Головна

ЗАКЛЮЧНА

§ 11.1. Глобальний еволюціонізм

Становлення еволюційних ідей в науці

В даний час вченими робляться спроби сформулювати нові загальні теорії, які б адекватно представляли сучасні погляди на природу, а також взаємини суспільства і природи. Сучасні методології науки і фахівці в різних областях природознавства найбільш перспективною системою поглядів вважають еволюційно-синергетичний парадигму. Саме з нею багато вчених пов'язують подальший розвиток природознавства.

Як ми знаємо, все в природі - галактики, зірки, планети, світ неживої і живої природи і т. Д. - рухається і розвивається. Ймовірно, єдина еволюційна теорія матиме величезне наукове, теоретико-пізнавальне і практичне значення (якщо вона може бути побудована). Але і зараз практично всі галузі природознавства пронизані принципом еволюціонізму, т. Е переконанням в тому, що матерія, Всесвіт і все її елементи розвиваються (еволюціонують). При цьому мається на увазі, що еволюція - розвиток, процес зміни (переважно незворотного) живої та неживої природи. Еволюція може вести до ускладнення, диференціації, підвищенню рівня організації системи (прогресивна еволюція; або ж, навпаки, до зниження цього рівня (регрес).

Принцип еволюціонізму йде корінням до поглядам античних філософів (Геракліта, Емпедокла, Демокріта, Лукреція та ін.), Які висловлювали ідеї про змінюваність навколишнього світу. У природознавство ідея розвитку світу почала активно впроваджуватися в XVIII в. Принцип еволюціонізму в найпростіших своїх формах використовувався при описі живої природи, особливо в працях трансформистов, які висловлювалися на користь зміни і перетворення органічних форм і походження одних організмів від інших (Р. Гук, Е. Дарвін (дід Ч. Дарвіна), Д. Дідро , Ж. Л. Бюффон, Е. Ж. Сент-Ілер, І. В. Гете, К. Ф. Рулье, Ж. Б. Ламарк). У розумінні суті еволюції явищ в неживій природі велику роль зіграли ідеї І. Канта, який у своїй роботі «Загальна природна історія і теорія неба» (1755) зробив спробу пояснити походження світу виходячи з фізичних законів.

Еволюційне вчення досягає свого розквіту в XIX в. Теоретичного моделювання об'єктів, що розвиваються стали приділяти все більше і більше уваги спочатку в науках про Землю і біології, а далі в соціології. Г. В. Ф. Гегель створив систематичну теорію діалектики, де центральним поняттям був розвиток, а протиріччя виступало внутрішнім джерелом розвитку. Широку популярність еволюційне вчення отримало після появи концепції Ч. Дарвіна про еволюцію живих об'єктів шляхом природного відбору. Заслуга формулювання ряду законів, які розкривають сутність еволюційних процесів в суспільстві, безумовно, належить К. Марксу. Німецький мовознавець А. Шлейхер, що розглядав природні мови як єдиний організм, заклав основи теорії еволюції природних мов.

У 1850 р Р. Ю. Е. Клаузіус сформулював другий початок термодинаміки (одночасно з У. Томсоном), а пізніше ввів поняття ентропії і запропонував гіпотезу «теплової смерті» Всесвіту. На основі поняття ентропії та подання про незворотні процеси, що залежать від часу, було введено поняття «стріли часу» фізичних процесів. Висновки Клаузиуса про «теплової смерті» Всесвіту послужили поштовхом до розвитку більш складних моделей еволюції (А. Ейнштейн, A.A. Фрідман і Г. А. Гамов та ін.).

Еволюційні ідеї проникали в геологію, біологію, географію в XIX - першій половині XX ст. У кожній з галузей природознавства вони мали свої форми реалізації. Тому не було вироблено єдиних концептуальних основ, які давали можливість подивитися на проблему з загальних позицій. Цьому заважало і те, що в арсенал фізичних і хімічних галузей знання еволюційні ідеї увійшли досить пізно. Аж до другої половини XX ст. в цих галузях панувала вихідна абстракція закритою оборотної системи, в якій фактор часу не грає ролі. В кінцевому рахунку вивчалися закриті рівноважні системи, а нерівноважні процеси розглядалися як обурення, другорядні відхилення, якими можна знехтувати в остаточному описі пізнаваного об'єкта. Багато в чому причиною виникнення еволюційно-синергетичної парадигми була поява кібернетики, загальної теорії систем, а далі синергетики, в рамках якої розглядаються наведені нижче ідеї.

