Синергетика - наука о сложном

В конце XX века все большее развитие получает синергетика — наука о сложном, о том, как в хаосе ус-

танавливается определенный порядок, который, однако, рано или поздно разрушается. Интересно, что как в установлении, так и в разрушении порядка огромную роль играют маленькие воздействия (флуктуации). Благодаря этим воздействиям система в одних случаях приобретает упорядоченность, в других эта упорядоченность, исчерпав себя, разрушается, при этом система попадает в состояние неустойчивости. Смена режимов устойчивости и неустойчивости происходит в системах, где есть подвод вещества, энергии и информации. До развития синергетики наука рассматривала отдельно хаос и порядок, причем основное внимание уделялось именно порядку, ибо его можно описать относительно простыми математическими уравнениями. Синергетика выявляет пути зарождения в хаосе порядка, его поддержания и распада.

Представьте себе нагрев воды в кастрюле. За счет подвода энергии вода начинает нагреваться, появляются пузырьки воздуха в воде. А возникают они на случайных местах, в силу случайностей. Но если пузырек образовался, то в уже достаточно нагретой воде он увеличивается в размерах и поднимается к поверхности воды, где лопается. При нагревании воды хаотичность движения ее молекул возрастает, но именно в этом хаосе устанавливается порядок, развивается история капель, наполненных водяными парами.

Нечто аналогичное происходит в товарно-денежных отношениях. Здесь хаос — это рынок. Одни продают, другие покупают, при этом разброс чувств, мнений огромен. Но в хаосе рынка устанавливаются определенные закономерные отношения, которые изучает экономика как наука.

Сложной системой с хаосом и порядком является любой естественный язык. Филологи хорошо знают, что грамматические закономерности возникают случайным образом, одни случайности «вымирают», а другие, наоборот, приобретают все новых сторонников. Язык — это шум, хаос, в котором есть порядок.

Исходя из успехов синергетики ученые объясняют возникновение и развитие упорядоченных систем перестройкой хаоса. Все возникает из хаоса. Поскольку система «забывает» свои прошлые состояния, то неизвестно, что было до хаоса и в принципе это невозможно узнать.

Как все было? Был Большой взрыв

Откуда все взялось — звезды, планеты, жизнь, сообщества людей? Современные ученые отвечают на этот вопрос следующим образом.

Где-то 15 млрд лет назад вакуум оказался в неустойчивом состоянии. Произошел Большой взрыв, вакуум разогрелся до 10¹⁹ градусов Кельвина. При такой гигантской температуре не могли существовать современные молекулы и элементарные частицы. Взорвавшийся вакуум стал расширяться и вследствие этого охлаждаться.

Уже в первую секунду произошло очень много явлений, в частности появилось вещество, началось образование химических элементов. Позднее возникли звезды и планеты. Биологическая эволюция началась на нашей планете около 4 млрд лет назад. Примитивный человек возник несколько миллионов лет тому назад. Лишь последние 100 тыс. лет наши предки стали способны к членораздельной речи, мышлению, широкому

использованию орудий труда. Возраст цивилизации составляет всего около 20 тыс. лет.

Не Бог, а случайности, утверждает современная наука, привели к образованию тех упорядоченностей, от законов физики до наших ценностей, которые вызывают столь большое удивление своей закономерностью.

Интересно, что возникновение жизни могло бы не состояться, если бы мир оказался пусть даже в весьма незначительной степени другим. Крайне специфические условия обеспечили возможность появления жизни и ее последующую эволюцию.

Природа такова, что она обладала и обладает возможностью порождать живые организмы и человека.

Уровни организации природы

Природа бывает неживой и живой. Уровни организации неживой природы: вакуум, элементарные частицы, атомы, молекулы, макротела, планеты, звезды, галактики, системы галактик, метагалактика (часть Вселенной, доступная современным астрономическим методам исследования). Уровни организации живой природы: доклеточный уровень (нуклеиновые кислоты, белки), клетки, многоклеточные организмы, популяции (особи одного вида), биоценозы (совокупность всего живого на данном участке суши или водоема).

Уровни организации природы, как правило, находятся в определенной соподчинительной связи друг с другом. Более простой уровень составляет фундамент более сложного уровня. Все макротела состоят из молекул, сложные организмы содержат клетки и т.д.

