YourLib.net
Твоя библиотека
Главная arrow Концепции современного естествознания: Курс лекций (С.Г. Хорошавина) arrow 16.4. РОЛЬ СИНЕРГЕТИКИ В СТАНОВЛЕНИИ НОВОГО ПОНИМАНИЯ
16.4. РОЛЬ СИНЕРГЕТИКИ В СТАНОВЛЕНИИ НОВОГО ПОНИМАНИЯ

16.4. РОЛЬ СИНЕРГЕТИКИ В СТАНОВЛЕНИИ НОВОГО ПОНИМАНИЯ

   Процессы, которые протекают в различных явлениях природы, можно разделить на два класса:
   - процессы, протекающие в замкнутых системах и развивающиеся в направлении возрастания энтропии и установления равновесного состояния;
   - процессы, протекающие в открытых системах, в которых в моменты неустойчивости могут возникать малые возмущения, флуктуации, приводящие к развитию новых самоорганизаций.
   Хаос и случайность выступают в качестве активного начала. Самоорганизующейся системе нельзя навязать путь развития, установить жесткий контроль за ней.
   Для синергетики неравновесность — это основание для установления упорядоченности. Если система пребывает в термодинамическом равновесии, то ее элементы игнорируют друг друга, т.е. ведут себя независимо друг от друга. Переход же в неравновесное состояние побуждает элементы устанавливать связь, корреляцию. Происходит “резонансное возбуждение” вступающих во взаимодействие объектов, которое, “разбудив” элементы и реализовав их возможности, не исчезает бесследно. Оно продолжает существовать в качестве центрального параметра диссипативной структуры, поразительное свойство которой — необычайная чувствительность.
   Диссипативная структура — это структура, рассеивающая свою энергию. Рассеяние — переход энергии упорядоченных процессов, например, кинетической, в энергию неупорядоченных, например, теплоту (см. ТЕМУ 10.5). Флуктуации, т.е. изменения во внешней среде оказываются уже не “шумом”, а генератором новых структур. Существование системы становится зависимым от внешних факторов. Неравновесное состояние выступает как естественное для всех явлений действительности.
   Исходя из этих позиций, человечество представляет собой чрезвычайно сложную систему. А сложные системы обладают высокой чувствительностью к флуктуациям (возмущениям). Это вселяет одновременно и надежду и тревогу. Надежду — потому что даже малые флуктуации могут усиливаться и изменять всю структуру, а значит, индивидуальная активность не бессмысленна. Тревогу — потому, что наш мир, наверное, навсегда лишился стабильных законов.

16.4.1. Синергетика и трактовка единства мира в восточной философии
16.4.2. Синергетика и глобальный эволюционизм
16.4.2.1. Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи
16.4.2.2. Инфляционная теория
16.4.2.3. Модель Большого взрыва
16.4.2.4. Различные ветви эволюции
16.4.2.5. Самоорганизация материи на Земле

16.4.1. Синергетика и трактовка единства мира в восточной философии

   Данные синергетики таковы, что логически приводят специалистов к высказываниям о необходимости нового, нетрадиционного миропонимания, имеющего много общего с трактовкой единства мира в восточной философии, и в этой связи — новом понимании места человека в мире и новой стратегии науки в познании действительности.
   Восточная философия, ее взгляды на мировое устройство и эволюцию носят целостный и логичный характер. Представители созданного в середине XIX в. в России умонастроения, названного впоследствии “русским космизмом” (см. ТЕМУ 1.3.2), отталкивались от восточных взглядов на мировую гармонию. Цельность восприятия мирового устройства на Востоке оказала влияние на развитие русской естественнонаучной мысли и послужила причиной глубокого взаимопроникновения научной и философской мысли в России.
   Из диалога с природой, начатого наукой, рассматривающей природу как некий автомат, родился совершенно новый взгляд на исследование природы, в контексте которого содержится утверждение о том, что активное вопрошание природы есть неотъемлемая часть ее внутренней активности.
   Древние китайцы мыслили синергетически. Оценка механизма резонансного возбуждения и его настройка на внешние факторы вызывает ассоциации с древнекитайским учением — даосизмом — и его мировоззренческой ориентацией на органическую целостность мира. Все связано со всем: каждый цветок, каждый камень — это элементы мировой гармонии.
   Представления о цветке и камне в восточной философии как необходимых элементах мировой гармонии говорят о том, что неосторожное вмешательство в процессы даже второстепенной важности могут привести к нарушению гармонии мира. Эти представления (как паутина в лесу: в одном месте тронь — в другом отзовется) вполне уживаются с нашим осознанием причин кризисных и экологических явлений.