Основні принципи глобального еволюціонізму

Тільки в кінці XX ст. природознавство приступило до створення теоретичних і методологічних засобів для побудови єдиної моделі універсальної еволюції, виявлення загальних законів природи, що зв'язують в єдине ціле походження Всесвіту, виникнення Сонячної системи і Землі, виникнення життя і, нарешті, виникнення людини і суспільства. Саме такою моделлю і є концепція глобального еволюціонізму. У цій концепції Всесвіт визначається як розвивається в часі природне ціле, а вся історія Всесвіту від Великого вибуху до виникнення суспільства розглядається як єдиний процес, в якому космічний, хімічний, біологічний і соціальний типи еволюції котрі і генетично пов'язані між собою.

В даний час вважається, що еволюція є процес виникнення більш складних структур з більш простих, т. Е суть еволюції полягає в інтеграції простіших елементів в цілісні освіти більш високого рівня, в більш складні системи, що характеризуються новими якостями. Перелічимо найбільш важливі фази еволюції оточуючого нас світу [29]:

? космічна еволюція (Великий вибух, освіту елементарних частинок, формування атомів і молекул, виникнення галактик, зірок і планет і т. Д.);

? хімічна еволюція (утворення системи хімічних елементів і сполук, виникнення органічних сполук, полімеризація в ланцюзі органічних молекул);

? геологічна еволюція (освіта структур земної кори, гір, вод і т. Д);

? еволюція протоклітини (самоорганізація біополімерів і зберігання інформації на молекулярному рівні, просторова індивідуалізація, виникнення молекулярного - мови);

? дарвіновська еволюція (розвиток видів тварин і рослин і їх взаємодія, виникнення екосистеми на Землі);

? еволюція людини (розвиток праці, мови і мислення);

? еволюція суспільства (розподіл праці, громадська організація, техніка, громадські формації і т. Д.);

? еволюція інформації та обміну інформацією (збагачення та зберігання знання, розвиток зв'язку, науки і т. Д.).

§ 11.2. Самоорганізація як елементарний процес еволюції

Самоорганізація і класична термодинаміка

Відповідно до сучасних уявлень, елементарним процесом еволюції є самоорганізація. Можна сказати, що по суті еволюція складається з нескінченної послідовності процесів самоорганізації. У широкому сенсі слова під самоорганізацією розуміють тенденцію розвитку природи від менш складних до більш складних і впорядкованим формам організації матерії. У більш вузькому розумінні самоорганізація є спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від простих і невпорядкованих форм організації до більш складних і впорядкованим. Самоорганізуються, повинні відповідати певним вимогам: 1) вони повинні бути нерівновагими або перебувати в стані, далекому від термодинамічної рівноваги; 2) вони повинні бути відкритими і отримувати приплив енергії, речовини та інформації ззовні. За Г. Хакен [23, 24], систему можна назвати самоорганізується, якщо вона без специфічного впливу ззовні знаходить якусь просторову, тимчасову або функціональну структуру. Під специфічним зовнішнім впливом розуміється таке, яке нав'язує системі структуру або функціонування.

Останнім часом сутність самоорганізації у відкритих системах вивчається в новій галузі природознавства - синергетики, яка охоплює всі проблеми, пов'язані з утворенням впорядкованих структур в складних системах в результаті скоррелировать поведінки підсистем. Її основні ідеї сягають Е. Шредінгер, A.M. Тьюрингу, Л. фон Берталанфі, І. Пригожина, М. Ейген і Г. Хакен. Вважається, що вирішальне значення для створення синергетики мали розробка і розвиток методології наступних дисциплін: термодинаміки незворотних процесів у відкритих системах; нелінійної механіки, електрофізики і фізики лазерів; хімічної кінетики сильно нерівноважних процесів; еволюції популяцій в екології; нелінійної теорії регулювання, кібернетики і системного аналізу. Наведений перелік підтверджує міждисциплінарний характер синергетики.

Для того щоб зрозуміти сутність систем, що самоорганізуються, які розглядає синергетика, нагадаємо, що виділяють закриті системи, які не обмінюються з середовищем речовиною, енергією та інформацією. Поведінка закритих систем розглядається в рамках класичної термодинаміки. Центральним поняттям термодинаміки є ентропія S - функція стану термодинамічної системи, зміна якої dS в рівноважному процесі дорівнює відношенню кількості теплоти dQ, повідомленого системі або відведеного від неї, до термодинамічної температури Т системи: dS = dQ / T. Нерівноважні процеси в ізольованій системі супроводжуються зростанням ентропії, наближаючи систему до стану рівноваги, в якому ентропія максимальна.

Стосовно закритим системам були сформульовані два з трьох почав термодинаміки. перший початок термодинаміки по суті є законом збереження енергії в застосуванні до термодинамічних процесів: Q = А + ?U, де Q - кількість теплоти, що повідомляється термодинамічної системи (наприклад, пару в тепловій машині); А - вчиняється нею робота; ?U- зміна її внутрішньої енергії. Перший початок термодинаміки сформульовано в середині XIX в. під впливом робіт Ю. Р. Майера, Дж. Джоуля і Г. Гельмгольца. Відповідно до першого початку, в закритій системі енергія зберігається, хоча і може набувати різних форм.