Для всякого сложного уровня организации материи справедливы две вещи: 1) законы простого уровня организации материи не отменяются, они продолжают существовать; 2) на законы фундамента надстраиваются новые законы. Так, в организме человека атомы следуют законам физики и химии, клетки же и органы подвержены биологическим закономерностям.

Пространство и Время

В мире природы важнейшее значение имеют пространственные и временные характеристики объектов. Совокупность длин, площадей, объемов, соотношений типа «слева», «справа», «ниже», «выше», «под углом» называется пространством. Совокупность длительностей и соотношений типа «раньше», «одновременно», «позднее» называется временем. Пространство характеризует сосуществование явлений, а время — их

сменяемость.

В современной физике не считают, что пустота существует. То, что раньше считали пустотой, в действительности оказалось определенной физической средой, вакуумом. Мы вспомнили о пустоте в связи с пространством, которое не есть ни пустота (ибо она не существует), ни вакуум (вакуум — это среда, обладающая пространственными характеристиками).

В наши дни невозможно обосновать данными науки устаревшее представление, согласно которому пространство и время существуют сами по себе, вне объектов. После открытий в физике А. Эйнштейна стало особенно очевидным, что пространственные и временные характеристики зависят от тех процессов, проявлениями которых они являются. Например, длина предмета

определяется тем, в какой системе она измеряется. Допустим, рост молодого человека 180 см. Для пассажира ракеты, проносящейся мимо Земли со скоростью, сравнимой со скоростью света, его рост в зависимости от скорости ракеты может оказаться равным и 150 и 25 см.

Другой пример. На Земле родились двое близнецов. До 20 лет они не разлучались и всегда вместе отмечали свой день рождения. На 21-м году жизни один из близнецов отправился в космическое путешествие на аппарате, который движется со скоростью, сравнимой со скоростью света. На Земле по календарю проходит 70 лет. Тот из близнецов, который остался на Земле, стал глубоким стариком, он отмечает свое 90-летие. На вопрос, что стало с его братом, старик отвечает: «Мы ждем его с минуты на минуту, корабль возвращается, моему брату всего-то 50 лет». Описанная ситуация фантастична в том смысле, что пока люди летают на ракетах, скорости которых «черепашьи» в сравнении со скоростью света в вакууме, равной 300 тыс. км в секунду. Но с точки зрения физика, работающего на ускорителе элементарных частиц, ситуация с близнецами крайне правдоподобна. Дело в том, что на элементарных частицах проверена правомерность тех формул, которые описывают «замедление» времени. Свойства физического пространства и времени изучаются в физике. Время одномерно (в формулах оно обозначается одной переменной t)и необратимо (его нельзя повернуть вспять). Пространство трехмерно (в формулах для его обозначения используются три переменные х, у, z). Описанные нами свойства физического пространства и времени характерны для макромира — мира объектов, обладающих масштабностью человеческого те-

ла. В микромире пространство и время обладают другими характеристиками, например пространство может быть девятимерным.

Обратимся теперь к биологическим явлениям. Здесь физическое пространство и время приобретают дополнительно к физической биологическую значимость. Поясним ситуацию примером.

Представьте себе старика 80 лет, который вел здоровый образ жизни, но состарился в силу естественных причин. Молодой 20-летний парень, употребляющий алкоголь и наркотики, сумел довести свою печень точно до такого же состояния, как у старика. Физический возраст печени старика и парня различный — 80 и 20 лет соответственно, а их так называемый биологический возраст одинаков, он определяется теми изменениями, которые произошли в печени того и другого. Врач должен оценить эти изменения посредством количественных данных, они-то и зададут величину биологического возраста (в данном случае печени). Биологический возраст человека обычно задают степенью вероятности его смерти.

Ясно, что для нас, людей, пространственно-временная определенность мира имеет огромнейшее значение. Причем по достаточно простой причине наши пространственные и временные ресурсы ограничены. Особенно неприятно, что человек — существо смертное. В этих условиях человек стремится выиграть время и пространство, сделать максимально эффективным использование каждой единицы времени и пространства.

Выиграть время и пространство — значит добиться совершенства в жизни.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: