Концепции современного естествознания_Бочкарев А.И, Бочкарева Т.. Учебник для студентов вузов А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов под ред проф. А. И. Бочкарёва. Тольятти тгус, 2008. 386 с

• Название: Учебник для студентов вузов А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов под ред проф. А. И. Бочкарёва. Тольятти тгус, 2008. 386 с
• Дата: 10.09.2022
• Размер: 2.96 Mb.
• Имя файла: Концепции современного естествознания_Бочкарев А.И, Бочкарева Т..doc
• Тип: Учебник; #669818
• страница: 29 из 37

8.4. Самоорганизация в живой и неживой природе
На основе данных археологии, палеонтологии и антропологии Ч. Дарвин, как известно, доказал, что все многообразие живых организмов сформировалось в процессе длительной эволюции из более примитивных форм. Дальнейшее развитие генетики полностью подтвердило основные положения учения Ч. Дарвина о естественном отборе как основном механизме развития мира животных и растений.

Естественный отбор в природе обеспечивает протекание процесса эволюции в определенном направлении, а именно: в направлении все большего разнообразия и усложнения всех форм живой материи, от простейших до самых высокоорганизованных, включая человека.

В последнее время все большее внимание ученых привлекает концепция саморазвития в неживой природе. На сегодняшний день известно уже множество случаев саморазвития и эволюции природных систем, когда беспорядочное поведение системы вдруг обретает порядок.

Из хаотического теплового движения молекул «вдруг» возникают турбулентные вихри, из неупорядоченных движений атомов и молекул в атмосфере – коллективно направленное движение воздуха — ураганы. Из скоплений лишенного структуры, достаточно простого по своему составу межзвездного вещества, состоящего из водорода и гелия, рождаются звезды, в недрах которых образуются более сложные химические элементы и т.д.

Такое поведение систем находит объяснение в рамках принципиально нового направления теоретической физики – нелинейной, неравновесной термодинамики. Более подробно эти вопросы рассмотрены в § 8.2.

Современная теория нелинейных динамических систем объясняет механизмы, лежащие в основе творчества природы и приводящие от беспорядка к порядку. Происходит все более глубокое осознание таких свойств материи, когда при определенных условиях в системе, состоящей из хаотично расположенных неупорядоченных частей, возникает новая структура, обладающая определенным временным или пространственным порядком. Примером самоорганизации служат диссипативные структуры, в частности, возникающие в химической реакции Белоусова—Жаботинского или вихри в ячейках Бенара.

После открытия законов самоорганизации самоупорядоченных сложных систем можно рассматривать как фундаментальное свойство природы.

Самоорганизация Вселенной

Еще менее ста лет назад в науке господствовала точка зрения об однородной, стационарной, бесконечной во времени и в пространстве Вселенной. Однако после создания А. Эйнштейном общей теории относительности и работ А. Фридмана в конце 20-х гг. прошлого столетия стала утверждаться модель нестационарной Вселенной. Вскоре Э. Хабблом было экспериментально доказано, что Вселенная находится в состоянии расширения.

Дальнейший существенный прогресс в космологии и астрофизике, как это ни парадоксально, произошел в результате огромного прорыва в области исследования атомного ядра и физики элементар­ных частиц. Квантовая природа законов ядерной физики привела к открытию принципиально новых квантовых состояний материи и установлению взаимного превращения различных форм материи друг в друга. В частности, аннигиляция – превращение частиц вещества (электронов – позитронов, частиц — античастиц) в кванты полей, с одной стороны, и, напротив, рождение парами частиц вещества – антивещества в результате взаимодействия квантов поля, с другой.

Развитие ядерной физики позволило совершенно с иных позиций подойти к рассмотрению вопроса о происхождении Вселенной.

С середины прошлого века в космологии стала утверждаться идея так называемой «горячей», расширяющейся Вселенной.

В последующие годы был получен целый ряд новых экспериментальных подтверждений данной точки зрения в астрофизике. Прежде всего, одним из экспериментальных подтверждений стало открытие в 60-х гг. XX в. так называемого реликтового излучения – веский аргумент в пользу того, что наша Вселенная имела начало и историю своего эволюционного развития.

