РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК.
КАФЕДРА ФИЛОСОФИИ РАН.
РЕФЕРАТ ПО ФИЛОСОФИИ
Сложность и случайность в работах И.Пригожина
Крутских А. О.
ГНЦ РФ ФЭИ
руководитель семинара
проф. Канке В. А.
Обнинск - 2000.
Содержание
Введение 3
Неравновесные состояния 3
Пороговые явления 7
Самоорганизация в физике на примере тепловой конвекции 7
Самоорганизация в химии на примере реакции Белоусова-Жаботинского 9
Самоорганизация в геологии 10
Пороговые явления в клеточной динамике на примере роста опухолей. 11
Самоорганизация в человеческих сообществах 11
Философское значение синергетики. 15
Заключение 16
Приложение A 19
В фосфоресцирующем тумане маячили два
макродемона максвелла. Демоны играли в самую
стохастическую из игр - в орлянку. Один
выигрывал, а другой, соответственно, проигрывал,
и это их беспокоило, потому что нарушалось
статистическое равновесие.
Аркадий и Борис Стругацкие.
Понедельник начинается в субботу.
Введение
Сложившиеся равновесие в науке нарушил своми работами лауреат Нобелевской
премии 1977 г. по химии Илья Романович Пригожин. В его исследованиях было
введено понятие синергетики – теории диссипативных структур в контексте
учения о времени [1]. В рамках синергетики изучаются явления образования
упорядоченных пространственно-временных структур, или пространственно-
временной самоорганизации, протекающие в системах различной природы:
физических, химических, биологических, экологических, социальных [2-8],
системных [9], и даже механизмов технического развития [10].
Неравновесные состояния
Пригожин подробно рассматривает состояние нестабильности системы.
Чтобы проиллюстрировать это на материале физики, можно рассмотреть обычный
маятник, оба конца которого связаны жестким стержнем, причем один конец
неподвижно закреплен, а другой может совершать колебания с произвольной
амплитудой. Если вывести такой маятник из состояния покоя, несильно качнув
его груз, то в конце концов маятник остановится в первоначальном (самом
нижнем) положении. Это — хорошо изученное устойчивое явление. Если же
расположить маятник так, чтобы груз оказался в точке, противоположной
самому нижнему положению, то рано или поздно он упадет либо вправо, либо
влево, причем достаточно будет очень малой вибрации, чтобы направить его
падение в ту, а не в другую сторону. Так вот, верхнее (неустойчивое)
положение маятника практически никогда не находилось в фокусе внимания
исследователей, и это несмотря на то, что со времени первых работ по
механике движение маятника изучалось с особой тщательностью. Можно сказать,
что понятие нестабильности было, в некоем смысле, идеологически запрещено.
А дело заключается в том, что феномен нестабильности естественным образом
приводит к весьма нетривиальным, серьезным проблемам, первая из которых —
проблема предсказания.
Если взять устойчивый маятник и раскачать его, то дальнейший ход
событий можно предсказать однозначно: груз вернется к состоянию с минимумом
колебаний, т.е. к состоянию покоя. Если же груз находится в верхней точке,
то в принципе невозможно предсказать, упадет он вправо или влево.
Направление падения здесь существенным образом зависит от флюктуации. Так
что в одном случае ситуация в принципе предсказуема, а в другом — нет, и
именно в этом пункте в полный рост встает проблема детерминизма. При малых
колебаниях маятник — детерминистический объект, и мы в точности знаем, что
должно произойти. Напротив, проблемы, связанные с маятником, если можно так
выразиться, перевернутым с ног на голову, содержат представления о
недетерминистическом объекте.
Возникает необходимость пересмотра самого понятия закона природы.
нельзя более соглашаться с законами, утверждающими эквивалентность между
прошлым и будущим. Каким образом можно выйти за границы, установленные
великолепными образцами человеческой мысли, запечатленными в классической,
квантовой и релятивистской физике? Именно в таком выходе за рамки
привычного и состояло главное событие – обновление классической динамики,
последовавшее в XX веке. Динамические системы не могут ограничиваться
периодическими или ограниченными режимами, которые мы встречаем, изучая
колебания маятника или движения планет.
