Мир вокруг Статьи

ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА

Новый диалог человека с природой

Бельгийский ученый родом из России Илья Пригожин получил Нобелевскую премию за работы в области термодинамики. Но подходы основанной им Брюссельской школы коснулись всех областей человеческого знания. На их базе во многом основываются прогнозы футуролога Элвина Тоффлера, большая часть которых уже сбылась или начала сбываться.


Книга Пригожина и Стенгерс опубликована на русском языке 30 лет назад. Казалось бы, зачем нам ворошить прошлое? Но дело в том, что великий переломный момент, который десятилетия тому назад по своему ощутили и описали Тоффлер и Пригожин, продолжается и набирает силу до сих пор, а противоречия, внутри науки и в отношениях между наукой и обществом, вскрытые в книге Пригожина и Стенгерс, продолжают раскалывать наше создание и сегодня. Оригинал книги был написан по французски и назывался “Новый союз”. Она — про назревшее уже тогда воссоединение человека и природы, науки и общества, про новое мировоззрение, адекватно отражающее углубляющееся понимание нами новых уровней сложности мироустройства.

chaos

Как и в период написания книги, сейчас научное видение природы претерпевает радикальные изменения в сторону множественности, темпоральности и сложности. Долгое время в науке доминиро­вала механистическая картина мироздания. Классическая физика рассматривала фундамен­тальные процессы как детерминированные и обратимые. Процессы, связанные со случайностью или необра­тимостью, считались досадными исключениями из общего правила. Теперь мы видим, сколь важную роль играют повсюду необратимые процессы и флуктуа­ции. Наступила пора осознать, что мы живем в плюралистическом мире. Революция, о которой идет речь, происходит на всех уровнях: на уровне элементарных частиц, в космологии, на уровне макроскопической физики. Мы лишь начинаем по­нимать уровень природы, на котором живем мы сами.

Знаменитый закон воз­растания энтропии описывает мир как непрестанно эволюционирующий от порядка к хаосу. Вместе с тем, как показывает биологическая или социальная эволю­ция, сложное возникает из простого. Как такое может быть? Каким образом из хаоса может возникнуть струк­тура? В поиске ответа на этот вопрос удалось продвинуть­ся довольно далеко. Теперь нам известно, что неравно­весность — поток вещества или энергии — может быть источником порядка.

В предисловии к этой книге Элвин Тоффлер проводит прямую параллель между открытиями Пригожина и теми изменениями, которые набирают силу вокруг нас. Многовариантность, сложность и необратимость из досадных помех в строительстве машины индустриального мира превратились на наших глазах в движущие силы эволюции, общественного прогресса и самой жизни. Турбулентность, энтропия, точка бифуркации — термины науки о сложности прочно вошли в наш лексикон. Книга Пригожина и Стенгерс напоминает, откуда они взялись и что на самом деле означают.

Введение. Вызов Науке

28 апреля 1686 г. — одна из величайших дат в истории человече­ства. В этот день Ньютон представил Лондонскому ко­ролевскому обществу свои «Математические начала на­туральной философии».

За 300 лет наш научный горизонт поистине фанта­стически расширился. Параллельно с количественным ростом науки проис­ходят глубокие качественные изменения, которые ока­зывают воздействие на наше представление о природе, жизни и обществе.

История поисков универсальной модели мира драматична. В унификации некоторых из действующих в природе фундаментальных сил дейст­вительно был достигнут значительный прогресс. Но столь желанный фундаментальный уровень по-прежнему ускользает от исследователей. Всюду обнаруживается эволюция, множественность и не­устойчивость.

Сложность, неожиданно об­наруженная в природе, привела не к замедлению про­гресса науки, а, наоборот, способствовала появлению но­вых концепций, существенных для нашего понимания физиче­ского мира — мира, частью которого мы являемся.

История трансформации наших представлений о нау­ке и природе неотделима от истории страстей, кипящих вокруг науки.

Человек издавна задавал вопросы природе. Древние шумеры изобрели письменность в поиске символов, которыми, по их убеждению, будущее было зашифровано в сегодняшнем дне. В этом смысле мы можем утверж­дать, что западная наука, начавшаяся в XVII в., лишь открыла новую главу в длящемся с незапамятных вре­мен нескончаемом диалоге человека и природы.

Наука начала успешный диалог с природой. Но результатом этого диалога явилось откры­тие мертвой, пассивной природы, поведение которой было подобно работе автомата: будучи запрограммиро­ванным, автомат неукоснительно следует предписаниям, заложенным в программе. Это открытие обескуражило многих людей и привело к расцвету антинаучного иррационализма: жизнь, судьба, свобода и спонтанность стали восприниматься как внешние проявления потустороннего мира, недоступного человеческому разу­му.

Как подчеркивал Джозеф Нидэм, западноевропей­ская мысль всегда раздваивалась между научным ми­ром-автоматом и религией с ее миром, безраздельно подвластным богу. В действительности оба эти взгляда на мир взаимосвязаны. Автомату необходим внешний бог.

Основополагающий тезис классической науки о том, что на определенном уровне мир устроен просто и подчиняется обратимым во времени фундаментальным законам, не выдержал проверки самой наукой. Обрати­мость и жесткий детерминизм в окружающем нас мире применимы только в простых предельных случаях. Не­обратимость и случайность теперь рассматриваются не как исключение, а как общее правило.

Как можно преодолеть явное противоречие между детерминированным и случайным, если мы живем в едином мире? Искусственное может быть детерминированным и об­ратимым. Естественное же непременно содержит эле­менты случайности и необратимости. Накопленный сегодня опыт позволяет утверждать, что наука выполняет универсальную миссию, затрагивающую взаимодействие не только человека и природы, но и человека с челове­ком.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ИЛЛЮЗИЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО

Глава 1. ТРИУМФ РАЗУМА

Кромешной тьмой был мир окутан,

И в тайны естества наш взор не проникал,

Но Бог сказал: “Да будет Ньютон!”

