Сергей Зимов - Азбука рисунков природы

• Название: Азбука рисунков природы
• Автор: Сергей Зимов
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1993
• ISBN: 5-02-003811-3

Почему сетка трещин похожа на сеть городских улиц, а прожилки зеленого листа на речную систему? Как возникает ячеистый рисунок на шкуре жирафа и почему он похож на конвективные ячейки? Есть ли у природы универсальный принцип, обеспечивающий появление упорядоченных форм? Если Вы хотите узнать ответы на эти вопросы, увидеть шедевры природной графики, научиться понимать язык рисунков и конструировать пространственные структуры, если Вам интересна проблема «порядок из хаоса», прочтите эту книгу.

Для широкого круга читателей.

---

Примером двухмерной точечной структуры может быть сортимент болтов. На координатных осях в данном случае могут быть отложены длина болтов и их диаметр. С началом производства первого (самого «ходового») болта с размером x1 и y1 потенциальный рельеф потребностей в болтах вокруг этой координатной точки разгружается. Следующий структурный элемент появится на новом максимуме потенциального рельефа на границе зоны разгрузки первого и т. д. В итоге возникнет точечная структура, разгрузившая область потребности в болтах. В зависимости от первоначальной конфигурации потенциального рельефа второй и последующие элементы (размеры болтов) могут отличаться от первого длиной, или диаметром, или и длиной и диаметром. В итоге возможны различные варианты упаковки элементов и различная ориентация рисунка относительно осей координат. Например, если в порогово-потенциальном рельефе есть резкий гребень, параллельный координатной оси, вдоль которого изменяется диаметр, то вначале появится серия болтов, отличающихся лишь по длине[6]. У болтов помимо длины (x) и диаметра (y) могут быть и другие характеристики, например шаг резьбы. Соответственно, мы можем добавить еще одну координатную ось z. Тогда сортимент болтов будет уже трехмерной (объемной) структурой. Можно добавить и другие характеристики — прочность стали, размер головки. Такие многомерные структуры трудно представить и изобразить на бумаге, но схема описания процесса структурообразования не меняется — те же Е и Р функции, но уже многомерные и многомерная область разгрузки.

А теперь представьте такое пространство — на оси x ширина штанины мужских брюк в колене, а на оси y — внизу. В этом пространстве движется мода на брюки. Вспомним, что в 50-х годах модными были «клеша» — широкие и внизу, и в колене (x>30 см, y>30 см). Затем, в 60-годы мода резко сместилась к началу координат. Появились узкие «дудочки» (x<20 см, y<20 см). Затем точка моды поползла вдоль оси y — появились расклешенные брюки (x = 20 см, y = 30 см), а во второй половине 70-х развернулась и двинулась вдоль оси x к исходной точке — широким и внизу, и в колене. В 80-е годы мода сместилась вниз по оси y, уменьшилась ширина брюк внизу, появились брюки «бананы». Что движет модой? Куда она движется?

Двигают моду известные яркие личности, молодежь — люди, желающие выделиться, мода движется туда, где выше потенциал оригинальности, разгружая его за собой. По мере исчезновения из сундуков и из памяти фасона с координатами xi, yi потенциал оригинальности в этой точке накапливается, возрастает. Оригинально то, чего не было или давно не было. Мода движется, как голодная улитка в ограниченном пространстве, не отходя далеко от области физиологического и материального оптимума (брюки должны быть удобны и дешевы). Мода движется и скачет по гребням и вершинам созданного ею рельефа, постоянно его трансформируя.

Е и Р можно использовать в пространстве, включающем временную координату. Явления (элементы) разгружают потенциал не только вокруг, но и в будущем. Извержение вулкана (на оси времени элемент — не сам вулкан, а извержение) разгружает потенциал (давление магмы) не только к северу и югу, но и на много лет вперед до того момента, когда давление магмы вновь достигнет критического уровня, в это время произойдет новое извержение. Так появляется временной ритм.

Время — специфичная координата. Вдоль нее структура событий всегда формируется в режиме сверхрезкой смещающейся границы структурообразования — события не могут забегать в будущее. Разгрузка потенциала на оси времени резко несимметрична — нельзя влиять на прошлое, можно влиять на описание прошлого в истории, менять ее структуру, но история не реальный объект, а его модель. Порогово-потенциальные рельефы вдоль оси времени испещрены множеством периодических гребней и насечек. Это определяемая космосом годовая, сезонная, суточная ритмика; множество насечек, связанных с праздниками и круглыми датами. Мы идем обедать, когда наше желание поесть достигнет порогового уровня, а он очень низок во время официального обеденного перерыва.

