Коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания

Основополагающая концепция коэволюции

Основополагающая концепция коэволюции природных систем и человека в глобальном масштабе опирается на двухстороннее взаимодействие антропного принципа и принципа глобального эволюционизма.

Антропный принцип, как мы уже отмечали, утверждает, что даже незначительное отклонение значения любой из фундаментальных (мировых) констант приводит к невозможности появления во Вселенной высокоупорядоченных структур, в том числе и человека.

Принцип глобального эволюционизма распространяет развитие на основе единого древа эволюции (иерархии «стрел времени») на все сферы бытия, устанавливая связь между неживой, живой и социальной материей. Принцип, провозглашающий единство эволюционирующего Космоса.

Существенное место в исследованиях взаимоотношений человека и космоса занимает учение гелиобиолога А.Л.Чижевского, который занимался изучением солнечно – земных связей. Космические излучения и, прежде всего, энергия Солнца оказывают постоянное действие на все явления на Земле: химические превращения в педосфере и земной коре, развитие атмо-, гидро- и литосферы планеты протекают под непосредственным воздействием солнечного излучения.

Солнце является основным (наряду с космическим излучением и энергией радиоактивного распада в недрах Земли и вулканической деятельностью) источником энергии, причиной всего на Земле – от легкого ветерка до смерчей и ураганов, от фотосинтеза растений до умственной активности человека. Биосфера улавливает лишь небольшую часть солнечной энергии поступающей на Землю (схема).

 

Схема 58. Распределение солнечной энергии. Толщина стрелок соответствует количеству поглощенной, отраженной или запасенной мощности (энергии в 1 с).

 

 

 

Ультрафиолетовая часть солнечного спектра, которая в энергетическом отношении составляет около 30% всей солнечной энергии, доходящей до Земли, практически полностью задерживается атмосферой. Половина поступающей энергии превращается в тепло и затем излучается в космическое пространство, 20% расходуется на испарение воды и образование облаков и только 0,02% используется биосферой. Зеленые растения усваивают эту энергию, поглощая молекулами хлорофилла, затем в процессе фотосинтеза преобразуют ее и запасают в форме сахаров. От этого процесса зависит все существование биосферы. Животные, поедая растения, а хищники – травоядных животных, освобождают для себя эту энергию, сжигая сахара и другие питательные вещества при помощи кислорода.

А.Л.Чижевский считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле: когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны, на нашей планете разряжаются эпидемии, активизируются социальные процессы (в том числе социальные конфликты – войны, бунты, революции), усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы – возбудители различных болезней. По его подсчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (5%), во время же пика активности Солнца их число достигает 60% (1905г., 1917г., 1941г.). Ритмичность активности Солнца составляет в среднем 11 лет. Обработав материал по вспышкам возвратного тифа в Европейской России с 1983 по 1917 гг., холеры в России с 1823 по 1923гг. и сопоставив их с данными по активности Солнца, Чижевский пришел к выводу, что эпидемии возникают синхронно с ростом вспышек на Солнце. Чижевский еще в 1930-х годах предсказал, что в 1960-62 годах на планете произойдет эпидемическая вспышка холеры (что и случилось в Юго-Восточной Азии).

Человек все активней вмешивается во взаимоотношения биосферы и Солнца, создав термодинамический кризис на основе парникового эффекта из выбросов СО₂ в атмосферу и озоновые дыры с помощью фреонов. Возможно, стратегическая социокультурная нестабильность XXI века взаимосвязана с повышением температуры биосферы, которая по разным прогнозам может повысится на 3-5 С к концу XXI столетия.

Вся живая природа чутко реагирует не только на сезонные изменения окружающей среды, но и на ритмичность долговременных изменений в биосфере – её температуры, интенсивности солнечного излучения, освещенности и пр.

Важной частью современного научного мировоззрения и характерной чертой современной культуры является космизация науки. Уходит в прошлое изучение коэволюции человека и биосферы в ноосферу отдельными науками, начато изучение основополагающей концепции коэволюции природных систем и человека во взаимосвязи и взаимозависимости с единым целым космическим пространством.

Основоположниками космизма является целая плеяда российских ученых – мыслителей конца XIX и XX веков – В.В.Докучаев, В.И.Вернадский, К.Э.Циолковский, А.Л.Чижевский, Л.Н.Гумилев, С.Л.Королев, Н.Ф.Федоров и др. Наиболее детально принцип глобального эволюционизма разработан академиком Н.Н.Моисеевым.

С принципом универсального эволюционизма тесно связана синергетическая концепция взаимопроникновения Порядка и Хаоса. Оформилась коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания, которая включает в себя «понятийную сетку» истинного предназначения ноосферы – коэволюции всех природных систем Космоса и Человека, а также синергетики совокупности наук о взаимопроникновении Порядка и Хаоса в изучении общих закономерностей процессов самоорганизации в открытых неравновесных системах. Синергетике есть, что сказать глобальных кризисах в коэволюции природных систем и человека, о стратегической нестабильности социокультурного пространства человеческой цивилизации в XXI веке.

Коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания в определенной степени «пересекается по дуге» с натурфилософией, задавая контуры будущей «натурфилософии компьютерной цивилизации», а также пересекается с новыми технологиями «физической (естественнонаучной) экономики», в частности, с нанотехнологиями, задавая и новые контуры информационно-коммуникативной культуры. Термин «синергетика» был предложен немецким математиком Г. Хакеном и обозначает «коллективное действие» и акцентирует внимание на кооперативности взаимодействия частей при образовании структуры как единого целого. Декларирует идею сотрудничества различных дисциплин (наук) в рамках совершающегося в естествознании и в общем научном познании глобального эволюционного синтеза.

