4359-1 (В согласии с природой)

В согласии с природой

Геннадий Иванович Иванов

Экономична мудрость бытия,

Все новое в нем шьется из старья

Шекспир

Идите туда, где ищут истину,

и бегите оттуда, где ее нашли.

Сократ

Высказанные положения ни в коем случае не претендуют на ранг истины в "конечной инстанции". Они только отображают понимание автора о возможном развитии технических систем с учетом основных положений ТРИЗ и имеющихся в природе законов самоорганизации и саморазвития. Автор считает, что создаваемый человеком искусственный мир техники, по мере своего развития, будет неизбежно сближаться с миром природы, сливаться с ним и, наконец, исчезнет, став частью самой природы.

В мире самоорганизации и саморазвития

В час важнейшего в мире открытия Мне открылось, гордыню гоня, Что текущие в мире события Превосходно текут без меня. Игорь Губерман Принимая, что мир объективен, мы соглашаемся с тем, что он существует вне нас и функционирует, не зависимо от нас: — звезды загораются, не спрашивая нашего разрешения, ветры дуют, независимо от того хотим мы этого или не хотим, реки выбирают свои пути, не согласовывая их с нами. Так было всегда и, вероятно, будет вечно. Все дело в том, что за свои дела природа принялась значительно раньше, чем мы появились на свет. И до тех пор пока у человечества не хватало силенок "покорять" природу, дела на Земле обстояли не так уж и плохо: — не прорывались наспех построенные плотины, не взрывались атомные реакторы, не страдало живое от иммунного дефицита и не развивался парниковый эффект Земли. Мы, и только мы, создали эти проблемы. Называя себя "вершиной творения природы", мы в тоже время никак не хотим признать, что мы, всего-навсего, ее дети и ее неотъемная часть. Мы включены в деятельность природы, но никак не командуем ею. Все наши дела, все наши "творения" есть только попытки повторить то, что уже есть в природе, что было уже сделано до нас. Десятилетиями мы, изучая законы аэродинамики, поднимаем в небо сотни типов летательных аппаратов, и вдруг обнаруживаем, что майский жук, который по "нашим" законам аэродинамики летать не должен, тем не менее, летает. Причем полет этого жука более экономичен и рационален чем полет любого из придуманных нами устройств — самолетов, вертолетов и прочих летательных аппаратов тяжелее воздуха. Подобное можно сказать и о нашем наземном транспорте. Мы, люди гордимся изобретением колеса, считая его своим величайшим достижением, самым универсальным и самым экономичным устройством для передвижения. Но тогда почему природа, в которой ничего нет лишнего и не экономичного, для передвижения своих подопечных почти не использует этот великолепный принцип колеса? Известны лишь редкие случаи, например, передвижение растения под названием перекати-поле, которое, созрев, приобретает круглую форму, и под действием ветра отрывается от своего корня и катится по полю, разбрасывая свои семена. А в животном мире такие случаи еще реже. Например, змея или заяц в случае опасности, сворачиваются кольцом и катятся под гору, убегая от своих преследователей. Но на ровной поверхности и в спокойных условиях они все же предпочитает обычный для них способ передвижения. Почему? Да все потому, что именно так экономичней и рациональней! Шаговый или, если хотите, дискретный принцип передвижения, не требует строительства специальных дорог и слежения за их состоянием, а главное, не ограничивает зоны передвижения кого-либо и не наносит вред окружающей среде. Посудите сами — тысячи и тысячи километров дорог покрывают плодородный слой земли бетонным панцирем, лишая ее жизни и связи с внешним миром Природа поступает более рационально и гармонично. Гармоничность достигается за счет точнейшей подгонки всех подсистемных элементов и уровней их организаций. Даже легкое нарушение озонового слоя в стратосфере грозит уничтожением всего живого на нашей планете. Вспышки на солнце, отзываются на земле социальными волнениями и эпидемиями. Малейшее нарушение равновесия по тепловой энергии молекул воздуха, находящихся на различных территориях планеты, порождают их движение, т.е. ветер. Все это мы объясняем сейчас существованием физических, химических и иных законов природы, в том числе законов сохранения вещества и энергии. Но не мы, люди, изобрели и ввели в действие эти законы. Это было сделано до нас. Мы только узнали об их существовании и узнали, по историческим меркам, совсем недавно. Нам еще даже не хватило времени осознать всю значимость, универсальность и всепроникаемость этих законов. Только недавно, в начале 20 века, великим русским ученым А.А. Богдановым была высказана и доказана мысль о существовании закона сохранения организации материи — ее видоизменения, преобразования, но не исчезновения. "Форма изменчива, но она не разрушаема до конца",* — говорил А.