Порядок из хаоса?

Появление среди «ровного поля» рисунков, структур — загадка, породившая синергетику. Как появляется порядок, ориентация элементов, ритм? Как в мире, где все процессы сопровождаются ростом вселенского хаоса, возникает новая информация? Как мы можем ответить на эти вопросы сейчас, закрывая азбуку?

Рисунок складывается из элементов. Они же во всех рассмотренных нами примерах возникали на вершинах пороговопотенциального рельефа и развивались по его гребням. Элементы лишь повторяли, подчеркивали информацию, записанную в этом рельефе. Значит, вопрос надо поставить иначе — как появляются упорядоченные расчлененные рельефы? Эта расчлененность может быть внешне заданной, присутствовать изначально, но быть незаметной для глаза. И тогда возникнет ощущение, что порядок появился «на ровном месте». На самом же деле более контрастно проявился существующий порядок. А если первоначальный рельеф гладкий? Все равно у него есть максимум. В реальном мире не бывает однородных условий, на ровном месте заметна любая «пылинка». Максимум задает положение первого элемента. В системе есть информация, где он должен появиться. Если это линейный элемент, то его ориентация задана микроанизотропностью свойств в точке этого максимума. При появлении первого элемента этот максимум исчезает, проваливается и одновременно с этим на каком-то расстоянии неизбежно возникают новые максимумы (у любой функции должен быть максимум). От чего зависит это расстояние? От ширины зоны разгрузки, а она задана особенностями системы. Как видим, вся необходимая информация о рисунке присутствует в системе. Но присутствует в виде алгоритма его развития, и в этом случае элементы рисунка развиваются в соответствии с максимумами рельефа. И задаются эти максимумы самим рисунком, предыдущими элементами. Информация о местоположении и развитии передается от элемента к элементу. В этом и заключено таинство процесса формирования рисунка. Не надо ломать голову, как появился весь рисунок. Проблема сводится к единичному элементу, его место появления всегда определено, и как только появился этот элемент, он тут же закономерно изменяет потенциал и этим задает положение другого. Новая информация при этом не возникает, происходит лишь перезапись другим, более «ярким» языком информации и закономерностей, существующих в системе. Информация высвечивается, становится более контрастной. Микромаксимум превращается в глубокий минимум. Первичная локальная анизотропность в вершине рельефа, задавшая направление первого элемента, после его заложения оборачивается противоположно ориентированной макроанизотропностью в широкой окружающей зоне.

А если упорядоченный рисунок возникает в результате перемещения первоначально неупорядоченных элементов? Направление смещения каждого из них в любой момент задано потенциальной функцией, элемент закономерно смещается в ту сторону, где потенциал выше. Это алгоритм развития рисунка, он задан законами термодинамики. Эти законы запрещают появление нового порядка из ничего, из хаоса. Новая структура — это лишь новое отображение существующего порядка.

Из нашей азбуки следует этот вывод. Но проницательный читатель тут же возразит: а живая природа, социум, сознание? Что, информация, заключенная в организме, государственной конституции, компьютере, присутствовала на Земле изначально? Не верится. Значит Бог? Может быть не верны законы термодинамики? Они верны, но применимы лишь для макрообъектов, а жизнь — это микроуровень.

Что такое слон? Судя но размеру, это бесспорно макрообъект. А по сути? В основе слона лежит хоть и макро-, но молекула. Слон это множество копий, снятых с одной и той же молекулярной матрицы ДНК. На молекулярном уровне законы термодинамики не работают и при копировании случайно, без всякой макрозакономерности возможно появление новой информации. А что такое компьютер? Это воплощение, макрокопия идей, родившихся в сознании. Клетки мозга — это тоже микроуровень. Лишь спустившись (поднявшись) сюда, можно обойти некоторые запреты термодинамики. Но об этом в другой азбуке.

Примечания

1

Эта книга повторяет некоторые выводы, с которыми читатель может ознакомиться в работах: Арманд А. Д. Самоорганизация и саморегулирование географических систем. М.: Наука, 1988; Чупрынин В. И. Разрывные автоколебания в геофизических системах. М.: Наука, 1985.