И свет над миром воссиял.

В глазах Англии XVIII в. Ньютон был «новым Моисеем», которому бог явил свои законы, начертанные на скрижалях. Вся нация торжест­венно отмечала небывалое событие: человек впервые от­крыл язык, на котором говорит (и которому подчиняет­ся) природа.

Став еще при жизни национальным героем, Ньютон примерно столетие спустя при могучей под­держке авторитета Лапласа был превращен в символ науч­ной революции в Европе. Астрономы взирали на небо, где безраздельно царила математика. Ньютоновская си­стема успешно преодолела все препятствия на своем пу­ти. Предсказание и открытие планеты Нептун явилось своего рода апофеозом ньютонов­ской картины мироздания.

Ньютоновская наука и поныне занимает особое мес­то. Некоторые из введенных ею основных понятий сохранились до наших дней. Однако, золотой век классической науки миновал, а вместе с ним исчезла и уверенность в том, что ньютоновская рациональность может быть приемлемой основой для нашего диалога с природой.

Мир науки стал отчужденным и пол­ностью оторванным от мира жизни. Наука оказалась не в состоя­нии не только объяснить этот мир, но даже оправдать­ся, назвав его «субъективным». Но практика ежеднев­но приводила оба мира в со­прикосновение. Что же касается теории, то их разделя­ла бездонная пропасть. Существование двух миров означало существование двух истин. Не исключено было, однако, и другое толкова­ние — истины вообще не существует. Трагедия разума, «разгадавшего загад­ку Вселенной», состояла в том, что одну загадку он заме­нил другой — загадкой самого себя.

Сегодня перед нами не стоит прежняя дилемма трагического выбора между наукой, обрекающей человека на изоляцию в окружающем его мире, лишенном волшебного очарова­ния, и антинаучными иррациональными протестами.

Пригожин и Стенгерс, как ученые, начали нащупывать свой путь к сложным процессам, формирующим наиболее знакомый нам мир — мир при­роды, в котором развиваются живые существа и их со­общества. Наука начала выходить за пределы «мира количества», и всту­пает в «мир качества», а значит, и в мир становящего­ся, возникающего.

Но вернемся сна­чала к ньютоновской науке, бесспорно ставшей одним из величайших достижений в истории человечества. В ньютоновском синтезе сходятся несколько направлений человеческой мысли, ис­токи которых восходят, по-видимому, к самому началу цивилизации. Во первых, она стала прямым продолжением неолитической технической революции, многие достижения которой, например виды домашних животных и культурных растений, выведенные с помощью отбора и гибридизации, гончарное производство, ткачество, ме­таллургию, человек использует и поныне. Во вторых, наиболее важный аспект, общий для греческой мыс­ли и современной науки, и разительно контрастирующий с религиозно-мистической формой познания, заключает­ся в придании особой значимости критическому анализу и проверке. И наконец в третьих, появление ньютоновской системы ознаменова­ло триумф новой универсальности: оно позволило уни­фицировать то, что до Ньютона казалось разрозненным и бессвязным.

Глава 2. УСТАНОВЛЕНИЕ РЕАЛЬНОГО

Галилей открыл, что если движение равномерно и прямолинейно, то необхо­димость в поиске причины такого движения ничуть не больше, чем в поиске причины состояния по­коя. И равномерное прямолинейное движение и покой сохраняют устойчивость сколь угодно долго — до тех пор пока не происходит что-нибудь, нарушающее их. Следовательно, центральной проблемой является пере­ход от покоя к движению и от движения — к покою или, в более общем случае, проблема любых измене­ний скорости. Как происходят такие измене­ния? Формулировка законов движения Ньютона осно­вана на использовании двух конвергентных направле­ний развития: одного физического (законы движения планет Кеплера и законы свободного падения тел Га­лилея) и другого математического (создание дифференциального исчисления, или исчисления бесконечно малых).

Если запись дифференциальных уравнений означа­ет постановку динамической задачи, то их интегрирова­ние соответствует решению этой задачи. Интегрирова­ние сводится к вычислению траекторий r(t), в которых содержится вся информация, существенная для дина­мики. Она дает полное описание динамической систе­мы.

В этом описании можно выделить два элемента: положения и скорости всех материальных точек в один момент времени (часто называемые начальными усло­виями) и уравнения движения, связывающие динами­ческие силы с ускорениями. Интегрирование уравне­ний движения развертывает начальное состояние в по­следовательность состояний, т. е. порождает семейство траекторий тел, образующих рассматриваемую систему.

Триумфом ньютоновской науки явилось открытие универсальности гравитации: одна и та же сила «все­мирного тяготения», определяет и дви­жение планет в небе, и движение тел, падаю­щих на поверхность Земли. Из теории Ньютона следу­ет, что между любыми двумя материальными телами действует одна и та же сила взаимного притяжения.

Обратимость динамической траектории в явном виде формулировали все основатели динамики. Выяснилось, однако, что с присущим динамике свойством обратимости связана определенная труд­ность, все значение которой было в должной мере осознано лишь после создания квантовой механики: воздействие и измерение принципиально необратимы.

С тех пор как в конце XIX в. — в свя­зи с появлением кинетической теории газов — атомный хаос вновь вошел в физику, проблема взаимосвязи ди­намического закона и статистического описания стала одной из центральных в физике.

