почему возникновение жизни можно рассматривать как процесс самоорганизации

Эволюция и самоорганизация

Сегодня наука считает все известные системы от самых малых (элементарные частицы), до самых больших (Вселенная) – открытыми, обменивающимися энергией, (или) веществом и (либо) информацией с окружающей средой и находящимися, как правило, в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. А развитие таких систем, как стало известно, протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На такой основе возникло представление о самоорганизации вещественных систем.
Если под термином «прогресс» понимать процессы самоорганизации живой материи, то можно сказать, что Ламарк интуитивно почувствовал их наличие. Впрочем, альтернативный подход к объяснению эволюционных изменений в виде «естественного отбора» Дарвина не противоречит принципам самоорганизации, приводит к наблюдаемому прогрессу живых систем, и кроме того является конструктивным.
Для самосборки и самоорганизации нужны определённые условия. Вода становится льдом, когда температура снижается до нуля градусов.
Возникновение упорядоченных сложных систем обусловлено рождением коллективных типов поведения под воздействием флуктуации, их конкуренцией и отбором того типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции.
Как замечает сам Хакен, это приводит нас в определенном смысле, к своего рода обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир. Самоорганизация, по Г. Хакену, – это «спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса».
Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне.
Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.
Эти же соображения работают и в социальных обществах, когда они самоорганизуются, когда из неорганизованной толпы появляются отдельные структуры. Однако исследователи этих процессов считают, что структуры уже существовали в коллективной памяти, не указывая, однако, где эта память находится. Это конечно идеализм. Новые отношения возникают здесь и сейчас, но с учетом имеющейся ментальности людей. Онтогенез тоже можно рассматривать как процесс самосборки с учетом генетического кода, который определяет некоторую канву, в рамках которой осуществляется самосборка.

В начале 70-х годов прошлого века И. Пригожину удалось разработать новую концепцию самоорганизации химических и физических систем. Вот как И. Пригожин обрисовывает в общем виде и кратко путь эволюции системы от исходного состояния через хаос к состоянию новой организованности.
В замкнутую изолированную систему энергия или вещество вводятся извне дозировано, чтобы исходное состояние в ней не выходило за рамки заданных границ (к примеру, русская печь, костер и т.д.). В открытой нелинейной системе нет таких ограничений. Здесь вещество и энергия среды могут поступать в нее произвольно, поэтому такая система может выходить из состояния равновесия и стать неравновесной. По мере дальнейшего притока вещества и энергии она с ускорением уходит все дальше от положения равновесия, становясь, все более неравновесной и нерегулируемой.
Организация состояния такой системы все больше расшатывается, пока, наконец, вовсе не разрушится и процесс не станет хаотичным. Таким образом, на первой стадии своей эволюции неравновесный процесс переходит от состояния порядка к хаосу.
Состояние максимальной хаотичности неравновесного процесса называют точкой бифуркации (от лат.bifurkus – раздвоенный).
Благодаря хаотичности дальнейшее развертывание неравновесного процесса имеет не один путь движения, а множество возможных путей из зоны ветвления, то есть из точки бифуркации. Состояние бифуркации можно уподобить положению шарика на выпуклой поверхности, типа сферической, которое является неустойчивым. Любое влияние может вывести шарик из неустойчивого состояния, и он начнет скатываться сверху вниз. По какой траектории он будет катиться из точки бифуркации – угадать точно невозможно. Это – случайный процесс.
Но как только траектория движения сверху вниз определится, так направление движения начнет подчиняться необходимости. Теперь необходимость предопределяет, каким финалом завершится нелинейный процесс.
Отрезок эволюционного пути от точки бифуркации до необходимого финала называют аттрактором (от лат. attrahere – притягиваю).
Это значит, что конечный пункт развертывания нелинейного процесса, или финал, как бы притягивают к себе, то есть, предопределяют траекторию нелинейного процесса (движения шарика) от точки бифуркации. Аттрактор уподобляется некой воронке, или конусу, который своим раструбом обращен к зоне ветвления, а своим узким горлышком – к конечному результату. Это значит, что шарик, находящийся на выпуклой поверхности, может попасть в раструб воронки не из одной–единственной точки, а из ряда смежных положений зоны ветвления. По мере движения по аттрактору множество возможных вариантов движения сокращается и, в конечном счете, процесс с необходимостью завершается единственным результатом.
Если в настоящий момент ввести дополнительную энергию извне в систему, то в хаотичном состоянии начнет зарождаться новая организация. Когда величина вводимой энергии достигает некоторого критического значения, то система внезапно (скачком) переходит из хаотического состояния в новое устойчивое (организованное) состояние.