Согласно современной теории, Вселенная образовалась 15–20 млрд. лет назад из единственного существовавшего в то время вида материи – определенного квантового состояния поля – «физического вакуума». В результате флуктуации этого поля образовались первые частицы будущего материального мира – электроны, протоны, фотоны, нейтрино. Дальнейшая эволюция первичных компонентов материи привела через звездообразование к появлению существующих химических элементов и всего того материального мира, который сформировался к настоящему времени на различных уровнях организации материи.
8.5. Концепции эволюционного естествознания
Краткий анализ процессов, протекающих в микро-, макро- и мегамире, позволяет говорить о том, что на всех уровнях организации материи доминирующими являются эволюционные процессы. Это нашло отражение в понятии глобального эволюционизма, или концепции универсального эволюционизма.

За последние десятилетия в недрах каждой науки сформировался «свой» эволюционизм, в котором развитие специфических систем (Вселенной, химических элементов, Земли, биосферы) рассматривалось через призму конкретных научных знании, синтез современного естественно-научного знания обусловлен необходимостью построения новой научной картины мира, дающей целостное (а не фрагментарное) представление о мире, взаимодействии разных его уровней (микро-, макро- и мегамира), материальных системах различной природы (живой, неживой) и универсальных законах эволюции.

К настоящему времени выявлен ряд важнейших внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на эволюцию природных систем. К их числу относятся: открытость, нелинейность, неравновесность, некотролируемость воздействия и т.д. В качестве основополагающей была высказана концепция коэволюции, согласно которой природная система и ее окружение эволюционируют совместно, поддерживая существование друг друга.

Во всех процессах, имеющих место во Вселенной, неизбежно присутствуют случайные факторы, влияющие на ее развитие все процессы протекают в условиях некоторого уровня неопределенности.

В мире властвуют законы, являющиеся принципами отбора. Они выделяют из возможных виртуальных, мысленных состояний некоторое множество допустимых.

Принципы отбора допускают существование бифуркационных состояний, т.е. состояний, из которых даже в отсутствие случайньх факторов возможен переход материального объекта в целое множество новых состояний. В бифуркационном состоянии дальнейшая эволюция оказывается принципиально непредсказуемой, поскольку повое русло эволюционного развития будет определяться, прежде всего, теми неконтролируемыми случайными факторами, которые будут действовать в переходах.

Другая основополагающая концепция – концепция так называемой «стрелы времени», специфической для каждой природной системы. Она позволяет охарактеризовать направление необратимой эволюции этой системы: ее рождение, жизнь и гибель.

К числу важнейших концепции эволюционного естествознания, взятых из биологии, относится обобщенная триада – изменчивость, наследственность, естественный отбор.

Существенную роль в эволюционных представлениях играет концепция самоорганизации в хаосе, т.е. возникновение упорядоченных структур вдали от равновесия, когда, как правило, имеет место спонтанное нарушение симметрии. Одним из важнейших понятий служит понятие сложности и иерархической соподчиненности природных, систем. Исследование проблем возникновения неустойчивости системы позволяет понять ее роль в появлении состояния динамического хаоса.

Приведенные основные идеи дают представление о сущности универсального эволюционизма. Фундаментальные физические и биологические теории связаны в своей основе с общеприродным единством, и вполне естественным является стремление обобщить их на всю окружающую природу. В целом же универсальный эволюционизм означает, что наша Вселенная в силу связи всех ее составляющих есть некая единая система; ее эволюция представляет собой рост разнообразия форм материальной организации, вводимого в определенные рамки и ограничиваемого тенденцией к единству и кооперативности.

Универсальный эволюционизместь попытка построения общепланетарной теории исследования природных процессов в свете их космического всеединства.

Можно сказать, что процесс самоорганизации природных систем заключается в обретении ими все более и более совершенного динамического равновесия с окружающей средой.

Идеи универсального эволюционизма и свойства общественного человеческого сознания имеют между собой много общего. Стержнем универсального эволюционизма является схема, отражающая сквозную линию развития от низших форм движения к высшим, Эта сквозная линия допускает развитие, усложнение и усовершенствование, вследствие чего процессы и явления природы могут рассматриваться с некоторых единых позиций.

Идеи универсального эволюционизма обладают значительной гибкостью и могут принимать самые разные очертания. Как следствие этого, эволюционизм существует в виде огромного количества вариантов и версий. Идеи эволюционизма – это каркас для целого спектра различных по существу представлений о мире.

