Концептуальная модель развития - раздел Образование, Концепции современного естествознания
Наиболее Важный Этап Процесса Разработки Модели Состоит В Выб...
Наиболее важный этап процесса разработки модели состоит в выборе структуры модели системы. Вряд ли можно считать целесообразным начинать исследования сразу с подробной математической модели еще до того, как выдвинуты основные гипотезы и достигнуто более глубокое понимание механизма работы системы.
Разработка модели системы начинается с наименее структуризованных и наиболее широко применяемых понятий, и на их основе аксиоматическим образом развивается дальнейшая математическая модель.
Методические аспекты изучения развития сложных систем неотрывны от самой теории развития. Задача заключается в том, чтобы для определенного класса систем, а именно открытых динамических самоорганизующихся, конкретизировать общие закономерности развития, формализовать их, построить модель развития.
Идея развития неразрывно связана с концепцией иерархии структурных уровней природы, выступающих как ступени, этапы развития природных объектов. Это положение едино для систем различной природы. Согласно схеме иерархического ступенчатого строения материи, отдельные объекты определенного уровня материи, вступая в специфические взаимодействия, служат исходными образованиями в развитии принципиально новых типов объектов с иными свойствами и формами взаимодействия. При этом основным исходным положением является наличие преемственности. Если нет преемственности, то мы будем наблюдать не процесс развития, а лишь хаотические смены круговоротов. Новое всегда рождается в недрах старого.
Развитие неживой и живой природы рассматривается как необратимое изменение структуры объектов природы. Важная проблема в теории развития – выявление объективных критериев прогресса, которые определяют переход системы от одного уровня развития к другому, более высокому.
Одной из естественнонаучных конкретизаций принципа развития является принцип возрастания энтропии, отражающий образование новых материальных форм и структурных уровней. Уравнение Больцмана для энтропии часто рассматривают как математическое выражение закона эволюции. Однако эта математическая модель процесса развития обладает следующими серьезными недостатками. Она показывает лишь направление эволюции и не учитывает того факта, что развивающиеся системы – это системы открытые, которые могут уменьшать свою энтропию за счет увеличения энтропии во внешней среде.
С позиций неравновесной термодинамики развитие трактуется как последовательность переходов иерархии структур возрастающей сложности. Переход на новый уровень развития идет от беспорядка к порядку через неустойчивость. В неравновесных ситуациях появление порядка возможно только при наличии внешних потоков (вещественно‑энергетических или информационных), удерживающих систему далеко от равновесия. При отсутствии этих потоков (изоляции системы) в подобных ситуациях развиваются диссипативные разрушения структуры, рассеяния (диссипация) энергии или информации, в результате чего системы деградируют к равновесному состоянию. Взаимодействие со средой создает потенциальные возможности для возникновения неустойчивых состояний и появления вслед за неустойчивостью новой, более упорядоченной структуры.
Возникающая в процессе развития неустойчивость создает возможность скачкообразного перехода системы в новое состояние. Скачок можно рассматривать как реакцию системы на возмущение с целью его компенсации, только система возвращается не в старое состояние, а переходит в новое, т. е. «развитие через неустойчивость» обеспечивает устойчивость на более высоком уровне. При этом сама устойчивость понимается не как устойчивость равновесных структур типа кристаллических образований, а как динамическая устойчивость открытых систем за счет самоорганизации, авторегуляции, осуществляемая для достаточно сложных систем в основном путем информационного обмена (В.Эбелинг).
Спокойный эволюционный этап развития характеризуется наличием соответствующих механизмов, стабилизирующих данное состояние системы и ликвидирующих любое отклонение от него (возвращающих систему к этому состоянию). С течением времени эти механизмы ослабляются из‑за количественного роста соответствующих параметров среды или системы, в силу чего они уже не могут осуществлять стабилизацию системы. Наступает кризисное состояние. Новое вступает в противоречие со старым, и, как разрешение этого противоречия, происходит скачкообразный переход системы в новое устойчивое состояние.