Развертывание нелинейного процесса от точки бифуркации до выбора аттрактора – это начало второй части эволюционного нелинейного процесса, в котором случайность и неслучайность (предопределенность) скомпенсированы, взаимно дополняют друг друга.

В свете новой концепции иначе, чем раньше, решается вопрос о соотношении случайного и закономерного в развитии. Эволюционные этапы весьма жестко детерминированы, поведение системы здесь предсказуемо и даже управляемо, если имеются необходимые управленческие средства. В критических же точках (точках бифуркаций), достигаемых системой на завершающих стадиях эволюционного процесса, господствует случайность. В таких точках нельзя предугадать то новое устойчивое состояние, в которое система перейдет в ходе скачка. А следующий эволюционный этап стартует именно от случайного перехода системы на новый уровень.
Точка бифуркации образно предстает в виде перекрестка с несколькими ответвлениями пути, и на нем, как в сказке, выбор пути означает и выбор судьбы.
Так с Россией было в 1917 году и 1990. Разница заключается в разной ментальности людей на эти даты. В 90 году ментальность большинства людей была сформирована в период, когда социальные институты, СМИ проповедовали счастье через упорный коллективный труд, а меньшая часть населения — теневики и фарцовщики обладали другими идеалами, с точки зрения биологии были паразитами на теле народа. И пока народ в отсутствии власти и законов находился в растерянности и выживал, вторая часть населения, соединившись с бандитскими структурами самоорганизовалась для управления, образовав семибанкирщину.
Однако третьи силы, принадлежавшие к силовым структурам, стали быстро восстанавливать подобие советской административной системы. К настоящему времени бывшие теневики, бандиты и силовые структуры слились в административном экстазе. Они погоняют и хотят ехать, но вся упряжь перекошена и ехать не позволяет. Чтобы ехать надо, чтобы народ впрягся, а это возможно, когда он увидит перспективу для себя. А сейчас ему только налоги увеличивают, да пенсионный возраст, а компенсацию утраченных доходов на многие триллионы рублей в 90 годы откладывают каждый год.
Надо честно признать, что если не поумнеет хотя бы часть населения, которая готова как то влиять на события, пока не перестанет назначать Чубайса единственным виновником всех наших бед, пока не поймет, что не в силах одного человека было развалить СССР, всё так и будет продолжаться.
Не в сортирах разруха, а в головах, когда эти головы за толику малую для себя голосуют дружно за единороссов, подтасовывают результаты выборов и т. д.

ПОНИМАНИЕ ПРОЦЕССОВ САМООРГАНИЗАЦИИ

Ясно, что бог заехал к нам (так нас не было тогда?) и создал. Ну, на Землю залетел. А Земля тогда откуда? Или он её тоже предварительно сотворил? Из чего? Запутался. Стоит один раз соврать, а затем всю жизнь будешь путаться.