В настоящее время все настоятельнее проявляется естественное желание использовать физические принципы становления и развития неживой и живой природы и идеи синергетического подхода для описания поведения сложных неравновесных самоорганизующихся систем и решения обществоведческих проблем гуманитарных наук.

Новая мировоззренческая парадигма, основанная на представлениях синергетики, устраняет различия между естествознанием и обществоведением и дает возможность создать универсальную эволюционно-синергетическую картину мира. Понятия синергетики и аппарат нелинейного мышления превращают изначально гуманитарно-интуитивные методы описания социальных, экономических, психологических, исторических и других объектов и систем гуманитарной природы из описательных в научно обоснованные (прогнозируемые). Футурологические перспективы развития человечества при этом основываются на возможности эволюции перехода материи от более вероятных хаотических состояний к менее вероятным, но реально возможным и более организованным, упорядоченным состояниям.

В рамках физических представлений синергетических моделей цивилизация в целом и конкретное общество в частности являются сложными неравновесными системами, устойчивость которых обеспечивается взаимодействием внешних и внутренних причин развития. Совокупность механизмов, включающих орудия и другие материальные объекты, языки, мифологию, мораль и т.д., т.е. то, что представляет собой понятие культуры, также может быть выражена в таких параметрах целостного эволюционного развития самоорганизующихся систем, как нелинейность процессов, бифуркация отдельных фаз развития и эволюционные катастрофы.

Современное естествознание становится по существу постнеклас-сической интегративной наукой, в которой в первую очередь должны использоваться достижения и тенденции новой синергетической физики. При этом наблюдается тенденция перехода от собственно познавательной сущности науки к научному методу решения проблем экономического, социального, политического и культурного характера и получению обоснованных прогнозов будущего развития.

Н.Н. Моисеев писал: Мы на пороге новой культуры – синтеза глобального духовного сознания и глобального научного знания.

Можно привести большое количество примеров, подтверждающих, что синергетические модели современной постнеклассической физики применяются к сложным гуманитарным системам в динамической истории цивилизаций, возникновении этносов, самоорганизации социально-экономических процессов, кризисов развития человеческого общества, принципов устойчивого развития глобализма.
8.5.1 Структурность и целостность в природе. Фундаментальность понятия целостности
Важнейшим атрибутами природы является структурность и целостность. Они выражают упорядоченность ее существования и те конкретные формы, в которых она проявляется. Структура природы проявляется в существовании бесконечного многообразия целостных систем, связанных между собой. Из всего многообразия форм объективной реальности доступной для наблюдения является конечная область природы от 10^-15 см до 10 ²⁸ см (около 20 млрд. световых лет), а во времени – до 10¹⁰ лет. В этих доступных нам масштабах структурность природы проявляется в ее системной организации, существования в виде множества иерархически взаимосвязанных систем: Метагалактика, отдельная галактика, звездная система, планета, отдельные тела, молекулы, атомы, элементарные частицы и др.

Разные уровни природы характеризуются разными типами взаимодействий. В масштабах 10^-13 см – сильное взаимодействие, целостность ядра обеспечивается ядерными силами, целостность атомов и молекул – электромагнитными силами, в космических масштабах – гравитационными силами.

С увеличением размеров объектов уменьшается энергия взаимодействия. Если принять энергию гравитационного взаимодействия за единицу, то электромагнитные взаимодействия в атоме будут в 10³⁹ больше, а взаимодействия между нуклонами в 10⁴¹ раз больше. Чем меньше размеры материальных систем, тем более прочно связаны между собой их элементы.

Живая природа также структурирована. В ней выделены биологический и социальный уровни. Биологический уровень включает подуровни: молекул (нуклеиновые кислоты, ДНК, РНК, белки и др.); клеточный, микроорганический; органов и тканей, организма в целом; популяционный; биоценозный; биосферный.

