Формирование идей самоорганизации

Подумайте и ответьте

1. Сформулируйте основные принципы учения Ч. Дарвина об эволюции.

2. В чем заключается главный недостаток его теории?

3. Чем отличается синтетическая теория эволюции от дарвиновской?

4. Перечислите основные факторы и движущие силы эволюции.

5. Каков механизм генетической эволюции?

6. Как объясняет эволюционная теория целесообразность в природе?

7. Почему телеологические объяснения являются не верными?

8. С чем связан биологический прогресс?

9. Чем отличается макроэволюция от микроэволюции?

10. Какая связь имеется между случайностью и необходимостью в живой природе?

Глава 13. Концепция самоорганизации в науке

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, постольку они вынуждены анализировать и механизмы их самоорганизации. Вот почему концепция самоорганизации становится теперь парадигмой исследования обширного класса систем и совершающихся в них процессов и явлений. Обычно под парадигмой в науке подразумевают фундаментальную теорию, которая применяется для объяснения широкого круга явлений, относящихся к соответствующей области исследования. Примерами таких теорий могут служить классическая механика Ньютона или эволюционное учение Дарвина. Сейчас значение понятия парадигмы еще больше расширилось, поскольку оно применяется не только к отдельным наукам, но и к междисциплинарным направлениям исследований. Типичными примерами таких междисциплинарных парадигм являются возникшая полвека назад кибернетика и появившаяся четверть века спустя синергетика. По ходу изложения в некоторых главах мы уже освещали некоторые понятия и принципы синергетики, чтобы получить более общее и глубокое представление о конкретных механизмах самоорганизации. В этой главе рассмотрим их подробнее в историческом и теоретическом плане.

Ранние подходы к изучению самоорганизации в отдельных науках ясно обозначились еще в XVIII в. Они связаны, прежде всего, с деятельностью основоположника классической политической экономии Адама Смита (1723-1790), который в своем главном труде "Исследование о природе и причинах богатства народов" ясно выразил идею о том, что спонтанный порядок на рынке является результатом взаимодействия различных, часто противоположных стремлений, целей и интересов многочисленных его участников. Именно такое взаимодействие приводит к установлению того никем не предусмотренного и незапланированного порядка на рынке, который выражается в равновесии спроса и предложения. Эту главную свою мысль А. Смит выразил в форме метафоры "невидимой руки", которая регулирует цены на рынке.

Каждый отдельный человек старается употреблять свой капитал так, чтобы продукт его обладал наибольшей стоимостью. Обычно он и не имеет в виду содействовать общественной пользе и не сознает, насколько содействует ей. Он имеет в виду лишь собственную выгоду, причем в этом случае он невидимой рукой направляется к цели, которая не входила в его намерения. Преследуя свои собственные интересы, он часто более действенным образом служит интересам общества, чем тогда, когда сознательно стремится служить им.

Аналогичные идеи относительно самоорганизации норм нравственности в обществе высказывали в том же веке шотландские моралисты, которые подчеркивали, что принципы нравственного поведения людей не создаются правителями, политиками и иными общественными деятелями, а формируются медленно и постепенно в ходе самоорганизации людей под влиянием изменяющихся условий их жизни.

Важно при этом обратить внимание на то, что идеи самоорганизации, самосовершенствования и улучшения деятельности социальных систем и общественных учреждений упомянутые ученые связывают с эволюционными процессами, которые происходят в жизнедеятельности людей. Конечно, чаще всего идеи самоорганизации и эволюции не были четко и ясно выражены, они скорее были результатом интуитивного прозрения, чем строгого научного исследования. Тем не менее, от этого их ценность не уменьшается, ибо они подготовили почву для будущих исследований процессов самоорганизации и эволюции.

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 по сути 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.

Однако оно превратилось в такую парадигму только в условиях определенного научного и социального климата, возникшего в 1970-е годы, когда и в науке и в социальной жизни шел поиск новых форм организации исследовательской и общественной деятельности. В науке такие поиски сопровождались отказом от традиционных методов редукционизма, когда сложные процессы пытались свести к простым и элементарным, а тем самым игнорировали их специфические особенности. В системе образования студенты требовали отказа от устаревших методов обучения, предоставления им большей свободы и самостоятельности.

Для научного познания этого времени наиболее характерным был переход от исследования отдельных предметов и процессов к изучению их целостных систем, от рассмотрения их бытия и существования - к анализу их возникновения и развития. Такой переход отчетливо выражен в новом системном методе исследования, который получил широкое распространение после Второй мировой войны в форме комплексных и междисциплинарных исследований. И кибернетика и позднее возникшая синергетика развиваются в русле общего системного движения науки, исследуя такие важнейшие аспекты систем, как их динамическая устойчивость, самоорганизация и организация и особенно механизм возникновения новых системных качеств.

С интересующей нас точки зрения отличие кибернетики от синергетики заключается прежде всего в том, что первая акцентирует внимание на анализе динамического равновесия в самоорганизующихся системах. Поэтому она опирается на принцип отрицательной обратной связи, согласно которому всякое отклонение системы корректируется управляющим устройством после получения информации об этом. В этом смысле допустимо, пожалуй, также говорить о самоорганизации, но здесь эта самоорганизация заложена в систему самой природой, как это видно на примере гомеостаза в функционировании живых систем, либо она заранее планируется и конструируется человеком, например, в автоматах и других подобных устройствах.

В синергетике в противоположность кибернетике исследуются механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в процессе самоорганизации, а не сохранения или поддержания старых форм. Именно поэтому она опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменения, возникшие в системе, не подавляются или корректируются, а, наоборот, постепенно накапливаются и в конце концов приводят к разрушению старой и возникновению новой системы.

Для характеристики самоорганизующихся процессов в литературе употребляются разные термины, начиная от синергетических и кончая нелинейными неравновесными системами или даже системами автопоэтическими или самообновляющимися. Но в целом все они выражают одну и ту же идею, так как речь в них идет о сложноорганизованных системах, являющихся системами открытыми, находящимися вдали от точки термодинамического равновесия.

Хотя для всех них пока не существует единой фундаментальной теории, в общую парадигму их объединяет принадлежность к сложноорганизованным системам.

Дата добавления: 2015-05-08