Наоборот, большинство динамических систем неустойчиво. Траектории
расходятся экспоненциально и по истечении определенного времени неизбежно
теряются. Пригожин попытался пойти еще дальше и сформулировать законы
природы, учитывающие возникающий в неустойчивых динамических системах хаос.
Но такие законы применимы только к ансамблям траекторий, к статистическим
ситуациям, а не к отдельным траекториям (или индивидуальным волновым
функциям).
При таком понимании законов природы они не говорят нам, что
произойдет, а лишь уведомляют нас о том, что может произойти. Вселенная, в
момент ее зарождения, ни что иное, как малое дитя, которое может стать
музыкантом, адвокатом или сапожником, но чем-то одним, а не всеми сразу?
Таким образом, необратимость в основе своей зиждется на неустойчивости.
Пригожин утверждает, что увеличение энтропии отнюдь не сводится к
увеличению беспорядка, ибо порядок и беспорядок возникают и существуют
одновременно. Например, если в две соединенные емкости поместить два газа,
допустим, водород и азот, а затем подогреть одну емкость и охладить другую,
то в результате, из-за разницы температур, в одной емкости будет больше
водорода, а в другой азота. В данном случае мы имеем дело с диссипативным
процессом, который, с одной стороны, творит беспорядок и одновременно, с
другой, потоком тепла создает порядок: водород в одной емкости, азот — в
другой. Порядок и беспорядок, таким образом, оказываются тесно связанными —
один включает в себя другой. И эту констатацию можно оценить как главное
изменение, которое происходит в нашем восприятии мира сегодня. Последние
исследования показывают, что на каждый миллиард тепловых фотонов,
пребывающих в беспорядке, приходится по крайней мере одна элементарная
частица, способная стимулировать в данном множестве фотонов переход к
упорядоченной структуре. Так, порядок и беспорядок сосуществуют как два
аспекта одного целого. Восприятие природы становится дуалистическим, и
стержневым моментом в таком восприятии становится представление о
неравновесности. Причем неравновесности, ведущей не только к порядку и
беспорядку, но открывающей также возможность для возникновения уникальных
событий, ибо спектр возможных способов существования объектов в этом случае
значительно расширяется (в сравнении с образом равновесного мира). В
ситуации далекой от равновесия дифференциальные уравнения, моделирующие тот
или иной природный процесс, становятся нелинейными, а нелинейное уравнение
обычно имеет более, чем один тип решений. Поэтому в любой момент времени
может возникнуть новый тип решения, не сводимый к предыдущему, а в точках
смены типов решений — в точках бифуркации — может происходить смена
пространственно-временной организации объекта.
Набор полученных решений называется аттрактором. В случае множества
типов решений (странный аттрактор) система движется от одной точки к другой
детерминированным образом, но траектория движения в конце концов настолько
запутывается, что предсказать движение системы в целом невозможно — это
смесь стабильности и нестабильности. И, что особенно удивительно,
окружающая нас среда, климат, экология и, между прочим, наша нервная
система могут быть поняты только в свете описанных представлений,
учитывающих как стабильность, так и нестабильность. Это обстоятельство
вызывает повышенный интерес многих физиков, химиков, метеорологов,
специалистов в области экологии. Указанные объекты детерминированы
странными аттракторами и, следовательно, своеобразной смесью стабильности и
нестабильности, что крайне затрудняет предсказание их будущего поведения.
Пороговые явления
Самоорганизация в физике на примере тепловой конвекции
Представим себе слой жидкости (например, воды) между двумя
горизонтальными параллельными плоскостями, латеральные размеры которых
значительно превосходят толщину слоя. Предоставленная самой себе, жидкость
быстро устремится к однородному состоянию, в котором, выражаясь языком
статистики, все ее части будут тождественны между собой. Соответственно,
чтобы знать состояние всех таких частей, достаточно знать состояние одной
из них независимо от их формы и размера. Чтобы изменить характеристики
системы начнем нагревать жидкого слоя снизу. Все дальше отклоняя систему от
равновесия путем увеличения температуры, мы увидим, что внезапно, при
некотором значении температуры, объем вещества приходит в движение. Более
того, это движение далеко не случайное: жидкость структурируется в виде
небольших ячеек, называемых ячейками Бенара. Это - режим тепловой
конвекции.
Вследствие теплового расширения жидкость расслаивается, причем часть
Страницы: 1, 2, 3