16.4.2. Синергетика и глобальный эволюционизм

   Проблемы самоорганизации имеют существенное значение для понимания эволюции материи, развития живых систем и преобразования социальных. Синергетика представляет собой процесс усложнения, в результате которого образуются высокоупорядоченные структуры, качественно отличающиеся от исходных.
   Учение об эволюции, созданное Ч. Дарвином, показывает, как постепенно под влиянием естественного отбора происходило совершенствование видов и возникновение новых. Разумеется, что новые организации представляют собой весьма совершенные самоорганизующиеся системы, которые значительно отличаются от самоорганизующейся системы неорганической природы. Поэтому возникает вопрос: нельзя ли разработать и обосновать такую концепцию эволюции, которая раскрывала бы механизм эволюции глобального, даже космического масштаба? Иными словами: можно ли представить все формы движения материи, весь материальный мир Вселенной?

16.4.2.1. Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи

   Космология — это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем. Существует понимание космологии как физического учения о всей Вселенной в целом и в частности — о Метагалактике. Но такое понимание спорно, так как не включает вклада астрономии в учение о Вселенной, свойствах звезд, галактик, квазаров и других космических объектов.
   Космология как наука об эволюции Вселенной — очень молодая наука. Несмотря на то, что космологические настроения явились ядром многих учений, начиная с древности, они все были лишь предысторией научной космологии.
   В последние годы были предприняты попытки осуществления программы космологического эволюционизма с учетом новых данных космологии и физики. Эта концепция основана на так называемой модели Большого взрыва.
   Современная наука дает возможность построить более или менее убедительно в своих основных чертах картину глобальной эволюции. Наиболее характерными особенностями этой эволюции являются:
   1. Признание того, что она должна начинаться с простого состояния.
   2. Последующее усложнение материальных систем.
   3. Глобальная эволюция может осуществляться только в результате взаимодействия микро- и макроэволюции.
   Выделяют несколько этапов развития космологических теорий.
   1. Классическая космология (Ньютон, Кант, Ламберт, Шарлье и т.д.) давала модель иерархической структуры Вселенной в виде бесконечной последовательности систем все возрастающих масштабов.
   Недостатки:
   1) была плохо обоснована;
   2) не учитывала уменьшения гравитационных сил с увеличением расстояния;
   3) гравитационных сил недостаточно для удержания галактик и их скоплений;
   4) галактики со временем должны распасться на отдельные элементы.
   Было принято, что Метагалактика — самая большая космическая система, в которой концентрируются галактики. Сами же метагалактики распределены в пространстве равномерно и однородно на сколь угодно больших расстояниях.
   2. Созданная А. Эйнштейном общая теория относительности связала тяготение с кривизной пространства-времени. Тяготеющие массы через гравитационное поле вызывают искривление пространства-времени, а уравнения Эйнштейна связывают кривизну пространства-времени с плотностью массы, импульсом, потоками масс и импульсов. На основе этих уравнений была разработана “статическая модель Вселенной”.
   3. Нестационарность Вселенной. Советский математик А.А. Фридман в 1922 г. нашел иное решение уравнений общей теории относительности. Вселенная не стационарна, и ее пространство обладает переменной во времени кривизной, одинаковой во всех малых масштабах. Он вывел три следствия из предложенных решений:
   - Вселенная и ее пространство расширяются со временем;
   - Вселенная сжимается;
   - во Вселенной чередуются через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.
   4. В 1926 г. американский астроном Хаббл исследовал спектры далеких галактик и подтвердил вывод Фридмана о нестационарности Вселенной, в результате чего в космологии утвердилось мнение — модель расширяющейся Вселенной.
   Согласно этой модели, считается, что расширению Вселенной предшествовал этап, когда материя в определенной ее части находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии. Ученые предполагают, что в таком состоянии она оставалась крайне простой структурой. Между частицами и связывающими их силами существовала симметрия. Таким образом, более двадцати миллиардов лет назад все вещество Вселенной находилось в точечном объеме с бесконечной плотностью. Как оно там оказалось? Модель не объясняет, но предполагается, что в результате гравитационного коллапса произошло разрушение всех атомных ядер, элементарных частиц и материя сжалась в точку с бесконечной массой и плотностью.
   С этой точкой зрения не все физики согласны, например, академик В.Л. Гинсбург считает, что уравнения специальной теории относительности применимы лишь до масштабов 10-33 см.
   Таким образом, необходима разработка квантовой теории гравитации, которая будет более точно описывать тяготение.