Вода состоит из молекул водорода и кислорода. При нагревании сначала превращается в пар, когда молекулы теряют между собой связь. При дальнейшем нагревании молекулы распадутся на атомы водорода и кислорода, а если нагреть еще сильнее, то и атомы распадутся. Мы видим, что при изменении температуры происходят сами собой определённые групповые перестройки.
Понизим температуру ниже нуля и вода, которая всегда есть в воздухе, конденсируется в виде снежинок, имеющих сложную, замысловатую структуру. Кто её придумал? Эту структуру снежинок? Никто. Просто эта структура для молекул воды оказалась энергетически выгодной. В такой структуре у молекул минимальная энергия. Поэтому при нагревании надо сначала затратить некоторую энергию на компенсацию образовавшегося дефицита энергии (теплота плавления), а затем уже эта масса становится обычной водой. Никакого чуда.
После Большого взрыва, из элементарных частиц, возникли атомы, молекулы, галактики, и жизнь. Всё это возникло само в результате самосборки. Чуда тут нет- имеются в каждом случае силы, приводящие к процессу упорядочивания.
Рост кристаллов это процесс самоупорядочивания, когда из пересыщенного раствора вытягивается (строится) кристалл.
Вообще, при определенных условиях микрочастицы сами начинают выстраиваться в виде упорядоченных структур, когда на них оказывается какое-то внешнее воздействие. Однако данное воздействие направлено не на конкретную частицу, как происходит при ручной сборке «сверху вниз», а на все сразу. При самосборке процессы идут «снизу вверх».
Эти процессы играют важную и всё возрастающую роль в современных технологиях, использующих наночастицы (т.е. частицы размером в миллиардную долю метра).
В процессе самосборки отсутствует управляющий элемент (иными словами нет привычного нам плана или чертежа), то есть ни в какой форме не присутствует система, описывающая порядок следования монтажных актов или порядок расположения элементов в структуре продуктов самосборки.

План и чертёж всегда являются продуктом разума, а значит, упорядочивание вполне возможно без наличия разума.

Эволюционный процесс в биологии можно рассматривать как сочетание процессов самосборки и самоорганизации с действием естественного отбора и сопутствующих механизмов эволюционного развития, порожденных действием отбора.

Источник

Проблема самоорганизации в процессе возникновения жизни

Происхождение и историческое развитие жизни на Земле, эволюция живых форм. Закономерности и механизмы саморегуляции живых систем. Проблема эволюции жизни. Теоретическое объяснение и математическая модель процессов самоорганизации диссипативных структур.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОБЛЕМА САМООРГАНИЗАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ

жизнь развитие саморегуляция диссипативный

Теоретическое объяснение и математическую модель процессов самоорганизации диссипативных структур предложил бельгийский физико-химик И. Р. Пригожин, получивший в 1977 г. за эту работу Нобелевскую премию. Назовем основные положения синергетики, объясняющие механизм самоорганизующихся процессов.

2. Система должна быть неравновесной, то есть находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия (точка дезорганизации с максимальной энтропией), так как вблизи этой точки наступает необратимое скатывание к равновесному состоянию.

4. Самоорганизация ведет к новому порядку согласно принципу обратной положительной связи, по которому отклонения в системе не устраняются, а напротив, закрепляются и усиливаются.

6. Самоорганизация возможна при некотором критическом количестве элементов в системе, достаточном для возникновения их кооперативного поведения. Путь к новому качеству возможен через изменение количества.

В заключение этого раздела подведем некоторые итоги рассмотрения концепции единства процессов самоорганизации и управления в разных областях знания: физике, биологии, математике и социологии.

1. Арнольд А. И. Теория катастроф. М., 1990.

2. Бородкин Л.И. «Порядок из хаоса»: концепции синергетики в методологии исторических исследований // Новая и новейшая история, 2003.

3. Хакен Г. Синергетика. М., 1985.

5. Василькова В.В. Порядок и хаос в развитии социальных систем: Синергетика и теория социальной самоорганизации. СПб.: Изд-во «Лань», 1999.

6. Ровинский Р.Е. Развивающаяся Вселенная. М., 1996.

7. Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.