Куда же уходит корнями ньютоновская концепция изменения? Историки-позитивисты восхищаются тем, как Ньютон нашел в себе достаточно смелости для того, чтобы из результатов математичес­кого исследования движения планет и свободно падаю­щих тел вывести заключение о существовании универ­сальной силы тяготения. Рационалисты XVIII века всячески подчеркивали внешнее сходство между «математическими» силами Ньютона и традиционными оккультными качествами. Теперь мы знаем, что наряду со своими математи­ческими исследованиями Ньютон на протяжении трид­цати лет изучал труды алхимиков древности и прово­дил сложнейшие лабораторные эксперименты в надеж­де, что ему удастся раскрыть тайну «философского кам­ня» и синтезировать золото. Некоторые современные историки науки утверждают, что ньютоновский синтез Земли и неба был в большей мере достижением хими­ка, чем астронома.

Таким образом, ньютоновский синтез с полным ос­нованием можно считать сюрпризом. Нельзя не удивляться тому, что для раскрытия ос­новного кода природы потребовался единоличный твор­ческий акт.

Каково значение ньютоновского синтеза в наши дни, после создания теории поля, тео­рии относительности и квантовой механики? На микроскопическом уровне законы классической механики уступили место законам квантовой механики. На уровне Вселенной на смену ньютоновской физике пришла релятивистская физика. Как описание детерминированных, обратимых, статичных траекторий, ньютоновская динамика и поныне образует центральное ядро всей физики.

Глава 3. ДВЕ КУЛЬТУРЫ

Дидро, одна из наиболее выдающихся фигур Про­свещения, заведомо не был представителем антинауч­ного мышления. Напротив, его вера в науку, в возмож­ности знания была безграничной. Именно поэтому он считал, что, прежде чем возлагать надежды на дости­жение самосогласованного видения мира, науке необхо­димо понять, что такое жизнь.

Более того, Дидро считал, что начало новой науки об организованной живой материи уже положено. Его друг Гольбах прилежно изучал химию, сам Дидро из­брал медицину. Основная проблема как химии, так и медицины состояло в том, чтобы заменить инертную материю активной, способной самоорганизовываться и производить живые существа. Дидро провозгласил, что материя должна быть чувствительной. Даже камень об­ладает у него чувствительностью в том смысле, что молекулы, из которых он состоит, активно ищут одни комбинации и из­бегают других, проявляя тем самым свои «симпатии» и «антипатии».

Кант, Гегель, Бергсон, Уайтхед предлагали свои концепции преодоление разрыва между наукой и жизнью или заполнения оставленной наукой пустоты.

Для древних природа была источником мудрости. Средневековая природа говорила о боге. В новые вре­мена природа стала настолько безответной, что Кант счел необходимым полностью разделить науку и истину. Наука созрела, чтобы положить конец этому расколу. Первым шагом к воссоединению знания стало создание в XIX в. теории теплоты, открытие законов, или «на­чал», термодинамики. Именно термодинамика претен­дует на роль хронологически первой «науки о сложно­сти».

ЧАСТЬ ВТОРАЯ. НАУКА О СЛОЖНОСТИ

Глава 4. ЭНЕРГИЯ И ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ВЕК

Быстрое распространение британской паровой маши­ны вызвало повышенный интерес к механическому действию теплоты, и термодинамика стала детищем этого интереса.

Рождение «науки о сложности» можно датировать 1811 годом, когда барону Жану-Батисту Жозефу Фурье, префекту Изера, была при­суждена премия Французской академии наук за матема­тическую теорию распространения тепла в твердых те­лах.

Сформулированный Фурье закон был удивительно прост и изящен: поток тепла пропорционален градиенту температуры. Этот простой закон одинаково при­меним к веществу в любом состоянии: твердом, жидком или газообразном. Кроме того, закон Фурье применим к веществу любого химического со­става, будь то золото или железо. Специфи­ческим для каждого вещества является только коэффициент пропорциональности между тепловым потоком и гради­ентом температуры.

Закон Фурье, если его применить к изолированному телу с неоднородным распределением температуры, приводит к постепенному установлению равновесия. Выравнивание температуры это — необратимый процесс.

В классической динамике энер­гия занимает центральное место. Гамильтониан (сумму кинетической и потенциальной энергий) можно предста­вить в канонических переменных — координатах и им­пульсах. В процессе движения значения канонических переменных изменяются, значение же гамильтониана ос­тается постоянным. Изменяется только соотношение между потенциальной и кинетической энергией, а их сумма остается неизменной.

В 1847 г. Джоуль понял, что связи, обнаруженные между выделением или поглощением тепла, электричеством и магнетизмом, про­теканием химических реакций, а также биологическими объектами, носят характер «превращения». Джоуль установил первую эквивалентность превращения, измерив механическую работу, которую необходимо за­тратить, чтобы поднять температуру определенного количества воды на один градус. Так среди ошеломляющего потока новых разнообразных открытий был обнаружен унифи­цирующий их элемент. Сохранение энергии при самых раз­личных преобразованиях, претерпеваемых физическими, химическими и биологическими системами, стало путе­водным принципом в исследовании новых процессов.

Открытие закона сохранения энергии имело далеко идущие культурные последствия. Возникло представление об обществе и человеке как о машинах, преобразующих энергию. Но превращение энергии не может быть конечным звеном цепи. Оно отражает пас­сивные и управляемые аспекты природы, но за ними должен находиться еще один более «активный» уровень. Ницше был одним из тех, кто уловил это.

Мир Лапласа был идеальным вечным двигателем. Начиная с Уильяма Томсона, который в 1852 году сформулировал второе начало термодинамики, космология перестает быть только отражением нового идеального теплового двигателя, но и включает последствии необратимого распространения тепла в мире, в котором энергия сохраняется. Этот мир космология Томсона описывала как машину, в которой тепло превращается в движение лишь ценой определен­ных необратимых потерь и бесполезной диссипации.

Но ученым было необходимо выйти за рамки закона сохранения энергии и найти способ, позволяющий выразить различие между «полезными» обменами энер­гией в цикле Карно и «диссипированной» энергией, те­ряемой необратимо. Именно такую возможность и предоставляла введен­ная Клаузиусом новая функция, получившая название «энтропия» и обычно обозначаемая буквой S.