Система – это внутренне (или внешне) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющая себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Слово «целостность» появляется в определении «системы» как её существенное свойство. Интуитивно оно воспринимается также и в качестве интегрирующего. Следовательно, у этого понятия есть двойная роль, двойная функция: аспектная и интегральная. Как их совместить? В рациональном мире работают научные методы, в эмоциональном действуют чувства. Начинались они обычно в рациональной области, затем устремлялись за предметом в область интуиции и там угасали, не в силах адекватно описать это понятие языком науки. Формализовать удавалось лишь какие-то следствия, эффекты, проявления целостности, и это были уже безжизненные схемы. Ф.И.Тютчев: «Мысль изреченная есть ложь». Настроение безнадёжности сильнее всего передал, пожалуй, А.Бергсон: «Действительность есть вечное становление, порыв, изменение, творчество, насилуемое формами мышления...» Формы эти старательно классифицируются, создавая нам разнообразие «научных картин». Мы, таким образом, обречены на «оформленность».

Будучи субстанциальным аспектом системы, целостность должна постигаться интуитивно. Постараемся напрячь нашу интуицию, развивая представление о целостности. При взгляде на объект извне это понятие ассоциируется с обособленностью, самостоятельностью, замкнутостью. Если же смотреть изнутри, то это слово обретает смысл лишь тогда, когда появляется представление о внешнем, т.е. при наличии открытости (через двери, окна, форточки). Таким образом, целостность соединяет в себе противоположные свойства (замкнутость и открытость), которые должны находиться в соотношении дополнительности, не отдавая друг другу полной победы. Прекрасно сказал Гёте: «Когда целое вполне обнаруживает себя, оно указывает на всё остальное, и в этом понимании лежит величайшее дерзновение, и величайшее смирение».

В процессе перестройки мышления на новую парадигму понятие целостности сражается с понятием полноты. На первый взгляд, это понятия близкие, родственные. Но уточнение их разводит. Стремление к полноте – вектор стратегии научного поиска в рамках прежней парадигмы. А целостная картина – всего лишь предварительный, приблизительный, эвристический этап, подлежащий преодолению на пути к полному знанию. Но что происходит при достижении полноты описания какого-либо объекта? Очевидно, остановка в его развитии, конец жизни, умирание. Идеал оборачивается гибелью. Этот парадокс повсеместно встречается как в сказках, так и в судьбах, и многократно описывался. Слова некогда известной песни «мы рождены, чтоб сказку сделать былью» сегодня воспринимаются иначе: «не надо сказку опошлять», ведь в жизни все не так как в сказке, все подчиняется закону возрастания энтропии, «не до жиру, быть бы живым».

Постепенно осознавалось, что жизнеспособным, самостоятельным, органическим системам свойственна скорее не полнота, а нечто другое, что лучше называть целостностью. Освоение этого понятия происходило в ходе становления системного подхода. Философское определение системы, включающее целостность, рождалось в муках и спорах, ибо понятие целостности не удавалось объяснить привычными, известными, ясными словами. М.К.Мамардашвили пишет об этом так: «Эффектами целостности или системности мы называем то, что не можем представить. Это вынужденное понятийное орудие... Мы имеем дело с чем-то, что мы в принципе не должны стремиться представить наглядно или модельно, с чем мы должны обращаться, как с символами. Никакой целостный эффект не разворачиваем в реальную совместность или последовательность объектов с их свойствами... Необходимо пересмотреть классические абстракции, ввести онтологический принцип неполноты бытия». Речь идёт о смене идеала, о переходе к целостности как к более фундаментальному понятию, чем полнота. Полные описания ограниченных моделей становятся, таким образом, лишь вехами на пути к постижению целостных объектов. В новой парадигме вектор стратегии поворачивает от полноты к целостности.

Принципиальная невозможность полного описания целостности связана также с непрерывным изменением мира. П.Г.Светлов в письме к А.А.Любищеву писал: «История есть продолжение сотворения мира и тем самым истина нам ещё далеко не открыта полностью... Мнение, что вся истина нам открыта и мы обладаем всем, что нужно для нашего спасения, а следовательно и беспокоиться больше не о чём, – одно из основных положений православного богословия, но это составляет предмет моего большого сожаления».

Полнота достигается фактически только на моделях. Итак, стремясь к целостности, надо отказываться от полноты. Чтобы лучше это понять, обратимся ещё к жанру исповеди, классические образцы которой дали Бл.Августин, Руссо, Л.Толстой. Идеал совершенства, чистоты, полноты предписывает стремление к предельной искренности, без оглядки на цензора, зрителя, внешний суд. Но попробуйте устранить этот второй план – и исповедь погибнет. Стремясь к завершённости, мы где-то начинаем удаляться от жизни, и оказываемся на похоронах. Идеал хорош до тех пор, пока мы не слишком к нему близки.