А. Богданов, вкладывая в понятие формы не только внешнюю геометрическую форму, но и форму пространства и времени, считая их основными категориями существования материи. Развивая эту мысль, академик Ю.Г. Антомонов считает, что, если в природе есть закон отражающий антиэнтропийное движение материи и энергии, то, вероятно, должен существовать и закон перехода вещества в организацию".** Итак, энергия, вещество и организация неуничтожимы, и только переходят из одного состояния в другое… Следуя закону диалектического двуединства процесса развития, А.В. Лимаренко обосновывает еще более смелую мысль о том, что "…должен существовать и обратный процесс — т.е. переход организации в вещество…"***. Именно этот закон обратного перехода и определяет фантастические возможности самоорганизации в природе, где постоянно восстанавливается постоянно разрушающийся мир. Возможно, это происходит так: — Вещество, за время своего существования, под действием внешних сил, видоизменясь и преобразовываясь, накапливает в себе на молекулярном или атомарном уровне, информацию о происходящих событиях. Медленно или быстро, но по истечению какого то времени это же вещество неизбежно переходит в какой либо вид энергии, которая, в свою очередь, так же видоизменяясь, превращается на конечной стадии своего развития, в лучевую энергию. И уже эта энергия, несет информацию о структуре и организации некогда бывшего вещества, она уходит в пространство, но так же не исчезает, а улавливается и используется в другом месте, другим объектом находящимся еще на уровне вещества. И если этот объект имеет структуру способную принять, переработать и использовать информации, содержащеюся в лучевой энергии, он неизбежно воспользуется этим для построения своей структуры, своей организации. Взгляните на любое дерево, и Вы увидите этот процесс в действии. Несколько квантов солнечного света, поглощаемых зерном хлорофилла листа дерева, порождают в нем те вещества, которых нет ни в почве, ни в земле, ни в воздухе. Откуда они взялись? Как листик мог их построить, кто дал ему информацию о структуре и организации этих веществ? К сожалению, современная наука еще не может дать четкий и обоснованный ответ не только на эти вопросы но и на многие другие связанные с самоорганизующимися и саморазвивающимися природными процессами. Думается, что все органическое, живое и является основным звеном, которое обеспечивает вечность Вселенной, превращая энтропийные процессы в обратные им. Вероятно, сходные процессы, хотя и в меньшей степени, происходят и в неживой материи. Мы люди, являясь частью природы и взаимодействуя с ней, не можем не участвовать в ее процессах. Однако, обладая известной долей разума, и создавая для себя новый искусственный мир техники, мы почти не пользуемся понятиями самоорганизации и саморазвития. Опьяненные собственным величием, грубо и бездумно вмешиваемся в ее тонкие процессы. И природа наказывает нас. Всем известна трагедия Аральского моря. Реки, впадающие в него, были разделены на тысячи ручейков-арыков и направлены на поля. Нарушился естественный водный баланс целого региона. Море высохло, почва на полях засолилась, стала не плодородной и получили мы безжизненного пространства куда больше, чем имели его раньше. Тысячелетия человечество пашет землю, и чем глубже, тем, считалось, лучше. Крестьянин-агроном Терентий Мальцев лишь недавно осознал, что глубокая вспашка безнадежно портит структуру почвы и изменяет протекающие в ней биохимические процессы. Многие развитые страны уже отказались от глубокой вспашки земли под зерновые культуры и, сохраняя ее естественную структуру, получают высокие урожаи. Сегодня мы напридумывали тысячи типов культиваторов для рыхления почвы. Но, оказывается, лучше всего рыхлят почву обыкновенные дождевые черви. Проделывая в почве тысячи проходов и не вредя растениям, они не только доставляют к корням влагу и воздух, но и обеззараживают землю и снабжают ее удобрениями. Многие фирмы мира заняты сегодня искусственным выращиванием дождевых червей и их поселением на сельскохозяйственных угодьях. Мы должны четко осознавать, что создаваемый нами искусственный мир, именуемый технической системой, является всего-навсего частью общего мира и, следовательно, в нем должны в максимальной степени учитываться и его законы — законы самоорганизации и саморазвития. Где-то, на интуитивном уровне, мы стремимся к этому и восхищаемся теми решениям, называя их "красивыми", в которых максимальный результат достигается минимальными средствами. Как правило, в таких решениях используются природные самоорганизующиеся процессы.