Развитие – это прежде всего необратимое изменение. Поэтому слишком устойчивая, т. е. абсолютно устойчивая, система к развитию не способна, ибо она подавляет любые отклонения от своего гиперустойчивого состояния и при любой флуктуации возвращается в свое равновесное состояние. Для перехода в новое состояние система должна стать в какой‑то момент неустойчивой. Но перманентная неустойчивость – это другая крайность, которая также вредна для системы, как гиперустойчивость, ибо она исключает «память» системы, адаптивное закрепление полезных для выживания в данной среде характеристик системы.
Таким образом, хотя имеют право на существование только устойчивые системы (неустойчивые сразу элиминируются), но развиваются только те из существующих систем, которые способны (на время) становиться неустойчивыми под влиянием соответствующих факторов. Такой тип поведения характерен для открытых систем, которые могут находиться в стационарных состояниях, далеких от равновесия.
Такое поведение мы наблюдаем у биологических, экологических, экономических, социальных систем. В настоящее время основные положения неравновесной термодинамики о развитии сложных систем стали практически общенаучными.
Опираясь на такое представление о развитии сложных систем, можно выделить два основных параметра, характеризующих процесс развития. Это устойчивость системы и мера ее организованности.
Развитие – это единый целостный процесс, который может рассматриваться только по отношению к системе, так как этот процесс является результатом кооперативного действия элементов системы. Если мы хотим исследовать процесс развития отдельного элемента, то должны представить этот элемент в виде системы, проведя разбиение его на элементы и выделив внешнюю среду. Мерой организованности системы может служить энтропия, понимаемая в широком смысле. Состояние системы определяется распределением ее элементов, обладающих данным признаком, мерой их упорядоченности. Энтропия системы может быть определена для различных уровней агрегирования ее элементов.
Из изложенных выше рассуждений следует, что для определения состояния и тенденций развития системы необходимо знать, в каком состоянии находится система (устойчивом или неустойчивом) и как при этом меняется энтропия системы.
Эволюционный этап развития, характеризуется устойчивостью системы и увеличением энтропии. Рост энтропии может быть вызван не только ростом числа элементов, но и нарушением связей, упорядоченности системы. В этом случае нарушение связей может привести к тому, что система перестанет выполнять возложенные на нее функции, она будет неспособна к этому в силу своей неорганизованности. Следовательно, рост энтропии не всегда свидетельствует о том, что система повышает свой запас устойчивости. Вблизи точки бифуркации случайные флуктуации могут изменить траекторию движения системы. В зависимости от внешних и внутренних условий система либо деградирует, либо переходит на новый качественный уровень развития. Период зарождения и формирования новой системы связан с потерей устойчивости и возникновением диссипативной структуры, которая сохраняется только благодаря обмену энергией, веществом, информацией с внешней средой. Период зарождения новой системы характеризуется увеличением диссипации. При соблюдении определенных условий в системе могут возникнуть процессы упорядочения структуры, в результате чего энтропия будет уменьшаться и система перейдет в новое устойчивое состояние. На этом один цикл развития заканчивается, начинается следующий – эволюция новой системы. Деградация системы рассматривается в двух аспектах.
В первом случае резко возрастает энтропия, система теряет устойчивость, но перехода в новое устойчивое состояние не происходит. В данном случае отсутствуют регулирующие механизмы (внутренние и внешние), возникает лавинообразный рост энтропии вследствие роста числа новых элементов‑признаков и отсутствия когерентного их поведения. Система дезорганизуется и не может выполнять свои функции.
Во втором случае энтропия уменьшается за счет количественных изменений в системе. Система в силу своей гиперустойчивости теряет способность к адаптации и при наличии соответствующих внешних воздействий может разрушиться, т. е. устойчивость отдельных подсистем еще не определяет устойчивость системы в целом.
