Неравновесная область Равновесная область

1. Система «адаптируется» к внешним 1.Для перехода из одной

условиям, изменяя свою структуру структуры к другой требуются

сильные возмущения или изме-

нения граничных условий.

2. Множественность стационарных 2. Одностационарное состояние

состояний.

3. Чувствительность к флук- 3.Нечувствительность к флук-

туациям (небольшие влияния приво- туациям.

дят к большим последствиям, внутр-

ренние флуктуации становятся боль-

шими).

4. Неравновесность- источник 4.Молекулы ведут себя не-

порядка (все части действуют согла- зависимо друг от друга.

сованно)и сложности

5. Фундаментальная неопре- 5. Поведение системы опре-

деленность поведения сис- деляют линейные зависимос-

темы. ти.

Будучи предоставлена самой себе, при отсутствии доступа энергии извне, система стремится к состоянию равновесия— наибо­лее вероятному состоянию, достигаемому при энтропии, равной ну­лю. Пример равновесной структуры — кристалл.

К такому равновесному состоянию в соответствии со вторым началом термодинамики приходят всезакрытые системы, т. е. сис­темы, не получающие энергии извне.

Противоположные по типу си­стемы носят названиеоткрытых.

Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к об­щим выводам относительно эволюции в неживой природе от хаоса к порядку.

Эволюция и ее особенности

Понятие хаоса в противоположность понятию космоса было изве­стно древним грекам.

Пригожин и Стенгерс называютхаотически­ми все системы, которые приводят к несводимому представлению в терминах вероятностей. Другими словами, такие системы нельзя описать однозначно детерминистично, т. е. зная состояние системы в данный момент, точно предсказать, что с ней будет в момент сле­дующий.

«Экстраполяция динамического описания... имеет наглядный образ — демон, вымышленный Лапласом и обладающий способнос­тью, восприняв в любой данный момент времени положение и ско­рость каждой частицы во Вселенной, прозревать ее эволюцию как в будущем, так и в прошлом... В контексте классической динамики де­терминистическое описание может быть недостижимым напракти­ке, тем не менее, оно остаетсяпределом, к которому должна сходить­ся последовательность все более точных описаний» (И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса.- М., 1986.- С. 124).

Хаотическое поведение непредсказуемо в принципе. Необра­тимость, вероятность и случайность становятся объективными свой­ствами хаотических систем на макроуровне, а не только на микро­уровне, как было установлено в квантовой механике.

«Модели, рассмотрением которых занималась классическая физика, соответствуют, как мы сейчас понимаем, лишь предель­ным ситуациям. Их можно создать искусственно, поместив систему в ящик и подождав, пока она не придет в состояние равновесия. Ис­кусственное может быть детерминированным и обратимым. Есте­ственное же непременно содержит элементы случайности и нео­братимости... Материя — более не пассивная субстанция, описыва­емая в рамках механистической картины мира, ей также свойст­венна спонтанная активность»(Там же.- С. 50)

«Если устойчивые системы ассоциируются с понятием детер-министичного, симметричного времени, то неустойчивые хаотичес­кие системы ассоциируются с понятием вероятностного времени, подразумевающего нарушение симметрии между прошлым и буду­щим» (И. Пригожин, И. Стенгерс. Время, хаос, квант.- М., 1994.-С. 255-256), т. е. «стрелу времени».

«Будущее при нашем подходе пе­рестает быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означа­ет конец классического идеала всеведения. Мир процессов, в котором мы живем и который является частью нас, не может более отвергать­ся как видимость или иллюзия, определяемая нашим ограниченным способом наблюдения. На заре западного мира Аристотель ввел фун­даментальное различие между божественным и вечным небесным ми­ром и изменяющимся и непредсказуемым подлунным миром, к которому принадлежит и наша Земля. В определенном смысле классиче­ская наука была низведением на Землю аристотелевского описания небес. Преобразование, свидетелями которого мы являемся сегодня, можно рассматривать как обращение аристотелевского хода; ныне мы возвращаемся с Земли на небо» (Там же.- С. 20).

Эволюция должна удовлетворять трем требованиям:

1) нео­братимость, выражающаяся в нарушении симметрии между про­шлым и будущим;

2) необходимость введения понятия «событие»;

3) некоторые события должны обладать способностью изменять ход эволюции.

Условия формирования новых структур:

1) открытость систе­мы;

2) ее нахождение вдали от равновесия;

3) наличие флуктуации.

Чем сложнее система, тем более многочисленны типы флукту­ации, угрожающих ее устойчивости. Но в сложных системах сущест­вуют связи между различными частями. От исхода конкуренции между устойчивостью, обеспечивающейся связью, и неустойчивос­тью из-за флуктуации, зависит порог устойчивости системы.

Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состо­яние, называемоеточкой бифуркации. В ней система становится не­устойчивой относительно флуктуации и может перейти к новой об­ласти устойчивости, т. е. к образованию нового вещества. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей эво­люции. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке нача­лом эволюции в совершенно новом направлении, который 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.

По мнению Пригожина и Стенгерса, большинство систем от­крыты — они обмениваются энергией или веществом или информа­цией с окружающей средой.

Главенствующую роль в окружающем мире играют не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчи­вость и неравновесность, т. е. все системы непрестанно флуктуиру­ют.

В особой точки 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 они назвали диссипа-тивной структурой.

Новые структуры называются диссипативными, потому что дляих 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 диссипативных структур. Это — следствие нелинейного характера сильно неравновесных ситуаций.

Малые различия могут привести к крупномасштабным последстви­ям. Следовательно, граничные условиянеобходимы, но не достаточ­ны 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) мы и приписываем таким системам определен­ную «автономию», или «самоорганизацию».

Исследования, о которых только что говорилось, проводятся в рамках науки, получившей название синергетики.