другий закон термодинаміки іменується законом зростання ентропії і говорить, що в замкнутій системі ентропія або залишається незмінною (якщо в системі протікають оборотні, рівноважні процеси), або зростає (при нерівних процесах). Іншими словами, неможливий перехід теплоти від більш холодного тіла до більш нагрітого без будь-яких інших змін в системі або навколишньому середовищу. Отже, другий початок термодинаміки встановлює наявність в природі асиметрії (односпрямованість всіх мимовільних процесів).

На підставі другого закону термодинаміки була сформульована модель «теплової смерті» Всесвіту, відповідно до якої всі види енергії у Всесвіті поступово переходять в теплову енергію, а Всесвіт неминуче наближається до теплової смерті. Хід подій у Всесвіті неможливо повернути назад, і ентропія не може зменшуватися. Здатність Всесвіту підтримувати організовані структури з часом слабшає, і такі структури розпадаються на менш організовані. У міру зменшення запасу енергії і зростання ентропії в системі знижуються відмінності між її частинами. Це означає, що Всесвіт чекає однорідне майбутнє.

Використання другого початку має глибокий природничо-науковий сенс. З його допомогою описується досить широкий клас явищ. Наведемо кілька прикладів: 1) якщо холодне тіло вступило в контакт з нагрітим, обмін теплотою відбувається так, що врешті-решт температури обох тіл вирівнюються; система стає абсолютно однорідною, а процес йде лише в одному напрямку; 2) якщо з посудини, частина якого заповнена газом, прибрати перегородку, газ заповнить весь простір. Протилежний процес не відбувається: газ сам по собі не сконцентрується в половині обсягу судини; 3) слід, який літак залишає за собою в небі, поступово розмивається і зникає. У всіх цих випадках системи еволюціонують до єдиного кінцевого стану - стану теплового рівноваги. Початкові структури зникають, замінюючись однорідними системами. При аналізі цих явищ на мікроскопічному рівні, т. Е при розгляді руху атомів або молекул, виявляється, що безлад збільшується. Саме такі явища описуються класичною термодинамікою.

Однак у міру розвитку природознавства були виявлені суперечності між результатами деяких природних явищ і висновками, зробленими в рамках класичної (рівноважної) термодинаміки. Остання не могла пояснити виникнення таких складних систем, як галактики, Сонячна система і, нарешті, рослинний і тваринний світ Землі. Особливо багато питань виникло після встановлення факту нестаціонарності характеру Всесвіту. Нагромаджені дані дозволили в рамках нерівноважної термодинаміки і синергетики сформулювати такі постулати: 1) процеси руйнування систем і їх самоорганізації у Всесвіті рівноправні; 2) процеси наростання складності і впорядкованості мають в основному єдиний алгоритм, який не залежить від природи систем, т. Е існує досить універсальний механізм самоорганізації в живій і неживій природі.

Приклади процесів, що відбуваються у відкритих системах

Розглянемо кілька простих прикладів упорядкування (самоорганізації) у відкритих системах [24].

Приклад 1. Впорядкування водяної пари при його охолодженні ззовні. При високих температурах молекули пара рухаються вільно, без взаємної кореляції. При зниженні температури утворюється крапля рідини, в якій відстань між молекулами в середньому зберігається, т. Е їх рух сильно скоррелировано. Нарешті, при ще більш низьких температурах, в точці замерзання, вода перетворюється в кристали льоду - молекули розташовані в певному порядку. Такі переходи між різними агрегатними станами (фазами) відбуваються досить різко. Хоча молекули кожен раз одні й ті ж, макроскопічні властивості трьох фаз істотно різні. І цілком очевидно, що розрізняються їх механічні, оптичні, електричні та теплові властивості.

Приклад 2. Впорядкування в феромагнетиках (наприклад, в магнітної стрілкою компаса). При нагріванні у феромагнетика раптово зникає намагніченість, а при зниженні температури намагніченість раптово з'являється знову. На мікроскопічному, атомному рівні це можна уявити так: магніт складається з великої кількості елементарних (атомних) магнітів (званих спинами). При високих температурах «магнітики» розподілені за напрямками хаотично.

Їх магнітні моменти, складаючись, взаємно знищуються, і в результаті макроскопічна намагніченість виявляється рівною нулю. При температурах нижче критичної елементарні магніти вибудовуються в певному порядку, що призводить до появи макроскопічної намагніченості. Таким чином, впорядкування на мікроскопічному рівні служить причиною появи на макроскопічному рівні нового властивості матеріалу. (Перехід з однієї фази в іншу називається фазовим.) Так само різкий перехід спостерігається в надпровідниках: в деяких металах і сплавах нижче певної температури електричний опір раптово і повністю зникає внаслідок, упорядкування електронів в металі.