Возрастающая энтропия со­ответствует самопроизвольной, эволюции системы. Энт­ропия становится, таким образом, «показателем эволю­ции», или, по меткому выражению Эддингтона, «стре­лой времени». Для изолированных систем будущее всегда расположено в направлении возрастания энтропии.

Какая система может быть изолирована лучше, чем наша Вселенная? Эта идея легла в основу космологиче­ской формулировки первого и второго начал термоди­намики, предложенной Клаузиусом в 1865 г.:

Die Energie der Welt ist konstant.

Die Entropie der Welt strebt einem Maximum zu.

Второе начало термодинамики содержит два прин­ципиально важных элемента: 1) «негативный», выра­жающий запрет на некоторые процессы, т. е. их невоз­можность (тепло может распространяться от горячего источника к холодному, но не от холодильника к нагре­вателю); 2) «положительный», конструктивный. Второй элемент является следствием первого: запрет на некото­рые процессы позволяет нам ввести функцию (энтро­пию), монотонно возрастающую для изолированных си­стем. Энтропия ведет себя как аттрактор для изолиро­ванных систем.

Возникал вопрос: каким образом положения термодинамики можно было бы совместить с динамикой? Больцман принялся искать концептуальные новации в теории вероятности. Он первым понял, что необратимое возраста­ние энтропии можно было бы рассматривать как про­явление все увеличивающегося молекулярного хаоса, постепенного забывания любой начальной асимметрии.

Результаты Больцмана означали, что необратимое термодинамическое изменение есть изменение в сторону более вероятных состояний и что состояние-аттрактор есть макроскопическое состояние, соответствующее мак­симуму вероятности.

Путь, избранный Больцманом, по сути был очень близок к эволюционной теории Дарвина. И это, возможно, не случайность. Известно, что Больцман с восхищением воспринял идеи Дарвина. По теории Дарвина, сначала происходят спонтанные флуктуации видов, после чего вступает в силу отбор и начинается необратимая биологическая эволюция. Как и у Больц­мана, случайность приводит к необратимости. Однако результат эволюции у Дарвина оказывается иным, чем у Больцмана. Формула Больцмана влечет за со­бой забывание начальных условий и разрушение на­чальных структур, тогда как дарвиновская эволюция приводит к самоорганизации с неуклонно возра­стающей сложностью.

Глава 5. ТРИ ЭТАПА В РАЗВИТИИ ТЕРМОДИНАМИКИ

Особый интерес для нас представляют химические реакции. Вместе с теплопроводностью они являются про­тотипами необратимых процессов. Помимо того что они важны сами по себе, химические процессы играют пер­востепенную роль в биологии.

Весьма важным типом каталитических процессов (особенно в биологии) являются так называемые автока­талитические реакции, в которых для синтеза некоторо­го вещества требуется присутствие этого же вещества. Иначе говоря, чтобы получить в результате реакции ве­щество X, мы должны начать с системы, содержащей Х с самого начала.

Между физикой и химией имеется принципиальное концептуальное различие. В классической фи­зике мы можем по крайней мере представлять себе об­ратимые процессы, такие, как движение маятника без трения. Пренебрежение необратимыми процессами в ди­намике всегда соответствует идеализации, но по край­ней мере в некоторых случаях эта идеализация разумна. В химии все обстоит совершенно иначе. Процессы, изу­чением которых она занимается (химические превраще­ния, характеризуемые скоростями реакций), необрати­мы. По этой причине химию невозможно свести к лежа­щей в основе классической или квантовой механики идеализации, в которой прошлое и будущее играют эк­вивалентные роли.

Термодинамику можно разделить на три большие области, изучение которых соответствует трем последо­вательным этапам в развитии этой науки.

  1. В равно­весной области производство энтропии, потоки и силы равны нулю.
  2. В слабо неравновесной области, где термо­динамические силы «слабы», потоки Jk линейно зависят от сил.
  3. Третья область называется сильно не­равновесной, или нелинейной, потому, что в ней потоки являются, вообще говоря, более сложными функциями сил.

Линейная термодинамика описывает стабильное, предсказуемое поведение систем, стремящих­ся к минимальному уровню активности, совместимому с питающими их потоками.

За пределами линей­ной области устойчивость уже не является следствием общих законов физики. Необходимо специально изучать, каким образом стационарное состояние реагирует на раз­личные типы флуктуации, создаваемых системой или окружающей средой.

В некоторых случаях анализ приводит к выводу, что состояние неустойчиво. В таких со­стояниях определенные флуктуации вместо того, чтобы затухать, усиливаются и завладевают всей системой, вынуждая ее эволюционировать к новому режиму, кото­рый может быть качественно отличным от стационарных состояний, соответствующих минимуму производства энтропии. Такого рода явления хорошо известны в гидродина­мике — теории течений. Например, давно известно, что при определенной скорости ламинарное течение может смениться турбулентным.

В сильно неравновесных условиях понятие вероятно­сти, лежащее в основе больцмановского принципа по­рядка, становится неприменимым. Тенденция к выравниванию и «забы­ванию» начальных условий перестает быть общей тен­денцией. В этом смысле старая проблема происхожде­ния жизни предстает в ином свете. Заведомо ясно, что жизнь несовместима с принципом порядка Больцмана, но не противоречит тому типу поведения, который уста­навливается в сильно неравновесных условиях.

Результаты флуктуаций, возмущающих химическую си­стему, а также новые состояния, к которым она может эволюционировать, зависят от детального механизма хи­мических реакций. В отличие от систем в слабо неравно­весной области поведение сильно неравновесных систем весьма специфично. В сильно неравновесной области не существует универсального закона, из которого можно было бы вывести заключение относительно поведения всех без исключения систем. Каждую сильно неравновес­ную си­стему химических реакций необходимо исследовать осо­бо — поведение ее может быть качественно отличным от поведения других систем.