Устойчивость развивающихся систем мы связываем со структурной устойчивостью и функционированием системы. В данном случае система, не обладающая способностями к адаптации, не может функционировать в меняющихся внешних условиях (А.К.Айламазян).
В зависимости от значений управляющего параметра система может находиться в большом числе устойчивых и неустойчивых режимов. Траектория развития системы характеризуется чередованием устойчивых областей, где доминируют детерминистические законы, и неустойчивых областей вблизи точек бифуркации, где перед системой открывается возможность выбора одного из нескольких вариантов будущего.
И детерминистический характер уравнений, описывающих поведение системы, позволяющих вычислить заранее набор возможных состояний, определить их относительную устойчивость, и случайные флуктуации, «выбирающие» одно из нескольких возможных состояний вблизи точки бифуркации, теснейшим образом взаимосвязаны. Эта смесь необходимости и случайности и составляет «историю» системы.
Модель связывает конкретный этап развития системы со знаком производной энтропии и устойчивостью системы. Модель показывает, что система любой сложности может проходить при соответствующих условиях все этапы развития.
Предлагаемая концептуальная модель развития базируется на одной из основных категорий информатики – энтропии как мере порядка в системе. Поэтому излагаемую концепцию развития систем назовем информационной и выдвинем гипотезу о том, что она применима к системам неживой и живой природы, искусственным, социальным и другим системам.
Все темы данного раздела:
Предмет естествознания и проблемы моделирования
Если попытаться, хотя бы в самом общем виде, представить себе историю мысленного овладения миром, то в ней обнаруживаются, «переплетаются» три линии, три направления, образующие еди
Понятие системы
Ревизии пришлось подвергнуть и смысл понятия «система». Когда система в целом находится в состоянии, далеком от истинного термодинамического равновесия, а это относится ко всем реал
Бесконечность: потенциальная и актуальная
С точки зрения математики бесконечно большая величина – это величина, которая все время возрастает, но никогда не достигает какого‑либо определенного значения: «n(t)»? при «t»
Законы Ньютона
Модель Ньютона – это одно тело, движущееся в абсолютном бесконечном пространстве равномерно и прямолинейно до тех пор, пока на это тело не подействует сила (первый закон механики) и
Теорема Дж. Белла
Согласно теореме Дж. Белла, всякая теория, выводы которой подтверждаются физическими экспериментами, не может быть одновременно локальной и детерминистской. Классическая механика оп
От физики необходимого к физике возможного
Время – неотъемлемая составляющая нашего бытия. Веками пленяло оно воображение художников, философов, поэтов. Включение времени в галилеевскую механику ознаменовало рождение новой н
Современная космология и космогония
С глубокой древности и до начала нынешнего столетия космос считали неизменным. Звездный мир олицетворял собой абсолютный покой, вечность и беспредельную протяженность. Открытие в 19
Кризис современной космологии
Представляется, что в понятии космологической сингулярности скрыты, по меньшей мере, три проблемы, решение которых потребует изменения научной картины мира в целом.
Время и пространство
В начале XX века выяснилось, что на время «можно влиять»! Очень быстрое движение, например, замедляет бег времени. Затем выяснилось, что поток времени зависит и от поля тяготения. О
Дыры» в пространстве и времени
Черные дыры – это порождение гигантских сил тяготения. Они возникают, когда в ходе сильного сжатия большей массы материи возрастающее гравитационное поле ее становится настолько сил
Новые физические законы
«Если нам действительно удастся построить всеобъемлющую физическую теорию, то со временем ее основные принципы станут доступны пониманию каждого. И тогда все мы, фил
Объединяющая роль хаоса
Между фундаментальными законами физики и всеми остальными науками существовал разрыв. Мы глубоко убеждены в том, что предложенный подход дает более согласованное и единообразное опи
Структурные уровни организации материи
Развитие – это необратимое, направленное, закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта
Информационная концепция развития систем
Понятие развития неживой и живой природы рассматривается как необратимое направленное изменение структуры объектов природы, поскольку структура отражает уровень организации материи.