В настоящее время синергетика оформилась как комплекс наук о самоорганизующих системах. Это выход на новый уровень науки, уровень единства всего существующего, единства всей интеллектуальной сферы культуры, единства естественных наук с гуманитарными, социально-экономическими, технологическими и информационно-коммуникативными науками.

Прежде всего, в синергетику, как науку, создаваемую усилиями естествознания, были включены неравновесная термодинамика диссипативных систем, родоначальником которой является бельгийский физик И. Пригожин, а также нелинейная динамика, вклад в которую внесли целый ряд учёных.

Неравновесная термодинамика утверждает, что неустойчивость и неравновесность определяют развитие систем, т.е. последние непрерывно флуктуируют. В особой точке бифуркации (критическое состояние) флуктуации достигают такой величины («силы»), что организация системы разрушается. Разрешением кризисной ситуации является быстрый переход диссипативной системы на новый более высокий уровень упорядоченности, который получил название диссипативной структуры. Это и есть акт самоорганизации системы.

Нелинейная динамика утверждает, что эволюция большинства систем носит нелинейный характер, т.е. для такого типа систем существует несколько возможных вариантов развития, несмотря на одинаковые начальные условия. Возникновение структур нарастающей сложности в рамках нелинейной динамики не случайность, а закономерность.

Необратимость, неопределенность, нелинейность встроены в механизм эволюции. Эволюцию динамических систем во времени удобно анализировать с помощью фазового пространства – абстрактного пространства с числом измерений, равных числу переменных, характеризующих состояние системы. Примером такого пространства в физике может служить пространство, имеющее в качестве своих координат: координаты и скорости всех частиц системы. Для линейного гармонического осциллятора (одна степень свободы) размерность фазового пространства равна двум (координата и скорость колеблющейся частицы). Такое фазовое пространство есть плоскость, эволюция системы соответствует непрерывному изменению координаты и скорости, и точка, изображающая состояние системы, движется по фазовой траектории (схема 59).

 

 

Схема 59. Фазовые траектории линейного гармонического осциллятора.

 

 

Фазовые траектории такого маятника (линейного гармонического осциллятора), который колеблется без затухания, представляет собой эллипсы:

В случае затухания фазовые траектории при любых начальных условиях заканчиваются в одной точке, которая соответствует покою в положении равновесия. Эта точка, или аттрактор, как бы притягивает к себе со временем все фазовые траектории (англ. to attract – «притягивать») и является обобщением понятия равновесия состоянием, которое притягивает системы. Начало отсчета и будет аттрактором, поскольку как бы притягивает точку, представляющую движение маятника по фазовой диаграмме. В таком простом аттракторе нет ничего странного. Разными маятником соответствует разные аттракторы, которые называют предельными циклами.

В случае маятниковых часов аттрактор будет окружность, т.е. объектом не более странным, чем точка. Биение сердца тоже изображается предельным циклом - установившимся режимом.

В случае хаотического движения фазовые траектории перемещаются, возникает область фазового пространства, заполненная хаотическими траекториями, называемая странным аттрактором.

Странность состоит в том, что, попав в область собранного аттрактора, точка (выбранное наугад решение) будет «блуждать» там, и только через большой промежуток времени приблизится к какой-то его точке. При этом поведение системы, отвечающее такой точке, будет сильно зависеть от начальных условий.

Важнейшим свойством странных аттракторов является фрактальность. Фракталы – это объекты, проявляющие по мере увеличения все большее число деталей. Известно, что прямые и окружности – объекты элементарной геометрии – природе не свойственны. Структура вещества чаще принимает замысловатые ветвящиеся формы, напоминающие обтрепанные края ткани. Примеров подобных структур много: это и коллоиды, и отложения металлов при электролизе, и клеточные популяции.

Особое значение понятия аттрактора играет в теории катастроф, при этом важную роль в ветвлении не только эволюционных, как природных, так и социальных систем играют как аттракторы и фракталы, так и бифуркации систем в их критических состояниях.

Принципиальная чувствительность к начальным условиям наглядно проявляется и в истории человечества. В периоды устойчивого развития случайность (например, смерть национального лидера или стихийное бедствие) лишь переводило развитие общества с одной траектории на близкую. Иной результат наблюдается в периоды неустойчивого развития – малое случайное отклонение приводит к существенным изменениям в развитии общества.

Даже в исследовании творческого процесса понятия и принципы двойственного взаимодействия порядка и хаоса (самореализации и катастрофы) позволяют в новом ракурсе интерпретировать один из главных инструментов творчества – интуицию, особое творческое состояние вдохновения и показать особое значение взаимодействия экономики и образования, науки и технологий, экологии и техносферы.

Методологическое значение идей синергетики заключается и в прояснении опасности биосферных «бифуркаций», вызванных всё возрастающим антропогенным воздействием на биосферу и способных непредсказуемо и необратимо направить эволюцию биосферы по губительной для цивилизации ветви развития.

Важно, прежде всего, уяснить, что синергетика – это новая отрасль знания. На современном этапе ее развития вырабатываются принципы, основополагающие идей и математические методы. Так что приложения синергетики за рамками естествознания (в социально-экономический, гуманитарный и технологический сегментах интеллектуальной сферы культуры) просматривается лишь в самых общих чертах. Однако, уже сейчас применение принципов, основополагающих идей и математических методов синергетики в экономике, и, прежде всего, в изучении различных моделей рынка называют «новой ракетной наукой».

Вполне очевидно, что коэволюционная синергетическая парадигма современного естествознания задает глобальную «понятийную сетку» в исследовании как неживой, так живой и социальной материи.