Источник

Гусейханов М., Раджабов О. Концепции современного естествознания: Учебник

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 20. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ПРИРОДЕ

20.1. Парадигма самоорганизации

В настоящее время концепция самоорганизации получает все большее распространение не только в естествознании, но и социально-гуманитарном познании. Поскольку большинство наук изучает процессы эволюции систем, постольку они вынуждены анализировать и механизмы их самоорганизации. Вот почему концепция самоорганизации становится парадигмой исследования обширного класса систем и совершающихся в них процессов и явлений. Обычно под парадигмой в науке подразумевают фундаментальную теорию, которая применяется для объяснения широкого крута явлений, относящихся к соответствующей области исследования. Примерами таких теорий могут служить классическая механика Ньютона или эволюционное учение Дарвина. Сейчас значение понятия парадигмы еще более расширилось, поскольку оно применяется не только к отдельным наукам, но и к междисциплинарным направлениям исследований. Типичными примерами таких междисциплинарных парадигм являются возникшая полвека назад кибернетика и появившаяся четверть века спустя синергетика.
Под самоорганизацией мы понимаем необратимый процесс, приводящий в результате кооперативного действия подсистем к образованию более сложных структур всей системы. Самоорганизация — элементарный процесс эволюции, состоящий из не-
491

ограниченной последовательности процессов самоорганизации. Термин «самоорганизация» используется для обозначения дис-сипативной самоорганизации, т. е. образования диссипативных структур. Наряду с диссипативной самоорганизацией существуют и другие формы самоорганизации, такие как консервативная самоорганизация (образование структур кристаллов, биополимеров и т. д.) и дисперсионная самоорганизация (образование солитонных структур).
Решающее значение для создания теории самоорганизации имели развитие и разработка методологии следующих дисциплин:

Из приведенного выше перечня отчетливо виден междисциплинарный характер теории самоорганизации.
Для объяснения процессов самоорганизации рассматриваются открытые системы, которые способны обмениваться с окружающей средой веществом, энергией или информацией. Открытая система не может быть равновесной, потому ее функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. В конечном итоге прежняя взаимосвязь между элементами системы, т. е. ее прежняя структура, разрушается. Между элементами системы возникают новые согласованные связи. Благодаря этому оказалось возможным развить новую нелинейную и неравновесную термодинамику необратимых процессов, которая стала основой современной концепции самоорганизации. Для более общего и глубокого представления о конкретных механизмах самоорганизации рассмотрим основные понятия и принципы синергетики.
492

20.2. Синергетика

Все исследуй, давай разуму первое место.
Пифагор

К установлению общего взгляда на процессы самоорганизации разные ученые шли различными путями. Автор самого термина «синергетика» немецкий физик Герман Хакен исследовал механизмы кооперативных процессов, которые происходят в твердом лазере. Он выяснил, что частицы, составляющие активную среду резонатора, под воздействием внешнего светового поля начинают колебаться в одной фазе. В результате этого между ними устанавливается когерентное, или согласованное, взаимодействие, которое в конечном итоге приводит к их кооперативному поведению.
Самоорганизация, по определению Хакена, — спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже хаоса, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем. Хакен считает, что название новой дисциплины синергетикой обусловлено тем, что в ней исследуются совместные действия многих элементов систем, и для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин. Таким образом, при самоорганизации из хаоса порождается порядок.
Синергетика сформулировала принцип самодвижения в неживой природе, создание более сложных систем из более простых. С этой парадигмой в физику проник эволюционный подход, и наука приходит к пониманию творения как создания нового. Синергетика ввела случайность на макроскопический уровень, подтвердив тем самым выводы механики для микроскопического уровня.
В синергетике в противоположность кибернетике исследуются механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в процессе самоорганизации, а не сохранения и поддер-
493

