Название: Концепции современного естествознания - Рузавин Г.И.

Жанр: Культурология

Рейтинг:

Просмотров: 1713

Эволюционная теория Дарвина послужила мощным толчком для развертывания исследований о механизмах развития различных природных и социальных систем. Если физические и химические методы исследования многое дали для анализа структуры и функционирования живых систем, то эволюционная концепция биологии заставила физиков и химиков по-новому взглянуть на объекты своих исследований и природу в целом. Они вынуждены были считаться с тем глубоким противоречием, которое существовало между их взглядами и достоверными фактами и теоретически обоснованными утверждениями дарвиновской эволюционной теории. Формирование идей самоорганизации в физике было продиктовано как раз стремлением преодолеть указанное противоречие, которое свидетельствовало о том, что некоторые ее основополагающие понятия и принципы имеют слишком идеализированный характер и неадекватно отображают исследуемую реальность.

Прежде всего, понятие об обратимых процессах, прочно утвердившееся в механике, не учитывало реального характера процесса изменений в природе. Действительно, для механического описания процессов достаточно задать лишь начальные координаты и скорость движущегося тела. Тогда с помощью системы дифференциальных уравнений, описывающих движение, можно однозначно определить положение тела в любой момент, как в прошлом, так и в настоящем. Поэтому фактор времени посути дела не играет никакой роли в механике.

Такое представление крайне упрощает свойства реальных процессов, и в середине прошлого века физики в связи с изучением тепловых процессов вынуждены были ввести фактор времени, который отражал бы реальные изменения, происходящие в ходе эволюции системы. Но представление об эволюции в классической термодинамике, изучающей изолированные системы, было совершенно чуждо механике. В то же время эволюция в термодинамике понималась совсем иначе, чем в биологии. В самом деле, если в теории Дарвина эволюция приводила к совершенствованию и усложнению живых систем в результате их адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды, то в классической физике она связывалась с дезорганизацией и разрушением системы. Такое представление вытекало из второго начала термодинамики, согласно которому закрытая система постепенно эволюционирует в сторону беспорядка и дезорганизации

Резкое противоречие между биологической и физической эволюцией удалось разрешить только после того, когда физика обратилась к понятию открытой системы, т. е. системы, которая обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. При определенных условиях в открытых системах могут возникнуть процессы самоорганизации в результате получения новой энергии и вещества извне и диссипации, или рассеяния, использованной в системе энергии. Таким образом, было установлено, что ключ к пониманию процессов самоорганизации содержится в исследовании процессов взаимодействия системы с окружающей средой.

К установлению общего взгляда на процессы самоорганизации разные ученые шли разными путями. Автор самого термина "синергетика" немецкий физик Герман Хакен, работавший в лабораториях фирмы Белла над новыми источниками света, исследовал механизмы кооперативных процессов, которые происходят в твердотельном лазере. Он выяснил, что частицы, составляющие активную среду резонатора, под воздействием внешнего светового поля начинают колебаться в одной фазе. В результате этого между ними устанавливается когерентное, или согласованное, взаимодействие, которое приводит в конечном итоге к их кооперативному, или коллективному, поведению.

Однако в первое время, по его собственному признанию, он ясно не понимал, что подобные процессы могут происходить и в других системах, а лазер - лишь один из типичных их представителей.

Видный теоретик самоорганизации И. Р. Пригожий пришел к своим идеям из анализа специфических химических реакций, которые приводят к образованию определенных пространственных структур с течением времени при изменении концентрации реагирующих веществ. Вместе со своими сотрудниками он построил математическую модель таких реакций, которые впервые экспериментально были изучены нашими отечественными учеными Б. Белоусовым и А. Жаботинским.

Теоретической основой модели стала нелинейная термодинамика, изучающая процессы, происходящие в нелинейных неравновесных системах под воздействием флуктуации. Если такая система удалена от точки термодинамического равновесия, то возникающие в ней флуктуации в результате взаимодействия со средой будут усиливаться и в конце концов приведут к разрушению прежнего порядка или структуры, а тем самым и к возникновению новой системы. Структуры и системы, возникающие при этом, И.Р. Пригожий назвал диссипативными, поскольку они образуются за счет диссипации, или рассеяния, энергии, использованной системой, и получения из окружающей среды новой, свежей энергии. За исследования по термодинамике диссипативных структур И. Р. Пригожину была присуждена Нобелевская премия по химии.

Другой видный теоретик самоорганизации немецкий ученый М. Эйген убедительно доказал, что открытый Ч. Дарвином принцип отбора' продолжает сохранять свое значение и на микроуровне. Поэтому он имел все основания утверждать, что генезис жизни есть результат процесса отбора, происходящего на молекулярном уровне. Он показал, что сложные органические структуры с адаптационными характеристиками возникают благодаря эволюционному процессу отбора, в котором адаптация оптимизируется самими структурами. Предпосылками для осуществления такой самоорганизации макромолекул являются- взаимодействие системы со средой или открытость для обмена веществом и энергией, автокатализ, мутации и естественный отбор.

В начале 1960-х гг. Е. Лоренц, изучая компьютерные модели предсказания погоды, пришел к важному открытию, что уравнения, описывающие метеопроцессы, при почти тех же самых начальных условиях приводят к совершенно разным результатам. А это свидетельствовало о том, что детерминистская система уравнений обнаруживает хаотическое поведение. Отсюда был сделан вывод, что хаос также характеризуется определенным порядком, который, однако, имеет более сложный характер. Его можно рассматривать как вид регулярной нерегулярности.

Мы видим отсюда, что исследования процессов самоорганизации в начале 1960-х гг. ограничивались отдельными естественнонаучными и инженерными дисциплинами. Сами исследователи не придавали им обобщающего характера и потому никто тогда не предвидел, что из них в 70-х гг. сформируется единая парадигма междисциплинарного исследования. Однако постепенно ученые в своих исследованиях стали выходить за рамки своих дисциплин, начали замечать аналогию между понятиями и уравнениями, которые применялись для анализа разных по конкретному содержанию процессов. Таким образом, медленно, но неуклонно формировалось убеждение, что во всех этих исследованиях существует единое концептуальное ядро, которое служит общей их основой. В сущности именно это ядро и составляет парадигму исследования процессов самоорганизации.