход, утвердившийся к этому времени в науке. Созданная теория самоорганизации очень хорошо дополняла системный подход. Если кибернетика делала акцент на анализе динамического равновесия в сложных системах с отрицательной обратной связью, устраняющей возникшие отклонения, то синергетика исследовала механизмы возникновения сложных систем в ходе процессов самоорганизации на основе положительной обратной связи, накапливающей изменения и приводящей к разрушению старой и возникновению новой системы. Сегодня общая теория самоорганизации развивается в основном в рамках двух наук – синергетики и неравновесной термодинамики, во многом дополняющих друг друга.

Но что отличает естественное от искусственного, живое  от неживого, человека от всех прочих? Это отношение ко времени, то, как  система осваивает время. Один из основателей теории ноосферы Альфред  Кожибски так характеризовал основное эволюционное назначение разных форм жизни: "Растения осваивают энергию (например, фотосинтез). Животные осваивают пространство (поиск пищи, раздел территорий и т.д.). Человек осваивает время, как существо социальное, он связывает его в культуре и наследует свой опыт потомкам". И время, следуя И. Пригожину, становится основным объектом постнеклассической парадигмы науки XXI века – науки об открытых, эволюционирующих, самоорганизующихся, самоописывающихся, самовоспроизводящихся системах, неизбежно проходящих в своем развитии фазы кризисов и стабильности, расцвета и упадка. Стартовав с эволюционной эмпирики Дарвина в XIX веке, этот подход в XX столетии был обогащен теорией систем и кибернетикой, нелинейной динамикой и теорией катастроф, фрактальной геометрией, теорией динамического хаоса и теорией сложности, современной и традиционной философией. Теперь он опирается на универсалии точного естествознания, мягко транслируемые в общекультурное русло, и за последнюю четверть века оформился в широкое трансдисциплинарное научное направление – синергетику.