Единство мира” и самоорганизация материи

Естествознание, таким образом, вполне подтверждает идею единства материи, движения и пространства-времени, т.е. субстанциальное единство мира. Можно говорить, что философская и физическая картины мира существенным образом взаимосвязаны. Причем, с одной стороны, теоретический уровень научного познания в значительной мере “питается” из кладовой философских идей, с другой — вы-

нуждает философию менять принципы своей метафизики, стимулирует развитие ее содержания и формы. Накапливая и расширяя совокупность частных законов, выражающих существенные связи отдельных сторон действительности, конкретная наука обобщает их, превращая в общенаучные, а затем и универсальные. Таковы законы сохранения, симметрии, принцип соответствия, теория систем.

В середине XIX в. в естествознании стихийно шел процесс диалектизации, который проявлялся, с одной стороны, в интеграции областей научного знания, в результате чего раскрывались более общие, функциональные связи действительности; с другой — в появлении концепций, объектом которых было усложнение материальных образований. Науки о неживой природе и науки о живой изучали системные объекты и стремились описать их динамику.

Системы характеризуются рядом общих свойств: иерархичностью, устойчивостью, детерминированностью, инерционностью, колебательностью. Иерархичность предполагает наличие в системе различных структурных уровней, что должно учитываться при рассмотрении системы. Устойчивость характеризует способность системы возвращаться в равновесное состояние после прекращения действия на нее внешних сил. Детерминированность указывает на определенность системы, ее обусловленность, подчинение закону, прогнозируемостъ поведения. Инерционность означает свойство сопротивления системы внешним воздействиям либо изменениям. Благодаря инерционности оказывается возможным существование еще одного важного системного свойства — колебательности, то есть способности системы к периодическому изменению собственных параметров.

Системы бывают разные: закрытые и открытые, статические и динамические, равновесные и неравновесные, однородные и неоднородные и т.д. Классическая термодинамика обращена к закрытым системам, то есть к системам, у которых отсутствует постоянный обмен со средой веществом, энергией и информацией. Таким системам присущ определенный объем энергии. Правда, полностью закрытых систем в природе не существует. Можно говорить только о том, что системе свойственны односторонние связи, направ-

ленные внутрь и что система не реагирует на внешние воздействия. Вместе с тем превалирование в любой системе внутренних связей дает основание считать, что ей свойственна большая или меньшая степень изолированности от внешней среды.

Равновесная термодинамика, изучающая такие системы, открыла направленность их движения, а именно, направленность на разрушение, деградацию. На основе закона сохранения и превращения энергии (Джоуль, Майер) было сформулировано второе начало термодинамики, согласно которому перераспределение энергии осуществляется в сторону теплоты, а теплота, по Р. Клаузиусу (немецкий физик), “не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему”. Происходит как раз обратное: теплота переходит от горячего к холодному, то есть в одном направлении. В термодинамику было введено понятие “энтропия” (мера беспорядка системы), выражающее физическую сущность данного направления. При помощи этого понятия формулируется закон: “При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает”. Возрастание энтропии характеризует процесс движения системы к термодинамическому равновесию. Иерархический порядок движения частиц в системе нарушается, а устойчивость за счет равномерного распределения энергии между частицами приобретает тенденцию к нулевому потенциалу системного движения. Эта направленность выражена в короткой формуле — “от порядка к хаосу” и была интерпретирована как объективное свойство самой природы.

Одно из следствий толкования второго начала термодинамики касалось астрофизических явлений: все виды энергии превращаются в теплоту, которая рассеивается в космосе и вызывает в конце концов тепловую смерть Вселенной. Современная космология опровергает такие выводы, доказывая, что существуют и обратные процессы — превращение теплоты в другие виды энергии. Звезды во Вселенной не только затухают, но и возгораются вновь. Вселенная не закрыта, не стационарна и многокачественна, и в ней невозможно термодинамическое равновесие, а стало быть, жизнь космоса имеет тенденцию к бесконечности.