жания старых форм. Поэтому она опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменения, возникающие в системе, не подавляются и корректируются, а, наоборот, постепенно накапливаются и в конце концов приводят к разрушению старой и возникновению новой системы.
Кибернетика отличается от синергетики тем, что она акцентирует внимание на анализе динамического равновесия в самоорганизующихся системах. Поэтому она опирается на принцип отрицательной обратной связи, согласно которому всякое отклонение системы корректируется управляющим устройством после получения информации об этом.
Синергетика подтвердила вывод теории относительности о взаимопревращении вещества и энергии и объясняет образование веществ. С точки зрения синергетики энергия как бы застывает в виде кристаллов, превращаясь из кинетической в потенциальную. Вещество — это застывшая энергия. Энергия — понятие, характеризующее способность производить работу, но энергия сейчас может пониматься не только в смысле механической работы, но и как созидатель новых структур.
Энтропия — это форма выражения количества связанной энергии, которую имеет вещество. Энергия — творец, энтропия — мера творчества.
Синергетика отвечает на вопрос, за счет чего происходит эволюция в природе. Везде, где создаются новые структуры, необходим приток энергии и обмен со средой. Если в эволюции небесных тел мы видим результат производства, то в синергетике изучается процесс творчества природы. Синергетика подтверждает вывод теории относительности: энергия творит более высокие уровни организации.
Развитие понимается в синергетике как процесс становления качественно нового, того, что еще не существовало в природе и предсказать которое невозможно. Механизм, который ею предлагается, — это спонтанная флуктуация, событие в точке бифуркации, экспоненциальный процесс до определенного момента. Основным понятием предстает понятие неустойчивости. Так из хаоса (неустойчивости) рождается космос. Пр
494

спонтанной флуктуации поля начинается самопроизвольный процесс порождения частиц вплоть до какого-то момента, когда он прекращается. Частицы порождаются энергией по модели, сформулированной в синергетике. Первые частицы, которые появились, были нестабильными элементарными частицами без массы покоя и с кратчайшим временем существования. Затем они превратились в стабильные, существующие и поныне. Итак, последовательность рождения материи из вакуума: спонтанность флуктуации —> точка бифуркации —> черные мини-дыры —> —> пространство-время —> частицы.
Квантовый вакуум отличается от «ничто» тем, что имеет универсальные постоянные, которые могут служить аналогом всеединства. Размеры Вселенной растут по экспоненте как следствие неустойчивости вакуума. В результате расширения Вселенной при зарождении материи Вселенная приближается к первоначальному состоянию вакуума. Потом возможна новая флуктуация.
Таким образом, если кибернетика решает проблему рождения разума, то синергетика — проблему рождения материи.
Необходимо подчеркнуть, что синергетика является научным направлением, изучающим открытые системы в состояниях, далеких от равновесия.

20.3. Особенности эволюции неравновесных систем

Наука — самое важное, самое прекрасное и самое нужное в жизни человека.
А. П. Чехов

Законы термодинамики, являющиеся обобщением большого количества экспериментального материала, опыта, утверждают, что изолированная, замкнутая система со временем приходит в положение равновесия. С молекулярно-кинетической точки зрения положению равновесия отвечает состояние максимального хаоса. При удалении от равновесия состояние становится
495

все более неустойчивым, и даже малые изменения какого-либо параметра могут перевести систему в новое состояние. Поэтому при изучении образования новых структур от замкнутых систем следует перейти к рассмотрению систем открытых, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом или энергией, т. е. неравновесным состояниям. Отличия неравновесной структуры от равновесной заключаются в следующем:

Таким образом, различают области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. Ее поведение при этом существенно меняется.
Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к общим выводам относительно эволюции в неживой природе, при которой происходит переход от хаоса к порядку. Эволюция неживой природы является сложным вероятностным процессом с весьма варьирующимся соотношением детерминированных и стохастических компонентов, и поэтому ее общий ход в чем-то непредсказуем. Непредсказуемость эволюции не абсолютная. Одни детали предвидеть невозможно, другие можно предвидеть с большей или меньшей достоверностью, где слишком многое зависит от обстоятельств, объективно случайных по отношению к ходу процесса.
Эволюция системы должна удовлетворять следующим трем требованиям:
1) в развитии системы наблюдается необратимость, выражающаяся в нарушении симметрии между прошлым и будущим;
496