Ранее отмечалось, что целостность пропадает, когда нарушается соразмерность компонент системной триады, когда некоторые из них, так сказать, увядают. Но в сильной триаде возможна регенерация ослабевших свойств, восстановление их через другие компоненты, так что, как в Святой Троице, каждая ипостась способна являть целое.

Тяга к целостности есть тяга к жизни. Любопытно в этом плане наблюдение, которое сделал художник К.С.Петров-Водкин, исследуя триаду основных цветов «жёлтый-красный-синий». Он заинтересовался тем, что «у цвета имеется свойство не выбиваться из трёхцветия, дающего в сумме белый цвет, т.е. свет. Благодаря этому свойству сложный, двойной цвет вызывает по соседству нехватающий ему для образования трёхцветия дополнительный». В качестве примера он называет зелёный луч заката, синюю ночь у костра, красную дорожку на лугу. Это стихийное стремление к гармонии целого через мираж дополнения является свойством и человеческой психики. Действительно, не по той ли закономерности мы в истине хотим видеть добро и красоту, в любви обретаем надежду и веру, в правде чувствуем отблеск радости и пользы?

Природная тяга к целостности заставляет человека совершать поступки, трудно объяснимые с рутинных позиций. Тоскующая душа ищет выхода к гармонии, к счастью, к слиянию с мировой душой. Осознавая эту закономерность, можно говорить о путях восхождения, различая исходные позиции по аспектам системной триады.

Вырастая из прежней парадигмы, приходится преодолевать хронический рациональный уклон. Но как? Возможный путь: отказ от метода отрицания. Отучиться отвергать с порога непонятное, отвыкнуть от подозрительности к новому, перестать видеть в инакомыслящем врага. Пора осваивать принцип приятия: признание-сочувствие-доверие.
8.5.2. Принципы целостности современного естествознания
Следует отметить, что в настоящее время бурно развивается философия науки, которая существенно отличается от естествознания и по своим целям, и по методам исследования. Философия науки стремится к некоторому синтетическому взгляду на окружающий нас мир. Она включает в себя эпистемологию, методологию науки (в широком и узком смысле) и социологию научного познания, синергетическую онтологию.

Естественно-научное мировоззрение опирается, прежде всего, на основные принципы естествознания. По степени общности можно в первую очередь выделить принципы инвариантности, относительности, дополнительности, вариационные принципы. Затем следует выделить принципы сохранения энергии, необратимости, симметрии, инерции, дальнодействия, близкодействия и некоторые другие.

Отметим наиболее важные идеи, связанные с формулировкой самых общих принципов природы, а именно – идеи инвариантности, относительности и дополнительности.

Инвариантность. Категория инвариантности тесно связана с глубокой философской проблемой соотношения между относительной и абсолютной истиной. Если справедливость утверждения не зависит от системы отсчета, то такое утверждение называется инвариантным.

В связи с таким расширением понятия инвариантности можно сделать один парадоксальный вывод: всякое абсолютное относительно, а всякое относительное абсолютно. Е. Вигнер сформулировал концепцию трех уровней познания в физике, которая может быть распространена и на другие науки. Первый уровень познания – установление отдельных фактов (событий), второй – выведение общих законов посредством обобщения фактов или событий, третий – получение принципов инвариантности («сверхпринципов») посредством дальнейшего обобщения законов.

Инвариантность связана с симметрией и законами сохранения. Если речь идет о зеркальном отражении, то слово «инвариантность» заменяют словом «симметрия». Законы сохранения являются формой выражения принципов инвариантности. Инвариантность к смещению системы отсчета выражает собой: закон сохранения энергии – для смещения во времени, закон сохранения импульса – для смещения в пространстве, закон сохранения количества движения – для поворота.

У Аристотеля инвариантом является естественное (абсолютно неподвижное) место тела; у Декарта и Галилея неизменным состоянием стало уже не положение тела, а его скорость. В современной физике основным инвариантом служит масса.