Если астрофизика постоянно демонстрирует возникновение новых небесных образований, то возникает необходимость обобщить этот процесс — теоретически и экспериментально доказать факт усложнения форм движения неживой природы и тем самым ликвидировать противоположность направленности движения живого.

В русле данного движения мысли возникло новое направление современной науки — синергетика. Это слово употребляется в различных значениях: “наука о сложных системах”, “синергетическое мировидение”, “исследовательская стратегия”, “неравновесная термодинамика”, “теория самоорганизации”. Эти различия указывают на существование ряда школ и направлений в интерпретации синергетики, на ее общенаучный характер. Термин “синергетика” (от греч. “совместное действие”, “согласованно действующий”) был предложен немецким ученым Г. Хакеном. Г. Хакен и И. Пригожин считаются ее основателями. В разработке направления принимали участие известные ученые американской (Р. Грэхем, К. Джордж, Дж. В. Хант и др.) и русской (А. Венгеров, С. Гамаюнов, С. Курдюмов и др.) синергетических школ. Несмотря на множество интерпретаций синергетики, есть основания для их единства. В чем же оно состоит?

Прежде всего укажем специфический объект синергетических исследовательских программ. В отличие от классической науки, в том числе равновесной термодинамики, синергетика исследует открытые системы, то есть такие, в которых постоянно происходит обмен со средой веществом, энергией и информацией. Это динамические системы, которые изменяют свое состояние во времени. Динамические свойства отражают поведение системы в состоянии движения, изменения параметров. Они объединяют инерционность и колебательность системы, что необходимо учитывать при анализе ее устойчивости.

Объекты синергетического исследования отличаются нелинейностью, то есть не связаны функциональной зависимостью как прямая и обратная пропорциональность. В действительности практически все системы имеют нелинейный характер. Линейность выступает как частный случай

нелинейных закономерностей, свойственный инженерному мышлению классической науки XVII-XIX вв. (законы Р. Гука, Г. Ома). В XX в. стали интенсивно изучаться эффекты нелинейности, происходило постепенное осознание универсальности нелинейных явлений. Появилась теория нелинейных колебаний и волн, нелинейная оптика. Осмысление сущности биологических систем в рамках линейного мышления представляется и вовсе невозможным. Современная биофизика обращена к нелинейным закономерностям.

Нелинейность связана со сложностью и неравновесностъю систем. Сложные системы представляют собой разноуровневые образования, состоящие из множества простых элементов. Простота их условна и относительна, она заключается в том, что, взятые отдельно, они не обладают особыми свойствами, характеризующими основное качество сложного объекта. Как было сказано выше, эти свойства называются эмерджентными. Они являются следствием поведения системы как определенной целостности. Фундаментальным критерием сложности объекта выступает наличие имманентного (внутренне присущего) потенциала самоорганизации. Эти процессы исследуются синергетикой в классе систем, находящихся “вдали от равновесия” (Пригожин, Стенгерс). Равновесность и неравновесность определяются через процесс повышения энтропии. При максимальной энтропии система теряет возможность изменения, что и указывает на ее равновесное состояние.

Синергетика обращена к исследованию “рождения сложного” (Николис, Пригожин), самодвижения, эволюции. Внимание акцентировано на моментах неустойчивости, на случайных движениях. Эволюция с необходимостью включает нарушение симметрии (в пер. с греч. — соразмерности) между прошлым и будущим, что характеризует необратимость процесса. Открытость системы, нахождение “вдали от равновесия”, наличие случайных отклонений от равновесного положения (флуктуации; в пер. с лат. — колебание) составляют условие образования новых форм упорядоченности.

