6.4. самоорганізація у відкритих системах
Відкриття самоорганізації в найпростіших системах неорганічної природи, перш за все у фізиці і хімії, має величезне наукове і філософсько-міровоздаенческое значення. Воно показує, що такі процеси можуть відбуватися в фундаменті самого "будівлі матерії", і тим самим проливає нове світло на взаємозв'язок живої природи з неживої. З такої точки зору виникнення життя на Землі не здається тепер таким рідкісним і випадковим явищем, як про це говорили багато вчених раніше. З позиції самоорганізації стає також ясним, що весь навколишній світ і Всесвіт являють собою сукупність різноманітних систем, що самоорганізуються процесів, які є основою будь-якої еволюції.
Як же пояснює сучасна наука, і зокрема, синергетика процес самоорганізації систем?
1. Для цього система повинна бути відкритою, тому що закрита, ізольована система відповідно до другого закону термодинаміки в кінцевому підсумку повинна прийти в стан; характеризується максимальним безладдям або дезорганізацією.
2. Відкрита система повинна знаходитися досить далеко від точки термодинамічної рівноваги. Якщо система знаходиться в точці рівноваги, то вона має максимальною ентропією і тому нездатна до будь-якої організації: в цьому положенні досягається максимум її самодезорганізації. Якщо ж система розташована поблизу або недалеко від точки рівноваги, то з часом вона наблизиться до неї і в кінці кінців прийде в стан повної дезорганізації.
3. Якщо впорядкує принципом для ізольованих систем є еволюція в бік збільшення їх ентропії або посилення їх безладу (принцип Больцмана), то фундаментальним принципом самоорганізації служить, навпроти, виникнення і посилення порядку через флуктуації. Такі флуктуації, або випадкові відхилення системи від деякого середнього положення, на самому початку придушуються і ліквідуються системою. Однак у відкритих системах завдяки посиленню нерівноважності ці відхилення з часом зростають і в кінці кінців призводять до "розхитування" колишнього порядку і виникнення нового порядку.
Цей процес зазвичай характеризують як принцип утворення порядку через флуктуації. Оскільки флуктуації носять випадковий характер (а саме: з них починається виникнення нового порядку й структури), то стає зрозумілим, що поява нового в світі завжди пов'язане з дією випадкових факторів. У цьому висновку знаходить своє конкретне підтвердження геніальний здогад античних філософів Епікура (341-270 до н. Е.) І Лукреція Кара (99-45 до н. Е.), Які вимагали допущення випадковості для пояснення появи нового в розвитку світу.
4. На відміну від принципу негативного зворотного зв'язку, на якому ґрунтується управління і збереження динамічної рівноваги систем, виникнення самоорганізації спирається на діаметрально протилежний принцип позитивний зворотний зв'язок. Функціонування різних технічних регуляторів і автоматів ґрунтується на принципі негативного зв'язку, тобто отриманні зворотних сигналів від виконавчих органів щодо положення системи і подальшого коректування цього положення керуючими пристроями. Для розуміння самоорганізації слід звернутися до принципу позитивного зворотного зв'язку, згідно з яким зміни, з'являються в системі, що не усуваються, а навпаки, накопичуються і посилюються, що і призводить врешті-решт до виникнення нового порядку й структури.
5. Процеси самоорганізації, як і переходи від одних структур до інших, супроводжуються порушенням симетрії. Ми вже бачили, що при описі необоротних процесів довелося відмовитися від симетрії часу, характерною для оборотних процесів в механіці. Процеси самоорганізації, пов'язані з необоротними змінами, приводять до руйнування старих і виникнення нових структур.
6. Самоорганізація може початися лише в системах, що володіють достатньою кількістю взаємодіючих між собою елементів і, отже, мають деякі критичні розміри. В іншому випадку ефекти від синергетичного взаємодії будуть недостатні для появи кооперативного (колективного) поводження елементів системи і тим самим виникнення самоорганізації.
Ми перерахували необхідні, але далеко недостатні умови для виникнення самоорганізації в різних системах природи. Навіть в хімічних самоорганізуються, які вивчали Белоусов і Жаботинський, в "гру" вступають такі нові фактори, як процеси каталізу, які прискорюють хімічні реакції. Тому можна зробити висновок, що чим вище ми піднімаємося по еволюційних сходах розвитку систем, тим більш складними і численними виявляються фактори, які відіграють роль у самоорганізації.
Основні поняття і терміни
Пригожин І. Стенгерс І. Порядок з хаосу. М. Прогрес, 1986. С. 153-200.
Фейнман Р. Характер фізичних законів. М. Світ, 1968.
Які процеси називаються оборотними?
Коли увійшло поняття часу в фізику і як воно тлумачилося в класичній термодинаміці?
Що виражає перший закон термодинаміки?
Дайте просте формулювання другого закону термодинаміки.
Як можна сформулювати цей же закон за допомогою поняття ентропії?
Що характеризує ентропія?
Які системи називають закритими, або ізольованими?
Наскільки відповідає поняття закритої системи дійсності? Як відбувається еволюція в закритих системах?
Що називають точкою термодинамічної рівноваги?
Чи може Всесвіт прийти в стан "теплової смерті"?
Хто вперше висунув ідею "теплової смерті" Всесвіту і в чому її неспроможність за сучасними уявленнями?
Які системи називаються відкритими?
Як відбувається самоорганізація в відкритих системах?
Які умови необхідні для того, щоб самоорганізація почалася в найпростіших системах неорганічної природи?