Тем не менее одно общее необходимое условие химиче­ской неустойчивости было найдено. В цепи химических реакций, про­исходящих в системе, устойчивости стационарного со­стояния могут угрожать только стадии, содержащие ав­токаталитические петли, т. е. такие стадии, в которых продукт реакции участвует в синтезе самого себя.

В сильно неравновесных условиях за порогом хими­ческой неустойчивости происходят различные новые яв­ления.

За критическим порогом система под действием флук­туаций спонтанно покидает стационарное состояние. При любых начальных условиях она стремится выйти на предельный цикл, периодическое движе­ние по которому устойчиво. В результате мы получаем периодический химический процесс — химические часы. Остановимся на мгновение, чтобы подчеркнуть, сколь не­ожиданно такое явление. Предположим, что у нас име­ются молекулы двух сортов: «красные» и «синие». Из-за хаотического движения молекул можно было бы ожи­дать, что в какой-то момент в левой части сосуда ока­жется больше красных молекул, в следующий момент больше станет синих молекул и т. д. Цвет реакционной смеси с трудом поддается описанию: фиолетовый с бес­порядочными переходами в синий и красный. Иную кар­тину мы увидим, разглядывая химические часы: вся реакционная смесь будет иметь синий цвет, затем ее цвет резко изменится на красный, потом снова на синий и т. д. Поскольку смена окраски происходит через пра­вильные интервалы времени, мы имеем дело с когерент­ным процессом.

Столь высокая упорядоченность, основанная на со­гласованном поведении миллиардов молекул, кажется неправдоподобной, и, если бы химические часы нельзя было бы наблюдать «во плоти», вряд ли кто-нибудь по­верил, что такой процесс возможен. Для того чтобы одновременно изменить свой цвет, молекулы должны «каким-то образом» поддерживать связь между собой. Система должна вести себя как единое целое. К ключе­вому слову «связь», обозначающему весьма важное для многих областей человеческой деятельности (от хи­мии до нейрофизиологии) понятие, мы будем еще воз­вращаться неоднократно. Возможно, что именно диссипативные структуры представляют собой один из про­стейших физических механизмов связи (communication).

Колебания во времени (химические часы) не являются единственным типом диссипативных структур, которые могут возникать в системе; в сильно неравновесной области могут появиться, напри­мер, пространст­венно-временные колебания, а могут устанавливать­ся стационарные, не зависящие от времени режимы и возникать устойчивые пространственные структуры.

В то время как в неорганическом мире обратная связь между «следствиями» (конечными продуктами) нелинейных реакций и порождающими их «причинами» встречается сравнительно редко, в живых системах об­ратная связь (как установлено молекулярной биологи­ей), напротив, является скорее правилом, чем исключе­нием.

В примерах самоорганизации, известных из не­органической химии, молекулы, участвующие в реак­циях, просты, тогда как механизмы реакций сложны (например, в реакции Белоусова — Жаботинского уда­лось установить около тридцати различных промежуточ­ных соединений). Во многих примерах самоорганизации, известных из биологии, схема реакции проста, тогда как молекулы, участвующие в реакции веществ (протеинов нуклеиновых кислот и т. д.), весьма сложны и специфичны. У биологических систем есть прошлое. Об­разующие их молекулы — итог предшествующей эволю­ции; они были отобраны для участия в автокаталитиче­ских механизмах, призванных породить весьма специ­фические формы процессов организации.

Основной механизм, с помощью которого молекуляр­ная биология объясняет передачу и переработку генети­ческой информации, по существу, является петлей об­ратной связи, т. е. нелинейным механизмом. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащая в линейно упорядоченном виде всю информацию, необходимую для синтеза различных основных протеинов (без которых невозможно строительство и функционирование клетки), участвует в последовательности реакций, в ходе кото­рых вся информация кодируется в виде определенной последовательности различных протеинов. Некоторые ферменты осуществляют обратную связь среди синтези­рованных протеинов, активируя и регулируя не только различные стадии превращений, но и автокаталитиче­ский механизм репликации ДНК, позволяющий копиро­вать генетическую информацию с такой же скоростью, с какой размножаются клетки.

Рассмотрим теперь более подробно, как возникает самоорганизация. При некотором значе­нии параметра мы достигаем порога устойчивости термодинамической ветви. Обычно это критическое значение называ­ется точкой бифуркации.

Каким образом система выбирает между направлениями? В этом выборе неизбежно при­сутствует элемент случайности: макроскопическое урав­нение не в состоянии предсказать, по какой траектории пойдет эволюция системы. Не помогает и обращение к микроскопическому описанию. Не существует также различия между правым и левым. Перед нами — случай­ные явления, аналогичные исходу бросания игральной кости.

«Историческая» траектория, по которой эволюционирует система при увеличении управляющего параметра, характеризуется чередованием устойчивых областей, где доминируют детерминистические законы, и неустойчи­вых областей вблизи точек бифуркации, где перед системой открывается возможность выбора одного из не­скольких вариантов будущего. И детерминистический характер кинетических уравнений, позволяющих вычис­лить заранее набор возможных состояний и определить их относительную устойчивость, и случайные флуктуа­ции, «выбирающие» одно из нескольких возможных со­стояний вблизи точки бифуркации, теснейшим образом взаимосвязаны. Эта смесь необходимости и случайности и составляет «историю» системы.