приклад 3. Процеси, що відбуваються в твердотільному лазері - оптичному лазерному генераторі (хоча лазерна генерація виявлена ??і в міжзоряному просторі). Він являє собою твердий стрижень, в який впроваджені атоми певного типу - активне середовище (рис. 11.1); на торцях стрижня встановлені дзеркала. Кожен атом може збуджуватися дією ззовні, наприклад за допомогою світла. Після цього атом діє як мікроскопічна антена, випускаючи цуг світлових хвиль довжиною близько 3 м. Процес випромінювання триває зазвичай 10-8с. Дзеркала служать для селекції таких цугов: біжать в аксіальному напрямку цуги відображаються кілька разів від дзеркал і залишаються в лазері більш тривалий час, інші швидко покидають обсяг. Зі збільшенням вхідної потужності (накачування лазера) відбувається наступне. При малих потужностях накачування лазер працює як лампа: атомні антени випромінюють світлові цуги незалежно один від одного (хаотично). При потужності накачування, що дорівнює порогової потужності лазерної генерації, має місце зовсім інше явище. Атомні антени осцилюють в фазі, випускаючи один гігантський цуг (рис. 11.2).

При подальшому збільшенні накачування інтенсивність излученного світла (т. Е вихідна потужність) різко зростає. Очевидно, що при цьому макроскопічні властивості лазера докорінно змінилися, причому зміна нагадує фазовий перехід в феромагнетику.

Приклад 4. Конвективная нестійкість, або нестійкість Бенара. Нехай шар рідини підігрівається знизу, а зверху температура підтримується постійною. При малої різниці температур теплота переноситься завдяки теплопровідності і рідина залишається в спокої. Коли температурний градієнт досягає деякого критичного значення, в рідини починається макроскопическое рух. Так як нагріті області рідини розширюються, вони мають більш низьку щільність і спливають наверх, охолоджуються і опускаються знову на дно. Цей рух відбувається впорядковано. При цьому формуються або циліндричні, або гексагональних осередку. Таким чином, з однорідного стану виникає впорядкована просторова структура. Більш того, при ще більшому збільшенні температурного градієнта виникає нове явище - в циліндрах починається хвильовий рух уздовж їх осей. За допомогою цих та аналогічних явищ робляться спроби описувати процеси руху повітря і утворення хмар, переміщення літосферних плит і т. Д.

Приклад 5. У реакції Бєлоусова - Жаботинського також утворюються просторові, тимчасові або просторово-часові структури. Для її здійснення змішують Ce2(SO4)3, КВгО3, СН2(СООН)2, H2SO4 і додають кілька крапель ферроіна (окисно-відновного індикатора). Яка утворюється однорідну суміш переливають у пробірку, де відразу починаються часові осциляції. Розчин періодично змінює колір - з червоного, що вказує на надлишок Се3+, На блакитний, відповідний надлишку Се4+. Так як реакція йде в замкнутій системі, вона в кінці кінців приходить в однорідне рівноважний стан. Процеси утворення подібних структур підкоряються принципам, аналогічним тим, які керують переходами типу порядок - безлад в лазерах, а також в гідродинамічних та інших системах.

Приклад 6. Моделлю клітинного взаємодії може служити агрегація слизовика (багатоклітинного організму, утвореної шляхом з'єднання окремих клітин). У фазі росту організм існує у вигляді окремих амебовідних клітин. Через кілька годин після припинення росту ці клітини збираються і утворюють полярне тіло, уздовж якого вони поділяються на спорові і стеблові клітини, складові плодове тіло слизовика. Окремі клітини здатні час від часу спонтанно випускати в навколишній простір порції молекул певного типу, звані цАМФ, і, більш того, посилювати імпульси цАМФ. Таким чином, вони спонтанно виділяють хімічні речовини. Відбувається колективне випускання хімічних імпульсів, які мігрують у вигляді хвиль концентрації з центру, внаслідок чого виникає градієнт концентрації цАМФ. Окремі клітини «відчувають» напрямок градієнта і мігрують до центру за допомогою псевдоподий (ложноножки). В результаті виходять макроскопічні хвильові структури (спіральні або концентричні кола).

Таким чином, у багатьох системах різного характеру (фізичних, хімічних, геологічних, біологічних, географічних і т. Д.) активно відбуваються процеси самоорганізації і виникнення більш складних структур. При цьому такі системи повинні бути відкритими (обмінюватися речовиною і енергією з навколишнім середовищем) і істотно нерівновагими (перебувати в стані, далекому від термодинамічної рівноваги).

