Валерий Савченко - Начала современного естествознания: концепции и принципы

• Название: Начала современного естествознания: концепции и принципы
• Автор: Валерий Савченко
• Издательство: «Феникс»
• Жанр: Философия
• Год: 2006
• ISBN: 5-222-09157-0

В данном пособии самым подробным образом рассмотрены основные естественноисторические этапы становления и развития науки, вопросы философии науки и естествознания, фундаментальные концепции, принципы и положения классического механистического и термодинамического, неклассического полевого и квантово-полевого и постнеклассического эволюционно-синергетического и диссипативно-структурного естествознания. Рассмотрены вопросы связи математики и отражаемой ей естественнонаучной реальности мира. В конце каждой главы и некоторых наиболее сложных параграфов даны резюме, предложены вопросы для обсуждения. Дано около 400 тем рефератов и свыше 400 тестовых вопросов для контроля усвоения и аттестации теоретического материала пособия.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения гуманитарных и социально-экономических специальностей вузов, а также для обучающихся по дистанционным технологиям. Пособие может быть полезно преподавателям данной учебной дисциплины и широкому кругу лиц других специальностей и профессий, в том числе, студентам естественнонаучных и инженерно-технических специальностей, всем, интересующимся вопросами истории, становления и развития классического, неклассического и постнеклассическтого естествознания, а также проблемами естествознания новейшего времени и его ролью в развитии науки и культуры.

---

Не будет большого откровения заявить, что на это способны только фрактально организованные, самоуправляющиеся структуры, какими являются все биологические организмы. Особую роль при этом играют процессы взаимоотношения фрактальных частей, взаимодействия между структурными элементами целостного комплекса, совершаемыми по некоторым новым, пока еще не открытым законам. Но определенный успех уже есть, если в качестве комплекса взять всю историю Вселенной, обратившись к обобщенной картине эволюционных процессов в ней, от «большого взрыва» (Big Bang) до современности, в версии так называемой Мега-истории (см. п. 11.9). Проведенный профессиональными историками анализ давал лишь качественную картину прошлого и будущего развертывания процессов вселенского, галактического, сидерического и планетарного масштабов (которые, кстати, предвидел русский философ и драматург Александр Сухово-Кобылин еще в конце XIX столетия в своей «философии Всемира»), тогда как физику А. Д. Панову удалось установить количественные закономерности в последовательности качественных скачков (революций, бифуркаций, цивилизационных переходов) эволюции природы и общества на протяжении многих миллиардов лет!

Поскольку сегодня известны многочисленные специфические исследования эволюции конкретных сущностей, то мы располагаем некоторыми базовыми представлениями об эволюции как о фундаментальном и универсальном процессе. Их наличие создает условия для ведения интересующего нас междисциплинарного дискурса.

Таких фундаментальных свойств (универсалий) можно выделить несколько, некоторые из них уже были упомянуты, о других скажем сейчас.

Исторически первой универсалией является знаменитая «геккель-дарвинская триада»: изменчивость — стохастичность (непредсказуемая случайность) и неопределенность, органически присущие природе; наследственность — зависимость настоящего и будущего от прошлого; отбор — система правил или законов, отбирающая из множества виртуальных состояний реальные состояния.

Среди новых универсалий прежде всего следует указать, что природные, как правило, большие системы, по изначальной своей сущности обладают в своем развитии принципиальной пространственно-временной необратимостью или, если угодно, «пространственно-временной стрелой», но не просто «стрелой времени» Эддингтона. Тогда второе из выделяемых нами фундаментальных свойств всех открытых больших систем — их пространственно-временная необратимость. Данное заключение основывается на общепризнанной сущности эйнштейновой относительности: все природные явления совершаются в едином 4-мерном пространстве-времени или в мире Минковского. В отношении гуманитарных систем следует говорить об их свойстве историчности, что представляет собой своеобразный гуманитарный аналог пространственно-временной необратимости природных систем. Таким образом, принципиальное следствие обоих аналогов этого свойства состоит в том, что как природные, так и гуманитарные открытые системы обладают прошлым, и, находясь в настоящем в каждый текущий момент времени, затем будут обладать будущим. Данная пространственно-временная (историческая) последовательность событий в силу природной абсолютности необратима, т. е. не может быть изменена какими-либо научными ухищрениями, как писал об этом М. К. Мамардашвили.

