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.