Относительность. Принципы относительности связаны с принципами инвариантности. В своей наиболее простой и отточенной форме принцип относительности обычно формулируется так: «Законы классической механики инвариантны относительно перехода от одних инерциальных систем отсчета к другим». «Все механические процессы протекают совершенно одинаково во всех инерциальных системах отсчета». То есть все инерциальные системы отсчета равноправны с позиций механики; нет ни одной избранной, которую можно было бы предпочесть другой на том основании, что какой-то механический опыт в ней протекает иначе, чем в других инерциальных системах отсчета.

А. Эйнштейн обобщил этот принцип, сформулировав два постулата специальной теории относительности.

1. Все законы физики должны быть одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, движущихся относительно друг друга поступательно и равномерно (с постоянной скоростью).

2. Скорость всех взаимодействий в природе ограничена скоростью света. Или скорость света одинакова во всех инерциальных системах.

Многие ученые предлагали называть специальную теорию относительности теорией инвариантности, поскольку в ней обосновывается существование двух важнейших инвариантов природы. Первым является постоянная скорость света, вторым – соотношение Е = mc². Таким образом, в специальной теории относительности А. Эйнштейна произведено весьма полное обобщение как принципа относительности, так и принципа инвариантности.

Дополнительность. Принцип дополнительности, несмотря на его исключительную важность в науке, разработан совершенно недостаточно. Иногда этот принцип трактуется либо как синоним соотношений неопределенности, либо как логически и исторически вытекающий из него.

Н. Бор ввел «дополнительность» как принцип, согласно которому некоторые понятия в физике являются несовместимыми и должны восприниматься только как дополняющие друг друга. Соотношение неопределенностей представляет собой количественное выражение этого принципа. Н. Бор сформулировал свою наиболее отточенную формулировку принципа дополнительности: «Как бы далеко не выходили квантовые эффекты за пределы возможностей классической физики, описание экспериментальной установки и регистрации результатов наблюдения всегда должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики. Это есть простое логическое требование, поскольку термин «эксперимент» в сущности, может применяться лишь для обозначения такой ситуации, когда мы можем рассказать другим, что сделали и что узнали в итоге». «Есть два вида истины – тривиальная, отрицать которую нелепо, и глубокая, для которой обратное утверждение – тоже глубокая истина». Можно сформулировать эту мысль иначе: содержательность утверждения проверяется тем, что его можно опровергнуть. Приведем еще одно высказывание Бора: «Никогда не выражайся яснее, чем ты думаешь». Понятие «истина» Бор считал дополнительным понятию «ясность». Он также полагал, что проблема «свободы воли» решается дополнительностью мыслей и чувств. Пытаясь анализировать переживания, мы изменяем их и, наоборот, отдаваясь чувствам, теряем возможность их анализа.

Принцип дополнительности применяется также в биологии, лингвистике и ряде других наук, но главную мысль, обобщающую этот принцип, можно выразить так: природная (сущностная) картина явления и его строгое математическое описание взаимодополнительны. Например, создание физической картины явления требует качественного подхода, пренебрежения деталями и уводит от математической точности. А точное математическое описание настолько усложняет картину, что затрудняет физическое понимание.

Очень емкой формулировкой принципа дополнительности является формулировка И. Пригожина, правда в вольной интерпретации: «Мир богаче, чем можно выразить на любом одном языке...».

Ярким методологическим принципом является принцип соответствия, предложенный Н. Бором: «Никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в этой области». Обобщенная формулировка принципа соответствия имеет вид: «Теории, справедливость которых установлена для той или иной предметной области, с появлением новых более общих теорий не устраняются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области как предельная форма и частный случай новых теорий.

Основные подсистемы науки – естественные, общественные и технические. Характерно отсутствие резких граней между науками в настоящее время и междисциплинарные комплексные научные исследования. Наблюдается иерархичность: фундаментальные науки, изучающие основные закономерности развития материи и сознания, и практические науки, применяющие достижения фундаментальных наук на практике. Преобладание эмпирического знания было до начала XX века. Определяющая роль теоретического уровня научного познания – в современную эпоху. Качественное изменение эмпирического уровня на основании новых теоретических конструкций и информационных технологий.

Закономерностью развития естествознания является непрерывно-дискретный характер его развития. Скачкообразный ход развития науки при решении актуальных проблем характеризуется сменой типов научной рациональности.

В истории современного естествознания можно классифицировать глобальные естественнонаучные революции: аристотелевская, ньютоновская, эйнштейновская, пригожинская(?).