16.4.2.2. Инфляционная теория

   В качестве одного из наиболее вероятных сценариев эволюции Вселенной, в рамках которого удается решить большинство космологических проблем, современная космология рассматривает сценарий, включающий инфляционную стадию. Инфляция в переводе с латинского — вздутие. Инфляционная стадия предполагает процесс вздутия Вселенной. Основная идея инфляционной теории состоит в том, что и расширение Вселенной и весь последующий ход эволюционного развития рассматриваются из состояния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом. Однако в физическом смысле вакуум не есть пустота, в нем постоянно происходят процессы рождения и уничтожения всевозможных частиц, квантов, полей. В контексте инфляционной теории эволюция Вселенной представляется как синергетический самоорганизующийся процесс.

16.4.2.3. Модель Большого взрыва

   Считается, что после того как 15 млрд. лет назад произошел Большой взрыв, началось постепенное охлаждение и расширение Вселенной. Причины Большого взрыва и перехода к расширению во всех моделях Вселенной считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой физической современной теории. Но если взрыв был, то дальше картина выглядит следующим образом (Силк Дж. Большой взрыв. М., 1982. С. 75-76, 79-217):
   1. Через 10-43 с от начала расширения началось рождение частиц и античастиц.
   2. Через 10-6 с — возникновение протонов и антипротонов и их аннигиляция. Количество протонов на одну стомиллионную часть (10-8) превышало количество антипротонов, в результате чего после аннигиляции возникло и сохранилось то вещество, из которого возникли все галактики, звезды и планеты. Если бы число протонов было бы равно числу антипротонов, то вещество полностью перешло бы в излучение и невозможно было бы наблюдение Космоса и Земли.
   3. Через 1 с после начала расширения стали рождаться и аннигилировать электронно-позитронные пары.
   4. Через 1 мин начались ядерный синтез и образование ядер дейтерия и гелия. На долю последних пришлось примерно 30% от массы оставшихся протонов. Образование более тяжелых элементов в рамках этой теории объяснить не удалось, так как не хватило времени для их синтеза в процессе расширения. Эти элементы образуются в последующей эволюции звезд в результате термоядерных реакций в их недрах, а тяжелые элементы синтезируются при взрыве сверхновых и затем выбрасываются в космическое пространство, где они со временем концентрируются в газово-пылевые облака, из которых образуются звезды второго поколения типа Солнца и планеты вокруг них.
   Через 300 тыс. лет после Большого взрыва произошло отделение излучения от вещества, Вселенная стала прозрачной, в последующие миллиарды лет стали формироваться галактики, первичные звезды в шаровых скоплениях и звезды второго поколения в спиральных рукавах галактик.
   В современной космологии происходит борьба идей. В модели Большого взрыва всей материи неясны причины взрыва, а выделившаяся при этом энергия не может быть объяснена никакими законами физики. Все, что не запрещено законами природы может быть где-нибудь, когда-нибудь реализовано, если это законы объективного мира. Но следует различать объективные законы природы и теоретическое выражение этих законов в науке. Последние всегда являются приближением к первым, поэтому далеко не всякая теоретическая модель может иметь объективный аналог в природе.