Особенности описания сложных систем
Те практические задачи, которые сегодня решаются, требуют глубокого изучения отдельных объектов и явлений природы. Большое число задач связано с исследованием сложных систем, таких,
Эволюционные аспекты информационного взаимодействия системы со средой
Характерной особенностью развивающихся систем является их способность к самоорганизации, которая проявляется в самосогласованном функционировании системы за счет внутренних связей с
Диссипативные структуры и явления самоорганизации
Единый процесс развития охватывает явления живой и неживой природы и общества, поэтому естественно описать весь процесс развития на одном языке, в рамках единой схемы, с использован
Условия возникновения самоорганизации
Как отмечалось, развитие системы происходит за счет внутренних механизмов, в результате процессов самоорганизации и за счет внешних управляющих воздействий.
М.Эйгеном на ос
Эволюция и сотворение мира
Разница между учением Библии и естественнонаучным взглядом на возникновение мира и жизни на Земле состоит вовсе не в противопоставлении мгновенного возникновения и д
Отрицает ли акт творения эволюцию?
Казалось бы, творение или эволюция – это жесткая бескомпромиссная альтернатива. Но так ли это? Если Бог сотворил Адама, то остальные люди – его потомки – рождались естественным путе
Возможные альтернативы дарвинизму
Дарвинизм оказался привлекательным для материалистически ориентированной научной общественности XIX века тем, что эта концепция эволюции якобы устраняет сверхъестественные представл
Ложная альтернатива эволюционизму
Критика недостатков дарвинизма привела некоторых исследователей к отрицанию самого феномена эволюции. Это направление мысли, опирающейся на естественнонаучные данные, получило назва
Пирамида языков
Ясно, что построение искомой комбинации было бы невозможно, если б оно сразу начиналось на уровне тех элементов, на котором оно окончательно должно быть выражено – назовем этот уров
Программистские аналогии
В схеме обычной современной ЭВМ воплощен язык машинных команд, состоящий из простейших арифметических и логических операций. Примитивность этого языка – плата за универсальность: пр
Две логики
Еще в школе на уроках геометрии мы хорошо усваиваем сущность строгой логической системы: если удалось протянуть цепочку умозаключений от исходных постулатов до требуемого утверждени
Как исчислять идеи?
В свое время великий Г.Лейбниц выдвинул программу «универсальной характеристики» – языка, символы которого отражали бы их смысл, то есть отношения к другим понятиям, – «его знаки со
Мозг и компьютер
ЭВМ может хранить в памяти любое количество сведений (даже абсолютно бессмысленных) и производить с ними миллионы действий в секунду. Сперва надеялись, что эти достоинства уже гаран
Биокомпьютер
Если оглянуться и окинуть непредвзятым взглядом историю мирового компьютинга, неминуемо обнаруживаешь: огромный корабль компьютерного приборостроения находится в движении. Он медлен
Эволюционное моделирование
Все работы в этой области можно свести к трем группам. В первой окажутся модели происхождения молекулярно‑генетических систем обработки информации, во второй – модели, характе
Нейронные сети и нейрокомпьютер
В последнее время активно ведутся также работы по построению моделей обработки информации в нервной системе. Большинство моделей основывается на схеме формального нейрона У.МакКалло
Интеллектуальные изобретения» биологической эволюции
Интересно разобраться, как в процессе биологической эволюции возникла человеческая логика. Анализ связан с глубокой гносеологической проблемой: почему человеческая логика применима
Биосфера, ноосфера и цивилизация
В.И. Вернадский родился в Петербурге в 1863 году, всего через два года после отмены крепостного права в России, в семье профессора политической экономии, яркого представителя русско
Философские подходы к естествознанию
Центральной идеей, проходящей через все творчество Вернадского, является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах по естествознанию раскрывает корни этого единст
Единство биосферы и человека
Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в разви
Наука как основной фактор ноосферы
Несколько необычен подход Вернадского к науке. Он ее рассматривал как геологическую и историческую силу, изменяющую биосферу и жизнь человечества. Она является тем основным звеном,
Задачи по созиданию ноосферы
Процесс перехода биосферы в ноосферу неизбежно несет в себе черты сознательности, целеустремленной деятельности, творческой работы. Вернадский видел стоящие перед человечеством зада
Переход биосферы в ноосферу: прогноз и реальность
Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние – в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли
Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.