Властивості систем, що самоорганізуються

Поведінка систем, що розглядаються синергетикою, описується за допомогою нелінійних рівнянь - рівнянь другого або більшого порядку, оскільки самоорганізуються вкрай складні (нелінійні). Отже, ці системи можна характеризувати як нестійкі і нерівноважні. Неравновесность в свою чергу породжує вибірковість системи, її складні реакції на зовнішні впливи середовища. При цьому деякі слабші зовнішні впливи можуть чинити більший вплив на еволюцію системи, ніж впливу хоча і більш сильні, але не адекватні власним тенденціям системи. Інакше кажучи, в нелінійних системах можливі ситуації, коли спільні дії двох причин викликають ефекти, які не мають нічого спільного з результатами впливу цих причин окремо.

Важливим наслідком нелінійності поведінки самоорганізованих систем є пороговий характер багатьох процесів в таких системах, т. Е при плавній зміні зовнішніх умов поведінка системи змінюється стрибком. Іншими словами, в станах, далеких від рівноваги, слабкі обурення (флуктуації) роблять сильний вплив на систему, руйнуючи сформовану структуру і сприяючи її радикальному якісної зміни. Тому нелінійні системи, будучи нерівновагими і відкритими, створюють і підтримують неоднорідності в середовищі. В таких умовах між системою і середовищем іноді створюються відносини зворотного позитивного зв'язку, а саме: система впливає на середу таким чином, що в останній виробляються певні умови, які в свою чергу обумовлюють зміни в самій цій системі. Прикладом може служити ситуація, коли в ході хімічної реакції або якогось іншого процесу виробляється фермент, наявність якого стимулює виробництво самого цього ферменту.

При взаємодії відкритих системи з зовнішнім середовищем відбувається дисипація енергії - перехід енергії впорядкованого процесу в енергію неупорядкованого процесу, в кінцевому рахунку в теплову енергію. У загальному випадку диссипативними називають такі системи, в яких енергія упорядкованого процесу переходить в енергію неупорядкованого, в кінцевому рахунку теплового (хаотичного) руху. У відкритих системах з нелінійним протіканням процесів можливі термодинамічно стійкі нерівноважні стану, далекі від стану термодинамічної рівноваги і характеризуються певною просторової і тимчасової впорядкованістю (структурою), яку називають дисипативної, так як її існування вимагає безперервного обміну речовиною і енергією з навколишнім середовищем. При цьому величезна кількість микропроцессов набуває інтегративну результуючу на макрорівні, яка якісно відрізняється від того, що відбувається з кожним окремим її мікроелементом. Завдяки цьому можуть спонтанно виникати нові типи структур, що характеризуються переходом від хаосу і безладдя порядок і організації.

Поняття ДИСИПАТИВНИХ безпосередньо пов'язано з поняттям параметрів порядку. Самоорганізуються, характеризуються великою кількістю параметрів, причому ці параметри вловлюють вплив навколишнього середовища неоднаково. З плином часу в системі виділяється кілька провідних, визначальних параметрів, до яких «підлаштовуються» інші. Такі параметри системи іменуються параметрами порядку. Співвідношення, що зв'язують параметри порядку, зазвичай набагато простіше, ніж математичні моделі, детально описують систему в цілому, оскільки параметри порядку відображають зміст підстав нерівноважної системи. Тому виявлення параметрів порядку - одна з найважливіших завдань, що вирішуються при вивченні систем, що самоорганізуються.

§ 11.3. Закономірності самоорганізації та еволюційного процесу

Закономірності та фактори еволюції

Однією з центральних в синергетики є ідея про принципову можливість спонтанного виникнення порядку і організації з безладдя та хаосу в результаті процесу самоорганізації. Вирішальним фактором самоорганізації виступає позитивний зворотний зв'язок системи і середовища. При цьому система починає самоорганізовуватися і протистоїть тенденції її руйнування середовищем (в хімії таке явище називається автокаталіз).

Здатність систем до самоорганізації в чому визначається характером взаємодії випадкових і необхідних чинників системи та її середовища. Зазвичай самоорганізація переживає переломні моменти - точки біфуркації. При цьому під біфуркацією зазвичай розуміють придбання нової якості в рухах динамічної системи при малій зміні її параметрів. Основи теорії біфуркації закладені А. Пуанкаре і A.M. Ляпуновим на початку XX ст., Потім ця теорія була розвинена A.A. Андроновим і його учнями.