16.4.2.4. Различные ветви эволюции

   Переход к вещественным структурам начинается при температуре порядка 4000 К. При охлаждении до 3000 К протоны захватывают свободные электроны, в результате чего образуются ядра легких элементов. Дальнейшее охлаждение вело к образованию молекул.
   Таким образом, эта ветвь эволюции связана с микропроцессами и привела к образованию элементарных частиц, атомов, молекул и т.п.
   Другая ветвь эволюции охватывает микропроцессы, начиная от возникновения кристаллов, минералов и заканчивая появлением звезд, звездных скоплений, галактик и супергалактик. Этот процесс начался через 700 тыс. лет после Большого взрыва. Усложнение материи на всех этапах эволюции сопровождалось разрушением прежних симметрии между основными физическими взаимодействиями. Сначала сильное взаимодействие в пределах атомных ядер и появления атомов. Затем значительную роль получают электромагнитные силы, которые способствуют появлению большинства физических макромолекул. И, наконец, с появлением больших космических тел на первый план выходят гравитационные силы.
   Рассмотренная выше модель не является абсолютной. Уже сейчас выдвигаются альтернативные подходы, например, модель пульсирующей Вселенной, в которой периодически появляются этапы “сбегания” и “разбегания” материи.
   Дальнейшая эволюция Вселенной в различных моделях рисуется неоднозначно. Все эти модели представляют собой идеализации, основанные на определенных постулатах. Так как мы ничего не знаем о поведении Вселенной за пределами нашего ближайшего окружения с радиусом 108 световых лет, то, очевидно, что никакая модель не может определить точно момент времени, когда началось расширение Вселенной. Мы можем только грубо оценить, что длительность расширения ближайшей к нам области может быть порядка 109—1010лет.

16.4.2.5. Самоорганизация материи на Земле

   Земля возникла 4,6 млрд лет назад, а жизнь на ней — около 3—3,5 млрд лет назад. Можно предположить, что на Земле самоорганизация материи происходила в специфических условиях: восстановительная атмосфера, перепады температур, солнечная радиация, атмосферное электричество, вулканическая деятельность, которые послужили основанием для дальнейшего органического синтеза. Эти условия явились базой для такого сочетания молекул, при котором возникли первичные сахара, аминокислоты, азотистые образования. В процессе дальнейшего развития вероятностный процесс приобрел не только черты селекции, учитывающей преимущества направленных физико-химических процессов, но и выгодность информационных механизмов.
   Следующая фаза связана с селекцией информационных молекул, контролирующих управление химическими реакциями и самовоспроизведением. Становление подлинно живых систем окончательно завершилось в рамках популяций, видов. В пределах этих форм организации живого окончательно и в полной мере реализовались основные факторы эволюции. Изменчивость генотипов, т.е. информационных систем оказалась опосредованной и зависящей от сложных взаимоотношений в биотических сообществах.
   Идея о самодвижении материи, возникновении материального мира или космоса из первоначального хаоса встречается в древнейших учениях Востока. На Западе эта идея ясно прослеживается в архаических мифах и ранней греческой философии.
   “Мир, единый из всего, не создан никем из богов, и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим”, — высказывание, принадлежащее Гераклиту Эфесскому, жившему много веков назад.
   Именно на идее саморазвития не только живой, но и неживой материи основывается принцип глобального эволюционизма, т.е. развития в глобальных масштабах, в размерах всей Вселенной. В рамках этой идеи и строятся модели развития Метагалактики, в том числе постоянно развивается и дополняется описанная выше теория Большого взрыва.
   В прошлом не раз выдвигались модели Вселенной, основанные на некоторых уравнениях теории тяготения, общей теории относительности и ряде дополнительных постулатов. Эти модели считались достаточными для характеристики всей Вселенной. Она считалась то статичной, то расширяющейся в неограниченный вакуум, то пульсирующей. Однако этих моделей недостаточно, все они будут идеализацией, отнюдь не тождественной реальности. Для познания Вселенной необходимо раскрытие природы гравитации, разработка единой теории материи, синтез космологии и физики микромира, а также много других дисциплин.

 
< Пред.   След. >