Вот примеры таких красивых решений. В одном из институтов более десяти лет разрабатывался особо прочный бетон для водопропускных каналов ГЭС. Дело в том, что при быстром движении потоков жидкости на поверхности водовода возникала кавитация, в результате которой происходило интенсивное разрушение стенок. А как в подобной ситуации поступает природа? Чтобы узнать это, нужно подойти к любой горной речке и посмотреть на большой камень, который сотни, а может и тысячи лет, лежит на самой ее стремнине, но не имеет кавитационного износа. Почему? Шершавые бока камня обросли мхом и водорослями, они-то и сглаживают вихревые потоки воды. Противоречие "вода должна ударяться в камень и не должна" разрешалось повышением степени организации движения струй жидкости. Интересно то, что растения, предохраняя камень от разрушения, сами обретают надежную опору в питательной, но быстротекущей среде. Вероятно, институту стоило бы подумать над созданием таких водоводов, на поверхности которых росли бы водоросли… Для нейтрализации кислых стоков, содержащих серную кислоту, обычно используют известковое молоко, хотя при этом образуется гипс (1,4 т на 1т кислоты), от которого тоже надо избавляться. Если использовать в качестве нейтрализатора сернокислотных стоков минерал оливин, залежи которого разведаны в разных местах земного шара, на выходе получают полезные продукты: кремнезем, магнетит и сернокислый магний, причем процесс нейтрализации, запущенный нагревом компонентов до 70…1000С, далее самоподдерживается. Производство молока и мяса на крупных животноводческих комплексах ограничивается, как правило, объемом навоза. При исследовании доисторических свалок, геохимики выделили необычный минерал — струвит (фосфат магния-аммония), что привело к разработке новой технологии обработки навоза. Достаточно обрабатывать в определенных условиях стоки животноводческих комплексов окисью магния, и может быть получен стерильный перегон и новое, медленно действующее фосфат-аммонийное удобрение. Для получения воды в пустыне можно воспользоваться свойством некоторых солей жадно втягивать пары воды, с образованием кристаллогидратов. Именно присутствие в почве таких солей вызывает интересный эффект — некоторые участки солончаков под утро становятся влажными, а в середине дня высыхают. Пористую ткань, пропитанную хлористым кальцием, на ночь вывешивают на воздухе, а днем помещают в темном ящике на солнце, конденсируя выделившиеся пары воды. Так можно получить до 1 л воды с 1 кв. м ткани. Многое можно пересмотреть в изобретательской деятельности, если в полной мере познать, осознать и использовать природные процессы саморазвития. Но для этого нужно понять сущность самоорганизации и основные механизмы ее действия. Попробуем это сделать.

Некоторые этапы самоорганизующихся процессов

Мы не вправе произвольно создавать систему. Она сама знает, какая она…

Молчанов А.М.

Из диалектики известно, что побуждающей силой развития любого процесса являются возникающие в системах противоречия. Также известно, что единственной формой существования любой материи является движение. Нет движения, — нет жизни, как в прямом, конкретном, так и в самом общем смысле этого слова. Но и этого мало. Необходимо не просто движение, когда "все враз"; в этом случае нет взаимодействия элементов между собой, нет и противоречий, следовательно, нет и развития. Требуется определенная доля хаоса. Тогда при взаимодействии, т.е. при возникновении противоречий, одни элементы ускоряются, другие — замедляются, но ни один из них не остается без изменения. Происходит перегруппировка имеющихся элементов, изменение их формы, смена агрегатного состояния, обмен энергиями как внутри системы, так и с надсистемными элементами. Идет нормальный цикл самоорганизации, он будет продолжаться до тех пор, пока не установится некоторое равновесие, т.е. гармонизация по веществу, пространству, виду энергии. Под гармонизацией мы будем понимать отсутствие противоречий между входящими в систему элементами, сложение их качеств и появление нового, ранее отсутствующего качества, приобретение новой функции, которые позволят по-новому взаимодействовать с ближайшей соседней системой, выявить в ней несоответствие, противоречия и повторить путь сначала. Процесс самоорганизации повторяется, но на более высоком уровне, устраняя там имеющиеся противоречия. Если мы согласны с тем, что движение (энергия) и вещество вечны и неуничтожимы, а только переходят из одного вида в другой, то тогда мы должны согласиться и с тем, что процесс самоорганизации также вечен и неуничтожим. Классики материалистической диалектики определили, что техника — это модифицированный элемент природы, следовательно, и в ней должны сохраняться основные природные принципы самоорганизации элементов. Анализ изобретений высокого уровня подтверждает эту догадку. Действительно, в основе таких изобретений лежат открытия, в которых зарегистрированы самоорганизующиеся процессы в природе. Пионерные изобретения — это те, в которых использованы элементы самоорганизации.

Вот несколько примеров, подтверждающих сказанное.