Это условие также можно считать выполненным. С помощью радио и телевидения мы моментально узнаем о событиях в любой точке земного шара. Средства коммуникации постоянно совершенствую
Открытие новых источников энергии.
Условие выполнено, но, к сожалению, с трагическими последствиями. Атомная энергия давно освоена и в мирных, и в военных целях. Человечество (а точнее политики) явно не готово ограни
Исключение войн из жизни общества.
Это условие Вернадский считал чрезвычайно важным для создания и существования ноосферы. Но оно не выполнено и пока неясно, может ли быть выполнено. Мировое сообщество стремится не д
Концепции возникновения жизни
Сейчас уже прочитаны тысячи последовательностей белков и кодирующих их генов и становится ясным, что гены – не что иное, как случайные последовательности из четырех
Эволюционная медицина
Причина болезней – вредоносные факторы, что может быть очевиднее? Эта идея определяет стратегию профилактики и лечения болезней, на ней строят все медицинские теории. С развитием ме
Геронтология и эволюционная биология
Приход человека в мир – уход (рождение и смерть); пленение духа в теле – его освобождение; сотворение мира – конец света: «конец придет – ведь было же начало. Мир родился – мир долж
Бессмертие – пройденный этап
Начнем с феноменов. Разные клеточные популяции нашего организма обладают различной интенсивностью пролиферации, то есть различной скоростью роста и обновления. Если в какой‑то
Особь – индивид – личность
Отбор закрепляет те признаки (точнее, гены, их контролирующие), которые повышают жизнеспособность отнюдь не отдельной особи, а именно вида. И потому в ходе эволюции надежность орган
Эволюционно‑генетическая концепция происхождения этики
Содержание этой главы основано на книгах В.П.Эфроимсона «Генетика этики» и «Генетика гениальности».
Если существование диких хищных животных представляет со
С чего начинается человек и… человечность?
Эволюция вида одновременно идет в разных направлениях, но с разной скоростью. Гемоглобин человека отличается от гемоглобина гориллы лишь одной аминокислотой из 247, и, вероятно, так
Этика как продукт естественного отбора
Естественный отбор на этические эмоции. Круг инстинктов и безусловных рефлексов, необходимых для сохранения потомства, – огромен. Требуется не просто храбрость, а храбрость жертвенн
Происхождение некоторых отрицательных эстетических эмоций
Значительная часть эстетических эмоций носит отрицательный характер. Поэтому следует на нескольких примерах выяснить эволюционно‑генетическое происхождение таких эмоций, как,
Естественный отбор на эмоции защиты старости
Утрата родительских чувств к подросшим детенышам у животных ярко раскрывает то, что родительские эмоции создавались именно естественным отбором: эти эмоции исчезают у каждого животн
Групповой естественный отбор на жажду познания
К одной из особенностей человека следует отнести любопытство и жажду знаний, что обрекало многих людей на жертвы и лишения. Вспоминая проделки бесчисленных поколений школьников и ст
Социальный отбор и порождаемые им искаженные представления об этической природе человека
Отбор естественный и социальный шли в далеко несовпадающих направлениях, если не сказать – противоположных. Нередко главными факторами социального отбора были честолюбие, властолюби
О некоторых тенденциях к отречению от этических норм
Пожалуй, ни к кому не апеллирует так охотно человек, совершивший грязный поступок, как к Достоевскому. Однако надо обратить внимание на то, что характеры и события, описанные им, по
Массовая и индивидуальная преступность
Уничтожение десятков миллионов людей в концентрационных лагерях, массовые расстрелы гражданского населения, бомбежки мирных народов, непрерывные вспышки новых очагов войны, безнаказ
Генетика преступности
Своеобразным резервуаром для преступного мира являются юноши с синдромом Кляйнфельтера, который характеризуется набором половых хромосом XXY (вместо нормального XY), недоразвитием с
Врач‑терминатор» и проблемы деонтологии
О докторе Джеке Кеворкяне из штата Мичиган в России кое‑что писали, что‑то говорили, но, в общем, мало конкретного. Между тем человек этот в своем роде замечательный – «
Юридические проблемы биоэтики
Летом 1985 года в небольшом американском городке Моррис Плейнс, что в штате Нью‑Джерси, в возрасте 31 года скончалась от пневмонии Карен Куинлан. Больше десяти лет пролежала о
Что такое смерть?