Законы природы классической науки разрешают только смерть. Иное значение приобретает (и приводит к иным вы­водам) биология, если к ней подходить с позиций физи­ки неравновесных процессов. Как теперь известно, и биосфера в целом, и ее различные компоненты, живые или неживые, существуют в сильно неравновесных ус­ловиях. В этом смысле жизнь, заведомо укладывающая­ся в рамки естественного порядка, предстает перед нами как высшее проявление происходящих в природе про­цессов самоорганизации.

chaos

Глава 6. ПОРЯДОК ЧЕРЕЗ ФЛУКТУАЦИИ

Когда система, эволю­ционируя, достигает точки бифуркации, детерминисти­ческое описание становился непригодным. Флуктуация вынуждает систему выбрать ту ветвь, по которой будет происходить дальнейшая эволюция системы. Переход через бифуркацию — такой же случайный процесс, как бросание монеты.

Достигнув хаоса, мы не мо­жем более прослеживать отдельную траекторию химиче­ской системы. Не можем мы и предсказывать детали временного развития. И в этом случае, как и в предыдущем, возможно только статистическое описание. Су­ществование неустойчивости можно рассматривать как результат флуктуации, которая сначала была локализо­вана в малой части системы, а затем распространилась и привела к новому макроскопическому состоянию.

Постройка гнезда (термитника) термитами — одна из тех когерентных активностей, которые дали некото­рым ученым повод для умозрительных утверждений о «коллективном разуме» в сообществах насекомых. Про­является этот «коллективный разум» довольно необыч­ным способом: для участия в постройке такого огромно­го и сложного сооружения, как термитник, термитам необходимо очень мало информации. Первая стадия строительной активности (закладка основания), как по­казал Грассе, является результатом внешне беспорядоч­ного поведения термитов. На этой стадии они приносят и беспорядочно разбрасывают комочки земли, но каж­дый комочек пропитывают гормоном, привлекающим других термитов.Так воздвигаются «опоры». Расстояние между ними определяется радиусом распространения гормона.

Модели «порядка через флуктуации» открывают пе­ред нами неустойчивый мир, в котором малые причины порождают большие следствия, но мир этот не произво­лен. Напротив, причины усиления малых событий вполне «законный» предмет рационального анализа.

Традиционная интерпре­тация биологической и социальной эволюции весьма не­удачно использует понятия и методы, заимствованные из физики, — неудачно потому, что они применимы в весьма узкой области физики и аналогия между ними и социальными или экономическими явлениями лишена всякого основания.

Пример тому — парадигма оптимизации. И управление человеческим обществом, и практика се­лективных «воздействий» на систему направлены на оптимизацию тех или иных аспектов поведения или спо­собов связи, но было бы опрометчиво видеть в оптимизации ключ к пониманию того, как выживают популя­ции и индивиды. Те, кто так думает, рискуют впасть в ошибку, принимая причины за следствия, и наоборот.

Модели оптимизации игнорируют и возможность ра­дикальных преобразований (т. е. преобразований, ме­няющих самую постановку проблемы и тем самым характер решения, которое требуется найти), и инерциалъные связи, которые в конечном счете могут вынудить систему перейти в режим функционирования, ведущий к ее гибели.

Всюду, куда бы мы ни бросили свой взгляд, нас окружает природа, неисчер­паемо разнообразная и щедрая на всякого рода нова­торские решения. Описываемая нами концептуальная эволюция сама по себе является лишь составной частью более широкой истории последовательного, шаг за ша­гом переоткрытия времени.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ОТ БЫТИЯ К СТАНОВЛЕНИЮ

Глава 7. ПЕРЕОТКРЫТИЕ ВРЕМЕНИ

Уайтхед писал о том, что «столкновение теорий — не бедствие, а благо, ибо открывает новые перспективы». Столкновение теорий, конфликт между бытием и становлением свидетельствуют о том, что новый пово­ротный пункт уже достигнут и возникла настоятельная необходимость в новом синтезе. Такой синтез обретает свою форму в наше время, столь же неожиданную, как и все предыдущие синтезы. Мы снова являемся свиде­телями замечательной конвергенции исследований, каж­дое из которых вносит свой вклад в выяснение природы трудностей, присущих ньютоновской концепции науч­ной теории.

Эйнштейн как-то заметил, что его серьезно беспо­коит проблема «теперь». Он пояснил, что ощущение настоящего, «теперь», означает для человека нечто су­щественно отличное от прошлого и будущего, но это важное отличие не возникает и не может возникнуть в физике. Признание в том, что наука бессильна по­знать это ощущение, было для Эйнштейна болезнен­ным, но неизбежным.

Научное описание должно соответствовать источникам, доступным наблюдателю, принадлежащему тому миру, который он описывает, а не существу, созерцаю­щему наш мир «извне». Таково одно из фундаментальных требований теории относительности. Она устанав­ливает предел скорости распространения сигнала, ко­торый не может быть превзойден ни одним наблюдате­лем. Скорость света с в вакууме (с=300 000 км/с) — предельная скорость распространения всех сигналов. Эта предельная скорость играет весьма важную роль: она ограничивает ту область пространства, которая мо­жет влиять на точку нахождения наблюдателя.

В ньютоновской физике нет универсальных постоян­ных. Именно поэтому она претендует на универсаль­ность, на применимость независимо от масштаба объ­ектов: движение атомов, планет и небесных светил под­чиняется единому закону.

Универсальные постоянные не только разрушили однородность Вселенной введением физических масшта­бов, позволяющих устанавливать качественные разли­чия между отдельными типами поведения, но и приве­ли к новой концепции объективности.

Первой физической теорией, действительно порвав­шей с прошлым, стала квантовая механика. Она не только поместила нас в природу, но и присвоила нам атрибут «тяжелые», т. е. состоящие из макроскопиче­ски большого числа атомов. Своим рождением квантовая механика отчасти обя­зана стремлению физиков преодолеть пропасть, отделяющую бытие от становления.