Предположение о следующем свойстве систем делается на основе надежно установленных в синергетике, как, впрочем, и в стохастической динамике, фактов, а именно, основывается на том, что динамика развития систем зависит от их состояния. Более того, будущие состояния систем находятся вне возможностей контроля и предсказания, они открыты и неоднозначны. Все это в полной мере характеризует системы как нелинейные, так что третье фундаментальное свойство систем — нелинейность, которое, кстати, обладает тоже пространственно-временными атрибутами. В физике это подтверждают нелинейные теория электромагнитного поля Максвелла, теория тяготения Эйнштейна, теория сверхпроводимости, спинорная теория элементарных частиц Гейзенберга-Иваненко, явление Бенара; в химии — автокаталитическая реакция Белоусова-Жаботинского и многое другое в биологии, медицине, экологии.

Еще одно фундаментальное свойство систем порождается тем, что называется синергией. Синергия в прямом значении этого греческого слова понимается как кооперативное, совместное действие. Но более полно и точно синергия в современном осмыслении обозначает целостное, неразделимое, функциональное единение когерентных (родственных) по сущности составляющих систему элементов. Таким образом, четвертое фундаментальное свойство эволюционирующих самоорганизующихся систем — когерентность.

Следующее, пятое, свойство систем — свойство диссипативности или открытости, обуславливает самопроизвольное (спонтанное) образование некоторых упорядоченных пространственных или временных структур в ходе неравновесного обменного процесса веществом и энергией с окружающей внешней средой. Шредингер, исследуя проблему возникновения жизни, красочно охарактеризовал эту ситуацию как «добывание упорядоченности из окружающей среды». Это свойство диссипативности, неразрывно связанное с неравновесностью состояния, следует распространить и на открытые гуманитарные системы, упорядоченность в которых может возрастать как в результате взаимодействия когерентных элементов внутри самой системы, так и в результате взаимодействия с другими гуманитарными системами.

Самоорганизация в системе связана с формированием структуры более сложной, чем первоначальная. Такой переход ведет к понижению симметрии. «Порядок есть нарушение симметрии» — вот образное выражение этой ситуации. Действительно, пустое пространство, например, в высшей степени симметрично — все его точки и направления эквивалентны (пространство однородно и изотропно). Порождение структуры, например, в виде гексагональных «медовых» ячеек Бенара, понижает симметрию и изменяет состояние системы. Более того, возникновение новых симметрий состояний системы или диссипативных структур (название, как уже упоминалось, дано Пригожиным) носит пороговый характер и связывается с неустойчивостью к флуктуациям. Уместно при этом воспользоваться понятием спонтанного нарушения симметрии в системе, впервые введенного в физике элементарных частиц. С математической точки зрения, неустойчивость и пороговый характер самоорганизации связаны с нелинейностью. Потеря системой устойчивости, ведущей к новой симметрии и, следовательно, к новой структуре самоорганизации, называется катастрофой. Более точно, катастрофа — это скачкообразное изменение, возникающее в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. В математике этот круг вопросов изучается теорией катастроф Тома-Арнольда. Таким образом, предрасположенность системы к спонтанному нарушению симметрии можно объяснить новым, шестым, свойством систем — катастрофичностью.

При отмеченных выше нарушениях симметрии в системе остаются неявные следы этого нарушения, своеобразная «память* о прошлом, распространяющаяся в виде волн. Наиболее тривиальный пример — упругие волны в твердом теле, которые можно трактовать как «память» о нарушении трансляционной инвариантности (симметрии) последнего. Так, если в кристалле его первый атом занял какое-то место, то остальные атомы должны располагаться эквидистантно (на одинаковых друг от друга расстояниях) в узлах решетки. Если внешняя по отношению к кристаллу сила нарушает установившийся порядок, по кристаллу начинают распространяться упругие волны. В итоге после распространения волны (возмущения) в системе возникает новая структура. Так мы приходим к понятию информации в материальной системе. Действительно, поскольку существование материи мыслится только в пространстве и времени, самосущность материи в пространстве есть ее структура, а самосущность ее во времени есть движение материи (и это основной предмет исследования в физике и химии), то изменяющаяся структура, или структура в движении, и есть информация. Здесь очевидно, что функцию носителя информации взяла на себя структура, без которой информация бессмысленна, ибо она не существует вне материи (как и материя вне информации). Это свойство, уже седьмое, рассматриваемых систем можно назвать свойством организующей информационности (или, может быть, свойством организованной информации).

Итак, суть новой обсуждаемой постнеклассической (иногда говорят, посткризисной) эволюционной парадигмы состоит в том, что в современной науке (без разделения на естественные и гуманитарные) акцент в исследованиях переносится на изучение состояний необратимости, неустойчивости, нелинейности, открытости, неравновесности, упорядоченности, симметрии, механизмов рождения и перестройки структур, самоорганизации, роли случайности и конструктивной роли хаоса, природы катастрофических революционных изменений в системах, механизмов альтернативного — исторического их развития.