Поблизу точок біфуркації в системах спостерігаються істотні випадкові відхилення фізичних величин від їхніх середніх значень (флуктуації), тому роль випадкових факторів різко зростає. У переломний момент самоорганізації принципово невідомо, в якому напрямку буде відбуватися подальший розвиток: чи стане стан системи хаотичним або вона перейде на новий, більш високий рівень впорядкованості та організації (фазові переходи і дисипативні структури - лазерні пучки, нестійкості плазми, хімічні хвилі Білоусова - Жаботинського , структури Релея і ін.). У точці біфуркації система як би стоїть перед вибором шляху подальшого розвитку. В такому стані невелика флуктуація може послужити поштовхом до початку еволюції (організації) системи в деякому певному (часто несподіваному або навіть малоймовірному) напрямку, одночасно виключаючи можливості розвитку в інших напрямках. Виявилося, що перехід від хаосу до порядку піддається математичному моделюванню і існує не так вже й багато загальних моделей такого переходу. При цьому істотно, що якісні переходи в самих різних сферах дійсності (в природі і суспільстві) можуть відбуватися за одним і тим же сценарієм. Знання основних біфуркацій дозволяє істотно полегшити дослідження реальних систем (фізичних, хімічних, біологічних та ін.), Зокрема передбачити характер нових рухів, що виникають в момент переходу системи в якісно інший стан, оцінити їх стійкість і область існування.

Отже, основними умовами формування нових структур є відкритість системи, знаходження її далеко від точки рівноваги і наявність флуктуації. Нестійкість і неравновесность визначають розвиток систем. В особливій точці біфуркації (критичний стан) флуктуації досягають такої сили, що організація системи може зруйнуватися. Дозвіл кризової ситуації досягається швидким переходом дисипативної системи на новий, більш високий рівень впорядкованості, який отримав назву дисипативної структури. Це і є акт самоорганізації системи. Оскільки флуктуації випадкові, то і вибір кінцевого стану системи є випадковим, неоднозначним, причому процес переходу одноразовий і незворотний. У процесі переходу все елементи системи поводяться корелювали (узгоджено), хоча до цього вони перебували в стані хаосу.

Загальна схема еволюційного процесу як послідовності процесів самоорганізації зводиться до наступного [29]:

? відносно стабільне пе стан системи втрачає стійкість. Як причини, що викликають втрату стійкості, виступають тимчасові зміни внутрішнього стану або накладених крайових умов. Найхарактернішою причиною еволюційної нестійкості є раптова поява нової моди в русі, нового різновиду молекул в хімії, нового виду в біології. Цей новий елемент в даній динамічній системі призводить до втрати стійкості стану системи, яке до появи нового елементу було стійким;

? нестійкість, обумовлена ??новим елементом в системі, запускає динамічний процес, який призводить до подальшої самоорганізації системи, і система породжує нові впорядковані структури;

? по завершенні процесу самоорганізації система переходить в еволюційний стан (п +1). після n-го еволюційного циклу починається новий (п +1) -й Еволюційний цикл.

Характерно, що реальна еволюція ніколи не закінчується, вона якимось чином знаходить вихід з будь-якого глухого кута, і цим виходом є новий цикл самоорганізації.

Кожен парціальний (приватний) еволюційний процес переводить систему в нову, в певному сенсі більш високу еволюційну площину, а процес в цілому володіє спіральною структурою (рис. 11.3). Аналіз діючих і визначають послідовність станів системи умов, сил і механізмів необхідний для розробки теорії еволюції. Остаточні відповіді поки отримати не вдається.

Особливе значення надається наступним факторам [29]:

? здатності до зменшення ентропії шляхом обміну енергією і речовиною з навколишнім середовищем;

? нерівноважному характеру системи, що знаходиться на закритичному відстані від термодинамічної рівноваги;

? нелінійності (динаміка системи істотно визначається ефектами, які описуються рівняннями другого і більш високого порядку);

? здатності до самовідтворення, т. Е до утворення щодо точних копій вихідної системи або підсистем;

? кінцівки часу життя системи, пов'язаної з нею безперестанної зміни поколінь і процесу оновлення;

? існування декількох стійких станів системи, залежно поточного стану від передісторії, потенційної здатності до зберігання інформації;

? відбору систем і механізмів з сприятливими властивостями з великого числа можливих конкурентних процесів;

? стабільності системи при випадкову помилку в процесі репродукції як джерела нових структур, механізмів та інформації;

? обробці інформації, т. Е здатності до її створення, зберігання, відтворення і використання;

? оптимізації та адаптації, здатності підлаштовуватися до зовнішніх умов, існування критеріїв оптимізації;

? морфогенезу, т. Е формоутворення системи і її органів;

? утворення еталонів з тенденцією до збільшення різноманіття і складності;

? розгалуження, т. Е все більш сильному розщепленню реального і в ще більшій мірі потенційного шляху еволюції;

? мережевій структурі з тенденцією до утворення все більш складних співвідношень і залежностей між підсистемами;

? єдності дії необхідних і випадкових чинників;

? диференціації, спеціалізації і розподілу функцій підсистем;

? об'єднанню систем шляхом з'єднання в ціле всі більш зростаючої складності і все більшою потенції до дії;

? ієрархічним будовою систем, елементи яких вкладені один в одний (існування параметрів порядку);

? прискоренню еволюції, т. Е постійному наростання середньої швидкості еволюційного процесу внаслідок механізмів зворотного зв'язку.