Открытие дискретности, или квантованности, энер­гии оставалось вне связи с другими физическими явле­ниями до тех пор, пока Эйнштейн не предложил пер­вую общую интерпретацию постоянной Планка. Эйн­штейн понял, к сколь далеко идущим последствиям приводит открытие Планка для природы света, и вы­двинул радикально новое понятие: дуализм волна — ча­стица (для света).

Квантовая механика использует лишь половину пе­ременных классической механики, поэтому классиче­ский детерминизм становится неприменимым, и в кван­товой физике центральное место занимают статистиче­ские соображения.

Проблема измерения в квантовой ме­ханике является аспектом одной из проблем, которым посвящена наша книга, — взаимосвязи между простым миром, описываемым гамильтоновыми траекториями и уравнением Шредингера, и сложным макроскопическим миром необратимых процессов.

Глава 8. СТОЛКНОВЕНИЕ ТЕОРИЙ

Независимо от выбора представления (будь то движение по траек­ториям или теория ансамблей Гиббса — Эйнштейна) нам не удастся построить теорию необратимых процес­сов, которая выполнялась бы для любой системы, удов­летворяющей законам классической (или квантовой) механики. У нас нет даже способа говорить о переходе от порядка к хаосу! Как следует понимать эти отрица­тельные результаты? Любая ли теория необратимых процессов находится в неразрешимом конфликте с ме­ханикой (классической или квантовой)?

Глава 9. НЕОБРАТИМОСТЬ — ЭНТРОПИЙНЫЙ БАРЬЕР

Высказывание Эйнштейна «бог не играет в кости» хорошо известно. Ему созвучно высказывание Пуанка­ре о бесконечно мощном духе, беспредельно осведомленном в законах природы, для которого вероятности просто не могли бы существовать. Однако Пуанкаре сам же указал путь к решению проблемы. Он заме­тил, что когда мы бросаем игральные кости и прибе­гаем к теории вероятностей, то это отнюдь не означает, будто динамика неверна. Применение вероятностных соображений означает нечто другое. Мы используем понятие вероятности потому, что в любом диапазоне начальных условий, сколь бы малым он ни был, суще­ствует «много» траекторий, приводящих к выпадению каждой из граней кости. Именно это и происходит с неустойчивыми динамическими системами. Господь бог, если бы пожелал, мог бы вычислить траектории в не­стабильном динамическом мире. При этом он получил бы тот же результат, который нам позволяет получить теория вероятности. Разумеется, всеведущему богу с его абсолютным знанием было бы нетрудно избавиться от всякой случайности.

Время течет в одном направлении: из прошлого в бу­дущее. Мы не можем манипулировать со временем, за­ставить его идти вспять, в прошлое. Бесконечно высокий энтропийный барьер отделяет разрешенные начальные состояния от запрещенных. Барьер этот никогда не будет преодолен техническим прогрессом: он бесконечно высок.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. С ЗЕМЛИ НА НЕБО: НОВЫЕ ЧАРЫ ПРИРОДЫ

Наука, несомненно, подразумевает активное воздей­ствие на природу, но вместе с тем она является попыт­кой понять природу, глубже проникнуть в вопросы, ко­торые задавало не одно поколение людей. Один из этих вопросов звучит как лейтмотив (почти как наважде­ние), на страницах книги Пригожина и Стенгерс, как, впрочем, и в исто­рии естествознания и философии. Речь идет об отноше­нии бытия и становления, неизменности и изменения.

И на макроскопическом, и на микроскопическом уровнях естественные науки отказались от такой кон­цепции объективной реальности, из которой следовала необходимость отказа от новизны и многообразия во имя вечных и неизменных универсальных законов. Есте­ственные науки избавились от слепой веры в рациональ­ное как нечто замкнутое и отказались от идеала достижимости окончательного знания, казавшегося почти достигнутым. Ныне естественные науки открыты для всего неожиданного, которое больше не рассматривает­ся как результат несовершенства знания или недоста­точного контроля.

Для большинства основателей классической науки (и даже для Эйнштейна) наука была попыткой выйти за рамки мира наблюдаемого, достичь вневременного мира высшей рациональности — мира Спинозы. Но быть может, существует более тонкая форма реальности, ох­ватывающая законы и игры, время и вечность. Именно в этом направлении и развивается микроско­пическая теория необратимых процессов.

Мы живем в опасном и неопреде­ленном мире, внушающем не чувство слепой уверенно­сти, а лишь то же чувство умеренной надежды, которое некоторые талмудические тексты приписывают богу Книги Бытия:

«Двадцать шесть попыток предшествовали сотворе­нию мира, и все они окончились неудачей. Мир человека возник из хаоса обломков, оставшихся от прежних попы­ток. Он слишком хрупок и рискует снова обратиться в ничто. «Будем надеяться, что на этот раз получи­лось», — воскликнул бог, сотворив мир, и эта надежда сопутствовала всей последующей истории мира и чело­вечества, подчеркивая с самого начала этой истории, что та отмечена печатью неустранимой неопределенности».

Подпишитесь на еженедельную рассылку Asmo News

Оставить комментарий
Игры Мероприятия

Russian Gaming Week 2017 уже скоро

Что ждёт участников крупнейшего гемблинг-события России?

7–8 июня в Москве состоится Russian Gaming Week – XI выставка-форум, которая соберёт ведущих букмекеров и других представителей игорного бизнеса из разных стран мира. В программе события – выступления спикеров, дискуссионная панель и крупнейшая в СНГ отраслевая выставка.

Чем удивит RGW 2017

В 2017-м расширится список тем, форматов, география участников и посетителей. Профильная конференция будет разделена на два потока: Land based и Online. В фокусе внимания – применение инноваций и обзор новых законодательных инициатив в индустрии беттинга.

Все доклады будут опираться на успешно реализованные кейсы.

