Самоорганизация как основа эволюции

Несмотря на то, что идеи эволюции, начиная от космогонической гипотезы Канта — Далласа и кончая эволюционной теорией Дарвина, получили широкое признание в науке, тем не менее они формулировались скорее в интуитивных, чем в теоретических терминах.

Чтобы разрешить возникшее глубокое противоречие между классической термодинамической эволюцией, с одной стороны, и эволюцией биологической и социальной — с другой, физики вынуждены были отказаться от упрощенных понятий и схем и вместо них ввести понятия об открытых системах и необратимых процессах. Благодаря этому оказалось возможным развить новую нелинейную и неравновесную термодинамику необратимых процессов, которая стала основой современной концепции самоорганизации.

Самоорганизация в диссипативных структурах

Многочисленные примеры самоорганизации в гидродинамических, тепловых и других физических системах, не говоря уже о системах живой природы, ученые замечали давно. Но в силу доминировавших в науке своего времени взглядов они попросту не замечали их либо старались объяснить с помощью существовавших тогда понятий и принципов.

Поскольку в науке XVII — первой половины XIX вв. доминировала механистическая парадигма, постольку в ней все процессы пытались объяснить путем сведения их к законам механического движения материальных частиц.

Как уже отмечалось выше, впервые такие процессы стали изучаться в термодинамике, которая начала исследовать принципиально отличные от механических тепловые явления. Тепло передается от нагретого тела к холодному, а не наоборот. С течением времени оно равномерно распределяется в теле или окружающем пространстве. Все эти простейшие явления нельзя было описывать без учета фактора времени. На такой феноменологической основе были сформулированы исходные начала или законы классической термодинамики, среди которых важнейшую роль играет закон возрастания энтропии. Энтропия 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 энергию. Если обозначить свободную энергию через F, энтропию — S, то полная энергия системы Е будет равна

E=F+ST,

где Т— абсолютная температура по Кельвину.

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. Так впервые в физическую науку были введены понятия времени и эволюции, связанные с изменением систем.

Между тем классическая термодинамика именно на них как раз и опиралась и поэтому рассматривала, например, частично открытые системы или находящиеся вблизи от точки термодинамического равновесия как вырожденные случаи изолированных равновесных систем. Очевидно, что для объяснения процессов самоорганизации необходимо было ввести новые понятия и принципы, которые бы адекватно описывали реальные процессы самоорганизации, происходящие в природе и обществе.

Наиболее фундаментальным из них, как мы уже знаем, является понятие открытой системы, которая способна обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Поскольку между веществом и энергией существует взаимосвязь, постольку можно сказать, что система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. В систему из внешней среды поступает свежая энергия, и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной или даже уменьшаться. Отсюда становится ясным, что открытая система не может быть равновесной, потому ее функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается.

Существуют также случаи самоорганизации иного типа, в которых переход к новым структурам не связан с диссипацией. Например, увеличивая напор воды путем открытия водопроводного крана, мы можем наблюдать переход от плавного ламинарного течения жидкости к бурному турбулентному. Иногда наблюдаются даже случаи, когда возникновение новых структур происходит за счет увеличения энтропии самой системы. Так происходит, например, процесс образования кристаллов из жидкости, снежных хлопьев и биологических мембран.

Однако в настоящее время наибольший интерес и основное значение приобретают, конечно, диссипативные структуры. В качестве образца для построения теоретической модели таких структур, названного брюсселятором, послужили специфические химические реакции, впервые изученные совсем недавно нашими учеными Б.Белоусовьм и А.Жаботинским. Такие реакции сопровождаются образованием особых пространственньк структур и происходят за счет поступления новых химических реагентов и удаления продуктов реакции. Важной их особенностью является также присутствие катализаторов, которые способствуют ускорению хода реакции.1

Соотнесение алгоритмов развития, присутствующих в экономическом пространстве, с алгоритмами всеобщего развития, характеризующими универсальный эволюционизм в живой и неживой природе, позволяет сделать заключение об их идентичности, что предупредило необходимость рассмотрения в курсе «Концепции современного естествознания» принципов универсального эволюционизма.