Принципиальное раздвоение каждой из фундаментальных научных проблем, как отражение принципа неполноты соответствующих теорий (теорема Гёделя). Усовершенствование первоначальной единой теории как решение альтернативных равноправных начал на примере развития синергетической парадигмы фундаментальности.
8.5.3. Самоорганизация в природе в терминах параметров порядка

Система может быть определена как комплекс взаимодействующих элементов (определение Берталанфи).

Систему можно определить как любую совокупность переменных, которую исследователь выбирает из числа переменных, свойственных реальному объекту (определение У.Р. Эшби).

Системой является произвольная вещь, на которой реализуется какое-то отношение, обладающее произвольно взятым определенным свойством. И двойственная формулировка: системой является произвольная вещь, на которой реализуются какие-то свойства, находящиеся в произвольно взятом определенном отношении (определение Уёмова А.И).

Системные исследования продвигаются вперед, имеют успех, несмотря на отсутствие общепринятого общего (абстрактного, для всех случаев справедливого) определения систе­мы.

Выделим для наглядности те характеристики, с которыми, прежде всего, ассоциируется наша интуиция системы: наличие системообразующего фактора (свойства или отношения), который выражает смысл системы; смысл системы часто называют эмерджентным свойством системы, т.е. свойством, которым обладает система, но не обладают какие-либо ее части сами по себе.

Система обладает структурой, посредством которой на определенном субстрате реализуется концепт и благодаря которой система есть то, что она есть, т.е. получает эмерджентное свойство. Структура есть не что иное, как отношения между элементами системы. Система содержит также элементы, которые упорядочены структурными отношениями.

Элементы и структура вторичны по отношению к концепту: концепт определяет, что является элементами системы и каково их структурное взаимоотношение, а не наоборот. Система является определенным единством, целостностью, индивидуальностью. Система как индивидуальность выделена из окружающей среды, отличается от нее. Системы нет без окружающей ее среды. Система имеет непространственную границу, которая отделяет ее от внешней среды. Система имеет каналы связи между системой и внешней средой, называемые входами и выходами системы.

В системных исследованиях очень часто бывает полезно изобразить систему графически. Для этого используются обычно две модели системы: модель черного ящика и модель белого ящика.

Модель черного ящикаиспользуется в тех случаях, когда особый интерес для исследователя представляет взаимоотношение системы со средой. Если у системы есть внешняя окружающая среда, то должна быть и связь системы с ней, какое-то взаимное влияние их друг на друга. Между ними должны быть и граница, и каналы связи – это схема модели «черного ящика», показанная на рис. 7.


Рис. 7. Модель «черного ящика» изучаемой системы
Характер связи системы с внешней средой, как правило, далеко не очевиден и часто требует специального изучения. Внешняя среда влияет на систему через каналы связи, называемые входами системы (см. рис. 9

модель «черного ящика»). Это название подчеркивает отсутствие сведений о содержании черного ящика, т.е. о внутренних характеристиках системы. В этой модели задаются, фиксируются только входные и выходные связи системы с внешней средой. Такая модель часто оказывается полезной, несмотря на кажущуюся простоту и бедность.

Если сигналы с выхода системы попадают на вход системы по каналу обратной связи в фазе (сдвиг фаз равен 0⁰, либо 360⁰) то такую обратную связь называют положительной, если сдвиг фаз равен 180⁰, то отрицательной.

Н. Винер связывал суть науки об управлении с организацией и самоорганизацией, которая рассматривалась им как антипод энтропии, фактор, противостоящий тенденции роста мирового хаоса.

Под самоорганизациейпонимается способность к стабилизации некоторых параметров посредством направленной упорядоченности ее структуры с целью противостоять энтропийным факторам среды. Самоорганизация – это структура в действии.

Для процесса самоорганизации характерны следующие структурные компоненты и свойства:

1. 
   Механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, пе­реработку сигналов, несущих информацию и формулирование программы ответного действия.
   
2. 
   Канал обратной связи.
   

К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:

1. 
   Самоорганизующаяся система сохраняет состояние термодинамического равновесия.
   
2. 
   Негаэнтропийный характер самоорганизующейся системы обеспечивается использованием управляющей информации.
   
3. 
   Самоорганизующаяся система обладает функциональной активностью, (консерватизмом) выражающейся в противодействии внешним силам.
   