Цей перелік можна легко продовжити.

Особливості еволюційного процесу

Одна з істотних рис глобальної еволюції - подобу явищ в системах, на перший погляд абсолютно різних. Наприклад, виявлена ??аналогія якісних переходів при еволюційних процесах з фазовими переходами в термодинаміки. Проілюструвати це положення можна на прикладах з фізики та екології (рис. 11.4 і 11.5). Нехай біологічні види займають на певній території одну екологічну нішу. При появі нового виду, який істотно краще використовує ту ж нішу, настає фаза переходу від співіснування до повного витіснення вихідних видів (рис. 11.4, а, б). Відзначимо загальні властивості такого роду процесів: стану 1 і 2 розділені перехідною областю кінцевої величини; в перехідній області стану (види) відрізняються один від одного; симетрія щодо використання видами екологічної ніші не повинна порушуватися; стрибкоподібний перехід може бути обійдений, наприклад, за допомогою повільного поліпшення селекційної цінності таксона 1 до цінності таксона 2. Аналогічними властивостями характеризується і такою, наприклад, термодинамічний фазовий перехід, як перехід вода - пар. На рис. 11.4, в для порівняння представлений графік зміни термодинамічної потенціалу -? = pV функції обсягу.

Інший істотний для еволюції процес - спеціалізація, диференціація або розподіл функцій (рис. 11.5, а). Наприклад, такий процес реалізується, коли один вид використовує дві екологічні ніші, але в ході еволюції одна частина виду спеціалізується по відношенню до однієї ніші, Інша частина - до іншої, поки не утворюються два різних види. Оскільки при цьому ресурси обох ніш використовуються з поділом функцій, стає можливим швидке поліпшення пристосованості (рис. 11.5, б). У подібних випадках вдається встановити наступні властивості: перехід відбувається в певній точці, що відзначається припиненням освіти змішаного потомства; з настанням переходу порушується симетрія використання ніш підвидами; в точці переходу обидва стану збігаються. Такий перехід аналогічний кінетичного переходу, наприклад, як в лазері (рис. 11.5, в).

Звернемося до рис. 11.6. На ньому відзначена ще одна суттєва особливість процесів еволюції - розгалуження. Наочне опис цієї властивості дає теорія графів. Наприклад, якщо вершин графа поставити у відповідність види якогось роду або класу, що виникали в ході еволюції життя на Землі, і з'єднати ребрами (стрілками) види, що відбулися один від одного, то результатом буде особливого виду орієнтований граф - древо еволюції. Воно має низку специфічних властивостей: у такого дерева завжди одне початок і в більшості випадків кілька решт, відповідних вимерлим або теперішнім видам; циклічні послідовності предок - нащадок спостерігаються лише у виняткових випадках (наприклад, у вірусів грипу); у такого графа не існує сходяться подграфов, оскільки за визначенням виключається перенесення генетичної інформації між різними видами одного покоління, а походження одного виду від іншого означає сприйняття генетичної інформації.

Картина змінюється при переході від видів до рас або підвидів. Якщо інформаційний обмін можливий, то виникають сходяться гілки, т. Е досягається суттєвий прогрес в еволюції. Зрозуміло, не випадково, що при цьому виникають мовні структури. Передача інформації за допомогою мови -істотне фактор вищих щаблів еволюції. Виникнення і поширення природних мов також може служити прикладом процесу еволюції. На дереві еволюції природних мов відмічено сильне розгалуження.


Таким чином, еволюційно-синергетична парадигма відображає спрямованість розвитку світового цілого на підвищення своєї структурної організації. Вся історія Всесвіту - від моменту сингулярності до виникнення людини і розвитку суспільства - постає як єдиний еволюційний процес на основі процесів самоорганізації. Важливу роль в парадигмі універсального еволюціонізму грає ідея відбору. Все нове виникає як результат відбору найбільш ефективних формоутворень, неефективні новоутворення відбраковуються. В даний час еволюційно-синергетична парадигма - найважливіша в природознавстві. З одного боку, вона дає уявлення про світ як про цілісність, дозволяє бачити закони і явища в їх єдності, а з іншого - орієнтує природознавство на виявлення конкретних закономірностей самоорганізації та еволюції матерії на всіх її структурних рівнях.

На закінчення зазначимо, що в світ далеко ще не пізнаний. Багато явища природи не отримали наукового пояснення і тому носять загадковий, таємничий характер. Так, не досліджені в достатній мірі явища в різних оболонках Землі (літосфері, атмосфері і т. Д.), закони макроеволюції і багато іншого. Але було б наївно вважати, що природознавство може відразу вирішити всі проблеми пізнання. Природознавство - незавершене будівлю, а цілеспрямована діяльність людства. Тому можна вважати, що непізнане сьогодні буде досліджено і пояснено в майбутньому, коли для цього складуться відповідні передумови. Однак на зміну одним непізнаним питань прийдуть інші, не менш цікаві і загадкові.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Яке місце в природознавстві займає еволюційне вчення? Які його історичне коріння? Що таке еволюційно-синергетична парадигма?