Для описания эволюции важно представление о хаосе и порядке. Эти понятия известны с древности. Под хаотичес-

кими явлениями понимаются процессы, которые невозможно представить с точки зрения детерминизма. На основе знания их состояния в определенный момент времени нельзя делать никаких прогнозов. Они в принципе непредсказуемы. Объективными свойствами хаотических систем выступают необратимость, вероятность и случайность. Синергетика исследует движение от хаоса к порядку.

В цикле развития такой системы выделяются две фазы. К первой относятся линейные изменения, подводящие систему к ситуации, определяемой как неустойчивое, критическое состояние. В критической точке, которая выступает как порог, перейдя который система становится неустойчивой относительно колебаний, случайность подталкивает оставшиеся части системы на новый путь развития. Эта пороговая точка получила название “точка бифуркации” и означает “выброс” целого веера возможных путей дальнейшего существования системы. “Выбор пути” в такой точке представляет собой чистый случай мгновенного, необратимого скачка в новое состояние. Как образно выразился один из авторов, система случайно как бы падает, сваливается на один из путей. Точка бифуркации свидетельствует о возросшей до максимума роли случайности в определении будущего движения системы. Но после выбора вновь вступает в силу детерминизм — действие необходимости и возможность прогнозирования. Таким образом, в характеристике эволюционного процесса случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга. Они раскрывают характер рождения нового и более сложного.

Пример образования новых структур, отличающихся большей сложностью, хорошо выражен в явлении, названном ячейками Бернара. Это результат эксперимента, проведенного и изученного в гидродинамике. При нагревании жидкости в сосуде круглой или прямоугольной формы образуется разница температур между нижним и верхним слоями. При малой разнице температур процесс осуществляется на микроуровне и выражается в беспорядочном движении молекул. При большой разнице в определенный момент он скачком “вырывается” на макроуровень, и образуется устойчивая упорядоченная ячеистая структура. Это озна-

чает, что в пороговой точке рождается новое явление, удивительное прежде всего тем, что представляет собой организацию миллиардов молекул вокруг некоего центра. Каждая отдельная молекула вдруг начинает вести себя коллективно, так же как и другие, как будто “знает”, как ведут себя эти другие. Необходимо отметить, что при сохранении условий возникшая структура приобретает черты устойчивости.

В настоящее время процессы самоорганизации материи исследуются синергетикой в широком спектре различных научных дисциплин. Метафорически этот процесс называется “порядок из хаоса”. “Хаос” здесь не обозначает “мертвую зону” полностью уравновешенной энергии изолированной системы — скорее это своеобразное поле, характеризующееся малыми колебаниями, необычайно чувствительными к моментам неустойчивости. Понятие хаоса вводится в категориальный аппарат синергетического видения изменений материальных структур, ибо через хаос осуществляется связь разных уровней организации. Он уже не представляет собой фактор безусловного разрушения, ему свойственны и созидательные функции, которые особенно могут проявляться в критических ситуациях. “Из этого общего представления следует, в частности, что усилия, действия одного человека не бесплодны, они отнюдь не всегда полностью растворены, нивелированы в общем движении социума. В особых состояниях неустойчивости социальной среды действия каждого отдельного человека могут влиять на макросоциальные процессы. Отсюда вытекает необходимость осознания каждым человеком огромного груза ответственности за судьбу всей социальной системы, всего общества” .⁵⁰

Синергетика подтверждает нелинейность самоорганизации сложных систем, свидетельствует о том, что они содержат в себе возможность нескольких путей дальнейшего движения — усложнения или деградации. Выбор этого пути чрезвычайно усиливает роль случая, но это не означает полное отсутствие детерминизма. Побеждают в конце, концов тенденции, выработанные наукой и историей.

Новые интерпретации законов сохранения и превращения энергии однозначно.подтверждают такое фундаменталь-

ное свойство материи, как неуничтожимость и несотворимостъ. Принцип неуничтожимости материи служит методологическим ориентиром для науки, исследующей различные ее формы и процессы, механизмы разрушения и созидания новых, более сложных структур, подтверждая тезис о несотворимости материи из ничего.