При этом основными условиями формирования новых структур являются следующие: 1) открытость системы; 2) нахождение ее вдали от равновесия; 3) наличие флуктуации в системе.
Чем сложнее система, тем больше многочисленные типы флуктуации, угрожающих ее устойчивости. Но в сложных системах существуют связи между различными частями. От исхода конкуренции между устойчивостью, обеспечивающейся связью, и неустойчивостью, возникающей из-за флуктуации, зависит порог устойчивости системы. Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации. В ней система становится неустойчивой относительно флуктуаций и может перейти к новой области устойчивости, т. е. к образованию новой более сложной системы. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей ее эволюции. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все ее поведение. Это и есть событие.
В точке бифуркации случайность подталкивает то, что остается от системы, на новый путь развития, а после того как один из многих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм — и так до следующей точки бифуркации. В судьбе системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.
Главенствующую роль в эволюции окружающего мира играют не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность, т. е. все системы непрестанно флуктуируют. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности, который называют диссипативной структурой. Новые структуры
497

называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых структур, на смену которым они приходят. Диссипативные структуры существуют лишь постольку, поскольку система диссипирует (рассеивает) энергию и, следовательно, производит энтропию. Из энергии возникает порядок с увеличением общей энтропии. Таким образом, энтропия — не просто безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации (как думали сторонники «тепловой смерти Вселенной»), а при определенных условиях становится прародительницей порядка. С одними и теми же граничными условиями оказываются совместимыми множество различных диссипатив-ных структур. Это — следствие нелинейного характера сильно неравновесных ситуаций. Малые различия могут привести к крупномасштабным последствиям. Следовательно, граничные условия необходимы, но недостаточны для объяснения причин возникновения структуры. Необходимо также учитывать реальные процессы, приводящие к «выбору» одной из возможных структур. Именно поэтому (а также в силу некоторых других причин) приписывают таким системам определенную автономию или самоорганизацию.

20.4. Самоорганизация — источник и основа эволюции

Что Дарвина ошибочно сужденье: была любовь причиною рожденья.
Р. Гамзатов

Современное эволюционное мышление сложилось в XVIII и XIX вв. и неразрывно связано с великими именами Канта, Гегеля, Маркса, Дарвина и Клаузиуса. И. Кант предпринял попытку объяснить происхождение мира исходя из физических законов. То, что Кант — с немалой претензией — сделал для исследования космической эволюции, Г. Гегель совершил для открытия общих законов диалектики. К. Марксу мы обязаны знанием некоторых законов общественной эволюции, а Ч. Дарвину — обоснованной
498

теорией происхождения видов. Дарвин сформулировал принцип отбора и продемонстрировал его значение для эволюции в биологии. Лингвист Шлейхер около 1850 г. совершенно независимо от Дарвина установил аналогичный принцип для развития естественных языков и тем самым заложил основы теории эволюции языковой коммуникации. Наконец, Клаузиус сформулировал важнейший закон процессов эволюции — второе начало термодинамики. К Клаузиусу восходят первые соображения относительно физически обоснованных моделей космического развития. Сколь ни сомнительным может казаться с современной точки зрения вывод Клаузиуса о «тепловой смерти Вселенной», именно этот вывод послужил толчком к развитию теоретической мысли, которая в работах Эйнштейна, Фридмана и Гамова привела к ныне широко принятой релятивистско-термодинамической модели эволюции. И, наконец, современная теория эволюции, основанная на концепции самоорганизации, рассматривает процесс эволюции как неограниченную последовательность процессов самоорганизации систем.
Эволюционная теория Дарвина послужила мощным толчком для развертывания исследований о механизмах развития различных природных и социальных систем. Если физические и химические методы исследования многое дали для анализа структуры и функционирования живых систем, то эволюционная концепция биологии заставила физиков и химиков по-новому взглянуть на объекты своих исследований и природу в целом. В самом деле, если в теории Дарвина эволюция приводила к совершенствованию и усложнению живых систем в результате их адаптации к изменяющимся условиям среды, то в классической физике она связывалась с дезорганизацией и разрушением системы. Такое представление вытекало из второго начала термодинамики, согласно которому закрытая система постепенно эволюционирует в сторону беспорядка, дезорганизации и увеличению энтропии. Понятие энтропии характеризует ту часть полной энергии системы, которая не может быть использована для производства работы. Поэтому в отличие от свободной энергии она представляет собой деградированную, отработанную
499