2. Що таке глобальний еволюціонізм і в чому він проявляється? Перерахуйте фази еволюції навколишнього нас світу.

3. Що таке синергетика? Які її основні принципи?

4. Які основні ідеї класичної термодинаміки? Як вони співвідносяться з уявленнями, що розвиваються в синергетики?

5. Які приклади систем, що самоорганізуються процесів ви знаєте?

6. Що таке самоорганізуються? Які їх основні ознаки і властивості?

7. Що таке диссипативность і нелінійність системи?

8. Які основні умови і фактори виникнення і існування самоорганізованих процесів?

9. У чому проявляється подібність різних систем, що самоорганізуються процесів? Наведіть приклади.

ЛІТЕРАТУРА

1. Балбоянц А. Молекули, динаміка, життя. Введення в самоорганізацію матерії. М., 1990.

2. Вінер Н. Кібернетика та суспільство. М., 1958.

3. Вилькенштейн М. В. Ентропія і інформація. М., 1980.

4. Грядовой Д. І. Концепції сучасного природознавства. Структурний курс.

5. Життя Землі. Синергетика. Екологія. Геодинаміка. Музеєзнавство: Зб. науч. тр. М., 2001..

6. Капіца С. П., Курдюмов З / 7., Малинецкий Г. Г. Синергетика і прогнози майбутнього. М., 1998..

7. Климентович Н. Ю. Без формул про синергетики. Мінськ, 1986.

8.Князєва E.H. Одіссея наукового розуму. М., 1995.

9.Князєва E.H., Курдюмов С. П. Закони еволюції і самоорганізації складних систем. М., 1994..

10. Концепція самоорганізації в історичній ретроспективі. М., 1994..

11.Курдюмов С. П. Закони еволюції і самоорганізації складних систем. М., 1990.

12.Лопушанська А. І. Термодинаміка незворотних процесів. М., 1987.

13.Лоскутов А. Ю., Михайлов A.C. Введення в синергетику. М., 1990.

14.Мелік-Гайказян І. В. Інформація та самоорганізація (методологічний аналіз). Томськ, 1995..

15.Николис Г., Пригожин І. Пізнання складного. М., 1990.

16.Осипов А. І. Самоорганізація і хаос: Нарис нерівноважноїтермодинаміки. М., 1986.

17.Пригожин І. Від існуючого до виникає: час і складність у фізичних науках. М., 1985.

18.Пригожин І., Стенгерс І. Порядок з хаосу. М., 1986.

19.Стьопін B.C. Філософська антропологія і філософія науки. М., 1992.

20.Стьопін B.C. Теоретичне знання. М., 2000..

21.Ферстер Г. фон, Зопф Г. В. Принципи самоорганізації. М., 1964.

22.Хаазе Р. Термодинаміка незворотних процесів. М., 1967.

23.Хакен Г. Інформація та самоорганізація. Макроскопічний підхід до складних систем. М., 1991.

24.Хакен Г. Синергетика. М., 1985.

25.ЧернавскійД. С. Синергетика і інформація. М., 2001..

26.Шеннон К., Бандвагон Е. Роботи по теорії інформації і кібернетики. М., 1963.

27.Щербаков A.C. Самоорганізація матерії в неживій природі. М., 1990.

28.Ебелінг В. Освіта структур при необоротних процесах. М., 1979.

29.Ебелінг В., Енгель А., Файстеля Р. Фізика процесів еволюції. М., 2001..

30.Егейн М. Самоорганізація матерії і біологічних макромолекул. М., 1973.

31.Егейн М., Вінклер Р. Гра життя. М., 1979.

32.Еткінс П. Порядок і безладдя в природі. М., 1987.



ВЗАЄМОДІЯ ПРИРОДИ І СУСПІЛЬСТВА | Від редактора перекладу

ОСНОВИ МЕТОДОЛОГІЇ НАУКИ 6 сторінка | СИСТЕМНІСТЬ У ЕСТЕСТВОЗНАНИИ | ПРОСТІР І ЧАС | ФІЗИЧНА КАРТИНА СВІТУ | ХІМІЧНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ВЕЩЕСТВА | Відсталу речовину ЗЕМЛІ 1 сторінка | Відсталу речовину ЗЕМЛІ 2 сторінка | Відсталу речовину ЗЕМЛІ 3 сторінка | Відсталу речовину ЗЕМЛІ 4 сторінка | ФЕНОМЕН ЖИТТЯ |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати