Самоорганизация в природе

Классификация материальных систем

Основные понятия синергетики

Согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы (атом, планета, организм, галактика и т.д.). Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними. Понятие элемент означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Существенно, что элемент является таковым лишь по отношению к данной системе. В других же отношениях он сам может представлять собой сложную систему (пример: молекула – атом). Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Существует два типа связей между элементами системы – по «горизонтали» и по «вертикали». Связи по «горизонтали» – это связи координации между элементами одного порядка. Связи по «вертикали» – это связи субординации, то есть соподчинения элементов. Одни части системы по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Таким образом, вертикальная структура определяет уровни организации системы, а также их иерархию.

Любое системное исследование начинается с представления о целостности изучаемой системы. Последнее означает, что элементы системы, соединяясь вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами. Свойства системы – не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Так, химические свойства частиц вещества, молекул, зависят не только от их состава, строения, но и характера химической связи между атомами.

Таким образом, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы.

В естественных науках выделяют два больших класса материальных систем:

– системы неживой природы;

– системы живой природы.

Поскольку в природе все взаимосвязано, можно также выделить системы, которые состоят из элементов как живой, так и неживой природы (биогеоценозы). Например, экосистемы.

Структурными уровнями организации материи являются:

а) в неживой природе:

элементарные частицы;

атомы;

молекулы;

поля;

физический вакуум;

планеты и планетные системы;

звезды и звездные системы (галактики);

системы галактик (метагалактики):

и т.д.

б) в живой природе

системы доклеточного уровня (нуклеиновые кислоты и белки);

клетки (одноклеточные организмы и элементарные единицы живого вещества);

многоклеточные организмы растительного и надорганизменные структуры (виды, популяции, биоценозы);

биосфера (вся масса живого вещества).

Таким образом, в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход. Термодинамика (наука о тепловых процессах материальных систем) подразделяет их на открытые и закрытые (изолированные, замкнутые). Закрытые системы, в отличие от открытых, не обмениваются веществом или энергией с внешней средой. Изолированные системы – это идеализация, в реальности такие системы являются исключением. Открытыми диссипативными системами по существу являются все живые и неживые природные и общественные системы. Открытые системы могут обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Самоорганизация означает упорядоченность существования материальных систем, переход на более высокие уровни сложности или материальной организации, то есть в сторону меньшего беспорядка. В термодинамике мерой беспорядка является функция состояния называемая энтропией. Согласно второму началу термодинамики в закрытых системах, имеющих постоянную энергию, самопроизвольно могут протекать процессы в сторону возрастания энтропии, то есть система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью частиц – элементов. Это наиболее простое состояние системы называется состоянием термодинамического равновесия. Это состояние, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия – полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу. Если наша Вселенная замкнута, то ее ждет именно такая незавидная участь. Из хаоса, как утверждали древние греки, она родилась, в хаос, как предполагает классическая термодинамика, и возвратится. Возникает, правда, любопытный вопрос: если Вселенная эволюционирует только к хаосу, то как же она могла возникнуть и самоорганизоваться до нынешнего упорядоченного состояния? Дарвиновская теория эволюции входила в прямое противоречие с классической термодинамикой. Предполагаемый этой теорией процесс развития растительного и животного мира характеризуется его непрерывным усложнением, нарастанием уровня организации и порядка. Живая природа почему-то стремилась прочь от термодинамического равновесия и хаоса. Это противоречие законов развития живой и неживой природы разрешается, если постулировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна осуществлять работу против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.

Синергетика под самоорганизацией понимает спонтанный переход открытой неравновесной системы к более сложным и упорядоченным формам организации.

Необходимым условием самоорганизации системы является ее диссипативность. Термин «диссипация» букв. означает рассеяние. Без диссипации создаваемых в системе неоднородностей не могут возникнуть новые структуры.

Решающим фактором самоорганизации является образование положительной обратной связи система↔среда. В результате самоорганизации система противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, такое явление в химии называется автокатализом. В неорганической химии оно довольно редко. Однако, как показали исследования последних десятилетий, в области молекулярной биологии составляют саму основу жизни.

В развитии открытых неравновесных систем наблюдаются две фазы.

1. Период плавного эволюционного развития. Он характеризуется хорошо предсказуемыми линейными изменениями, в результате которых система переходит к некоторому неустойчивому критическому состоянию.

2. Период скачкообразного выхода из критического состояния и перехода в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности.

Важная особенность: переход системы в новое устойчивое состояние неоднозначен. Возможны многие устойчивые состояния. Какое будет выбрано – решает случай! Но после того как «выбор сделан», и система перешла в качественно новое устойчивое состояние – назад возврата нет. Таким образом, развитие таких систем имеет принципиально непредсказуемый характер. Можно просчитать варианты путей эволюции системы, но какой именно из них будет выбран случаем – однозначно спрогнозировать нельзя. Можно лишь определить математическую вероятность. Синергетика использует для этих случаев методы математического моделирования.

Синергетика показывает, что переход от хаоса к порядку вполне поддается математическому моделированию. И более того, в природе существует не так уж много универсальных моделей такого перехода. Качественные переходы в самых различных сферах действительности (в природе, обществе, в экономике, духовной культуре и т.д.) подчиняется часто одному и тому же математическому сценарию.

В последние десятилетия методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: от молекулярной физики до эволюции звезд и космологических процессов, от электронных приборов до формирования общественного мнения и демографических процессов.

5.4. Концепция глобального эволюционизма.

В концепции глобального эволюционизма Вселенная предстает как природное целое, развивающееся во времени. Вся история Вселенной от Большого Взрыва (ее зарождения) до возникновения человечества рассматривается как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи. В этом процессе различные типы эволюции (химический, биологический, социальный и т.д.) преемственно и генетически связаны между собой.

Естествознание создало единую модель универсальной эволюции после того, как были выявлены общие законы природы, связывающие в единое целое:

а) происхождение Вселенной (космогенез);

б) возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез);

в) возникновение жизни (биогенез);

г) возникновение человека и общества (антропосоциогенез).

В концепции глобального эволюционизма выделяют две важнейшие закономерности:

1. Развитие мира идет в направлении повышения его структурной организации.

2. Принцип (идея) отбора. Новое возникает как результат отбора наиболее эффективных образований. Неэффективные отбраковываются историческим процессом. Качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он впитал в себя предшествующий опыт исторического развития материи.

Дата добавления: 2014-01-07