4. 
   Самоорганизующаяся система обладает выбором линии поведения.
   

1. 
   Целенаправленность действий.
   

6. Гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.

Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным, на нее внешним воздействием – вход системы. Вместе с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, представляющая собой собственную упорядоченность этого потока.

Эта информация оценивается в особом блоке системы – механизме управления, которым может быть система сравнения, или «свой–чужой». Если последняя ломается, то это проявляется в виде «терроризма». Здесь же вырабатывается программа ответного действия, система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи (см. рис.2.) поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.

Таким путем многократного самоконтроля системы получившие название «самоорганизующиеся», настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым сохраняют себя рис.2. Если сигнал с выхода через цепь обратной связи попадает на вход в фазе, то такая обратная связь называется положительной обратной связью, если в противофазе, то – отрицательной обратной связью. Первая способствует раскачке системы (например, качелей), второй вид обратной связи – стабилизации, торможению, детерминизму… Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации систем: гомеостаз, обратная связь, информация.

Гомеостаз. Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois – подобный, одинаковый, сходный и stasis – неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз – то стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу – мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы означает ее гибель; живое всегда стремится сохранить свою стабильность – это факт эмпирический. Для неживой материи стремление сохранить свой гомеостаз выражен в принципе Ле Шателье–Брауна (принцип подвижного равновесия), который является следствием закона сохранения. Если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нубудь из условий, определяющих равновесие, то равновесие смещается в том направлении, в каком эффект возмущающего воздействия уменьшается.

Устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие.Чересчур стабильные системы – тупиковые формы, развитие которых прекращается.Чрезмерная адаптация или специализация столь же опасна для совершенствования, как и его неспособность к адаптации. То есть стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, определяющими рост раз­нообразия.

Механизм обратной связи – это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие (сохраняют динамическое равновесие) и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы и приводят, в конце концов, к возникновению новой структуры. Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как оно компенсируется тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии (рассеяния энергии). Суть этого принципа: если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, согласных с законом сохранения энергии и принципами, а также связями, наложенными на систему, то реализуется то состояние, которому соответствует минимальное рассеяние энергии, или, что тоже самое, минимальный рост энтропии (рыба ищет – где глубже, человек – где лучше, и никто не перетрудиться, так устроена мудрая консервативная природа)

Живые системы – это всегда открытые системы. Живым системам свойствен метаболизм, т.е. обмен энергией и ве­ществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущих тенденций развития живых систем является стремление к наибольшей степени использовать энергию внешней среды, уменьшая тем самым свою локальную энтропию.

Это является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственней стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

Таким образом, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. сохранению гомеостаза, иукреплению отрицательных обратных связей, и тенденциями к поиску новых, более рациональных способов использования энергии и вещества,т.е.укреплению положительных обратных связей. Способы решения этих противоречий могут быть различными, и это обстоятельство ответственно за самые разнообразные организационные формы материального мира.

Распространена теория двойственной обратной связи, согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационной и неинформационной. Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире порождает совершенно иной, новый тип механизмов развития, неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы комбинированной (положительной и отрицательной обратной связи, переключающиеся в зависимости от результата воздействия среды) обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого. Однако некоторые прокариоты и вирусоподобные существа, традиционно относимые к живому миру, по-видимому, все-таки лишены способности формировать петли комбинированной обратной связи.

Содержание понятия информации тесно связано с понятием отражения. Отражение – всеобщее свойство движущейся материи, которое выражается в способности любого объекта на воздействие извне отвечать определенным действием. Способность каждого предмета или явления реагировать тем или иным способом на воздействие извне сопровождается определенными изменениями своей структуры, в результате чего отражаемым и отражающим объектами устанавливается соответствующее структурное отношение.

Таким образом, информация – это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала, отраженное разнообразие. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество – это гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.

Теория информации – это раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации Основные понятия теории информации – количество информации, емкость, пропускная способность канала связи и скорость передачи информации по нему.

Изменения, происходящие в системе в результате отражения или спонтанно, реализуются в форме вещественных или энергетических сигналов. Информация – это содержание сигнала, а значит, содержание отражения и изменения вообще.

Т.о можно говорить, о двух видах информации: информация как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени,мера разнообразий (сложности, организации, порядка), мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы; информация как форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.