энергию. Если обозначить свободную энергию F, энтропию — S, то полная энергия системы Е = F + S • Т.
Согласно второму закону термодинамики, энтропия в замкнутой системе постоянно возрастает и в конечном счете стремится к своему максимальному значению. Следовательно, по степени возрастания энтропии можно судить об эволюции замкнутой системы, а тем самым и о времени ее изменения. Немецкий ученый Л. Больцман стал интерпретировать энтропию как меру беспорядка в системе. Таким образом, второй закон можно было теперь сформулировать так: замкнутая система, предоставленная самой себе, стремится к достижению наиболее вероятного состояния, заключающегося в ее максимальной дезорганизации. К такому равновесному состоянию в соответствии со вторым началом термодинамики приходят все закрытые системы, т. е. системы, не получающие энергии извне. Противоположные по типу системы носят название открытых.
Резкое противоречие между биологической и физической эволюцией удалось разрешить только после того, когда физика обратилась к понятию открытой системы, т. е. системы, которая обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. При определенных условиях в открытых системах могут возникнуть процессы самоорганизации в результате получения новой энергии и вещества извне и диссипации, или рассеяния, использованной в системе энергии. Таким образом, было установлено, что ключ к пониманию процессов самоорганизации содержится в исследовании процессов взаимодействия системы с окружающей средой.
Процессы самоорганизации исследовали разные ученые в разных направлениях естествознания. В 1951 г. Б. П. Белоусов описал самоорганизующуюся химическую реакцию, в которой возникают самоподдерживающиеся колебания во времени. Более подробно такого рода реакции были исследованы группой ученых под руководством А. М. Жаботинского. В этих реакциях малоновая кислота как органическое вещество окисляется бро-матами в растворе серной кислоты в присутствии определенного катализатора. В результате реакций раствор, в котором
500

находятся эти вещества, начинает периодически менять свою окраску с голубого на красный, так что этот самоорганизующийся процесс можно рассматривать как своеобразные «химические часы». В дальнейшем было обнаружено возникновение не только периодических структур во времени, но и в пространстве или одновременно в пространстве и во времени. Механизмы таких реакций весьма сложны.
Видный теоретик самоорганизации И. Р. Пригожин пришел к своим идеям из анализа специфических химических реакций, которые приводят к образованию определенных пространственных структур с течением времени при изменении концентрации реагирующих веществ. Вместе со своими сотрудниками он построил математическую модель таких реакций. Теоретической основой модели стала нелинейная термодинамика, изучающая процессы, происходящие в нелинейных неравновесных системах под воздействием флуктуаций. Если такая система удалена от точки термодинамического равновесия, то возникающие в ней флуктуации в результате взаимодействия со средой будут усиливаться и в конце концов приведут к разрушению прежнего порядка или структуры, а тем самым и к возникновению новой системы. Структура и системы, возникающие при этом, И. Р. Пригожин назвал диссипативными, поскольку они образуются за счет диссипации, или рассеяния, энергии, использованной системой, и получения из окружающей среды новой, свежей энергии. За исследования по термодинамике диссипативных структур И. Р. Пригожину была присуждена Нобелевская премия.
Другой видный теоретик самоорганизации — немецкий ученый М. Эйген — доказал, что открытый Ч. Дарвиным принцип отбора продолжает сохранять свое значение и на микроуровне. Поэтому он имел все основания утверждать, что генезис жизни есть результат процесса отбора, происходящего на молекулярном уровне. Он показал, что сложные органические структуры с адаптационными характеристиками возникают благодаря эволюционному процессу отбора, в котором адаптация оптимизируется самими структурами. Предпосылками осуществления такой самоорганизации макромолекул являются взаимодействие
501

системы со средой или открытость для обмена веществом и энергией, автокатализ, мутации и естественный отбор.
Таким образом, медленно, но неуклонно в разных направлениях науки формировалось убеждение, что во всех этих исследованиях существует единое концептуальное ядро, которое служит общей их основой. Оно и составляет парадигму исследования процессов самоорганизации.
Таким образом, эволюцию можно рассматривать как неограниченную последовательность процессов самоорганизации. Общая схема процесса эволюции при этом принципиально сводится к следующему (рис. 20.1):

Рис. 20.1. Процесс эволюции как неограниченная последовательность процессов самоорганизации

n-го эволюционного цикла начинается новый (п+1)-й эволюционный цикл (рис. 20.2).