RGW 2017 – это:

• место встречи для представителей игорного бизнеса;

• двухдневная бизнес-конференция и грандиозная выставка гемблинг-продуктов;

• более 30 лучших специалистов из стран СНГ, Европы и Америки;

• секции для разных отраслей: беттинг, киберспорт, VR/AR, цифровой маркетинг, криптовалюты и т. д.

Среди участников RGW: разработчики специализированного ПО и оборудования, операторы офлайн и онлайн-гемблинга, создатели игрового онлайн-контента, эксперты по криптовалютам и инновационным платёжным системам, инвесторы, представители крупных СМИ и все, кто заинтересован в развитии гемблинг-индустрии.

5 причин, почему обязательно стоит посетить RGW 2017

Существует как минимум пять причин, почему представителям гемблинг-индустрии нужно посетить Russian Gaming Week в этом году:

1. RGW меняет формат: на выставке можно найти партнёров и новых клиентов, выбрать поставщиков софта и оборудования.

2. Спикеры конференции расскажут о новых направлениях отрасли, объяснят сложные юридические аспекты ведения игорного бизнеса.

3. Букмекеры обсудят последние законодательные изменения и то, как можно легально рекламировать услуги по приёму ставок.

4. Специалисты по продвижению узнают о новых подходах к онлайн-игрокам.

5. Инвесторы смогут ознакомиться с перспективными направлениями онлайн-гейминга и понять, куда выгоднее вложить свой капитал.

Организатор события компания Smile-Expo подчеркнула, что Russian Gaming Week является крупнейшим событием в России, посвящённым игорно-развлекательному бизнесу, и в этом году посетителей ожидает много интересных новинок.

Следите за новостями и наполнением программы на сайте!

Подпишитесь на еженедельную рассылку Asmo News

Оставить комментарий
Виртуальная реальность Спорт

Прямые трансляции финальных игр Чемпионата КХЛ в формате виртуальной реальности

Континентальная хоккейная лига совместно с PROSENSE и при поддержке Coca-Cola проведет серию прямых трансляций финальных игр Чемпионата КХЛ в формате виртуальной реальности.

Прямая трансляция финальной серии между СКА (Санкт-Петербург) и «Металлургом» (Магнитогорск) в формате 180 и 360 градусов будет организована российской VR-компанией PROSENSE в соответствии с последними мировыми стандартами трансляций в виртуальной реальности. Зрители смогут увидеть матч сразу на нескольких площадках с трех точек обзора с наиболее выгодных ракурсов с разрешением 4К, что позволит достичь максимального эффекта присутствия и погружения.
Сергей Доброхвалов, вице-президент КХЛ по маркетингу и коммуникациям: «Проведение VR-трансляции стало для КХЛ хорошей традицией. После большого интереса со стороны зрителей к трансляции Матча Звезд 2017, мы приняли решение предоставить возможность всем болельщикам хоккея оказаться одновременно с лучшими хоккеистами на арене. Мы рады, что Coca-Cola поддержала нашу инициативу». Станислав Глухоедов, CEO PROSENSE: «VR-трансляция финальных матчей чемпионата КХЛ сезона 2016-2017 годов, которые будет проходить в Санкт-Петербурге и Магнитогорске, позволит зрителям, экономя время и деньги на перелетах,  оказаться на лучших местах на аренах и почувствовать атмосферу игры». Микаэль Винэ, генеральный директор проекта ФИФА-2018, директор по маркетингу спортивных активов, Coca-Cola Россия: «Coca-Cola Россия, являясь Партнером КХЛ, старается помогать повышению интереса к Лиге и делать каждый хоккейным момент еще более особенным. В партнерстве с КХЛ мы рады использовать инновационные подходы, которые дают возможность поклонникам хоккея почувствовать вкус игры и стать частью большой хоккейной семьи.» Подробнее о способах просмотра трансляций на сайте

Подпишитесь на еженедельную рассылку Asmo News

Оставить комментарий
Автомобили

ALFA ROMEO STELVIO – первый кроссовер АЛЬФА РОМЕО

В Женеве состоялась европейская премьера новой модели. Призванный конкурировать с Маканом, Stelvio стал настоящим украшением автосалона. Поджарая стремительная Альфа с завидным магнетизмом пленит своим фирменным треугольным клювом на радиаторной решетке, манит невероятно привлекательными колесными дисками в кружочек. Самый сексуальный автомобиль выставки!

Новый Alfa Romeo Stelvio это модель Alfa Romeo Giulia в кроссоверном исполнении. У автомобилей, разумеется, общая платформа, моторы, коробки передач и даже оформление салона. Вот только Стелвио выглядит более солидно, чем соплатформенный четырехдверный седан с красивым именем Джулия, и кроссовер стандартно оснащается полным приводом Q4.

1485978990753

 

Подпишитесь на еженедельную рассылку Asmo News

Оставить комментарий
Автомобили Мероприятия

Breakpoint’17- форум о технологиях и инновациях

Breakpoint’17 — пространство для студентов и выпускников технических специальностей, молодых предпринимателей в технологической сфере.


Что можно получить на форуме?
• узнать какие навыки наиболее востребованы среди ведущих компаний-работодателей
• получить инструменты для развития навыков, которые понадобятся в ближайшем будущем
• применить знания в решении реальных кейсов и задач, над которыми работают компании
• получить экспертную поддержку для своего проекта
• выявить точки роста стартапа
• возможность выступить перед экспертами, инкубаторами, акселераторами, бизнес-ангелами
• посетить интерактивную ярмарку вакансий и познакомиться ближе с компаниями-партнёрами

BP logo with text

Подать заявку на участие можно  до 19 марта по ссылке

Подробная информация о форуме

Ждём вас 13-15 апреля в НИТУ МИСиС!

Подпишитесь на еженедельную рассылку Asmo News

Оставить комментарий
/** Renteres */