Есть ли жизнь за… жизнью? Наверное, пока существует человечество, оно будет задавать себе этот вопрос вновь и вновь. Верующие различных конфессий, атеисты, просто об
Как выглядит смерть?
Другая точка зрения – попытка с помощью физиологических знаний попытаться объяснить указанные феномены (А.А.Хайдак). Для этого обратимся к опыту врачей‑реаниматологов, пережив
Мнимая смерть
Из истории известно, что чудеса происходят там и тогда, где и когда в них готовы поверить. Научная медицина, основанная в Греции примерно за 500 лет до рождества Христова, была почт
Хосписы
Все религии уделяют большое внимание последним минутам умирающих: просили у них прощения, соборовали, исполняли последнюю волю. Сейчас на Западе, а недавно и в нашей стране, появили
Типы научной рациональности
Содержание заключения основано на книге В.С. Степина «Философская антропология и философия науки»
В классической физике идеал объяснения и описания предпола
Библейские представления и развитие естествознания
Примирить библейскую картину творения с эволюционными взглядами современной науки не столь сложно, если провести между ними четкое разделение. Библия символически выражает связь при
Время и вечность.
Акт творения отличается от эволюционного процесса не только своей однократностью, но и тем, что сотворение мира происходит в вечности, а эволюция длится во времени. Вечность – это в
Информационная модель физического мира
В русле декларируемой «методологии» моделирования гипотеза С.Берковича представляет особый интерес с нескольких точек зрения:
– предлагаемая модель позволяет с иных (более
Модель.
Предположим, что существует маленький счетчик. Не важно, что считает этот прибор. Потому что ничего еще нет. Ни килограммов, ни сантиметров, ни вольт или ампер, ни просто элементарн
Эволюционный подход к лечению ран
Рана – всякое механическое повреждение, при котором нарушены кожа или слизистая оболочка. Хотя раны лечат с незапамятных времен, общепринятой теории их лечения нет до сих пор.
Лихорадка, иммунитет и здоровье человека.
Вряд ли найдется человек, который не испытал хотя бы раз лихорадку (или, что то же, горячку) – то состояние, при котором существенно повышается температура. Все тело «горит», ощущение озноба сменяе
Холоднокровные и теплокровные.
Начнем с самого простого – с вопроса о теплокровных и холоднокровных.
У каждого класса и каждого вида животных есть свой диапазон температур, который они постоянно должны поддерживать. Нуж
Лечение температурой.
Если горячка может оказаться полезной организму, стимулируя иммунные реакции и, направляя иммунный ответ на верный путь, то почему бы не лечить больных повышенной температурой? Скажем, просто согре
Человек на новой ступени эволюции.
Тот факт, что человеческий мозг учится влиять на свой собственный материальный и функциональный субстрат, следует рассматривать как появление нового механизма, возникшего в ходе эволюционного проце
Практические советы.
Путь к возможностям, пролегающий через саморегуляцию организма, очень непрост. Требуется либо многолетнее подвижничество йогов, либо сложная биофизическая аппаратура, которой пока не отягощены наши
Новости и инфо для студентов