20.5. Самоорганизация в различных видах эволюции

На скорлупу и ядро бесцельно делить природу, все в ней нераздельно.
Гете

Теория самоорганизации, возникшая на основе исследования простейших физико-химических систем, оказалась способной объяснить многие эволюционные процессы, происходящие в биологических, экологических и даже социально-культурных системах. Но главное преимущество ее состоит в том, что новая парадигма помогает взглянуть на мир и составляющие ее системы с точки зрения их возникновения и развития без привлечения каких-либо мистических сил. Учение самоорганизации может раскрыть механизмы эволюции, происходящие от простейших
503

систем живой природы до сложных форм эволюции в биологических, социально-экономических и культурно-исторических системах.
Несмотря на существенное отличие эволюции неживой природы от эволюции биологической, между ними существует также большое сходство и, можно даже сказать, глубокая аналогия. С этой точки зрения представляется интересным определение жизни, данное известным австрийским физиком Э. Шрединге-ром: «Жизнь — это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только на одной тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но и частично на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время. Средством, при помощи которого организм поддерживает себя на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), является энергия, получаемая организмом из окружающей среды с продуктами питания».
Многие видные ученые характеризуют также социальную эволюцию как продолжение биологической или генетической эволюции другими средствами. Некоторые даже считают культуру более мощным средством приспособления. Новейшая концепция эволюции, опирающаяся на парадигму самоорганизации, оказывается более адекватной и для анализа социально-культурной эволюции.
Социальная эволюция, так же как и эволюция природная, возникает в результате взаимодействия с окружающей средой. В природе адаптация к изменениям среды происходит путем естественного отбора, в результате которого побеждают в борьбе за существование и оставляют потомство наиболее приспособленные к условиям существования группы растений и животных. Таким образом, эволюция здесь происходит путем генетической передачи информации от родителей к потомкам.
У общества существуют свои методы и средства передачи приобретенного опыта, причем не только индивидуального, но и социального характера. Эти методы характеризуют как традиции. Традиции придают социальной эволюции более ус-
504

коренный характер по сравнению с эволюцией генетической, которая наблюдается в природе. Сюда относятся все способы передачи опыта, начиная от простейших навыков и правил поведения и кончая сложнейшими приемами профессиональной деятельности, накопленными знаниями и общечеловеческими нормами поведения. Действительно, социальная и культурная эволюция связана не с только с передачей индивидуального опыта, навыков, знаний и правил поведения и традиций в целом всех предшествующих поколений людей в той мере, в какой они зафиксированы и объективизированы в результате практической и интеллектуальной деятельности.
Таким образом, самоорганизация выступает как источник эволюции систем и жизни, так как она служит началом процесса возникновения новых и более сложных структур в развитии системы.

ВЫВОДЫ

Это взаимодействие ведет к согласованному, кооперативному поведению подсистем и сопровождается образованием новых устойчивых структур и самоорганизацией системы.
4. Самоорганизация выступает как источник эволюции систем, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы. Образование упорядоченных структур происходит в открытых системах при достижении определенного порогового значения в далеком от равновесия состоянии. На микроуровне при самоорганизации происходит процесс расширения или увеличения флуктуаций вследствие увеличения неравновесности системы под воздействием среды. Переход скачком в новое состояние с потерей линейности законов называют бифуркацией. Этот процесс остается незаметным на макроуровне, пока изменения не достигнут некоторой критической точки, после которой спонтанно возникает новый порядок или структура.

Вопросы для контроля знаний

10. Какие методы и средства передачи накопленного опыта
существуют у общества? Какую роль они играют в социальной и
культурной эволюции?
506

Источник