И.В. Бурковский - Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистем (1119242), страница 58

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 58)

Отличительная особенность процессов самооргани­зации — их целенаправленный, но вместе с тем и естественный, спонтанныйхарактер: эти процессы, протекающие при взаимодействии системы с окружа­ющей средой, в той или иной мере автономны, относительно независимы отсреды».Ключевыми словами здесь являются сложность, вероятность (случайность)и спонтанность. Спонтанность, понимаемая как непредсказуемость измененияпараметров системы, не подчиняющаяся причинно-следственным отношениям.Понятие самоорганизации в широком плане отражает (1) фундаменталь­ный принцип Природы, лежащий в основе наблюдаемого развития от менее кболее сложным и упорядоченным формам организации вещества, в более узкомплане — (2) способ реализации перехода от простого к более сложному — при­родные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную сис­тему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивоесостояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравне­нию с исходным (Пригожий, 1985).

Критическое состояние (точка бифурка­ции) — это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой нерав­новесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционногоразвития. Усложнение — это результат объединения более простых составляю­щих, характеризующийся появлением нового качества, не свойственного исход­ным составляющим (эмерджентность). Процессы объединения «простых» эле­ментов с образованием «сложных» систем протекают лишь при выполнении оп­ределенных условий:(1) энергия связей должна быть выше энергии окружающей среды (согласновторому началу термодинамики в систему она поступает извне); в случае равен­ства внешней и внутренней энергии возникает критическое состояние (точкабифуркации);(2) должно изначально существовать сродство между объединяющимисяэлементами (структурная комплементарность).Представление о самоорганизации впервые возникло в связи с изучениемфеномена жизни (Тейяр, 1987), где оно казалось особенно очевидным, а затемГлава 10.

Самоорганизация сообщества и экосистемы213обнаружилось и в физических системах при изучении элементарных частиц икосмогонических процессов (Ровинский, 1995). Тенденция к усложнению изна­чально свойственна и живому и неживому веществу. Признано, что все разно­масштабные самоорганизующиеся системы (физические, химические, биоло­гические, социальные) имеют единый алгоритм перехода от менее сложных именее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным состояниям.Он описывается в синергетике (Хакен, 1985), термодинамике неравновесныхпроцессов (Пригожий, 1985; Пригожий, Стенгерс, 1986, 2000) и теории катаст­роф (Арнольд, 2004).В синергетике Г.

Хакена (1985) возникновение упорядоченных (скоррелированных) структур обуславливается рождением коллективных мод (типов по­ведения) под действием флуктуации, их конкуренцией и отбором той моды, ко­торая оказывается способной выжить в условиях конкуренции. Это своего рода«обобщенный дарвинизм», действие которого распространяется не только наорганический, но и неорганический мир.

Биологи первыми открыли законыэволюции и многими физиками они признаются общими для всей Природы,как многие законы физики признаются действующими на уровне биологичес­ких систем. Объект изучения синергетики должен удовлетворять определеннымтребованиям:(1) открытостью (обмен энергией и/или веществом с окружающей средой),(2) существенной неравновесностью, достигающей при определенных со­стояниях и при определенных значениях параметров, характеризующих систе­му, критического состояния, сопровождаемого потерей устойчивости,(3) выходом из критического состояния скачком в качественно новое со­стояние с более высоким уровнем упопорядоченности. Переход носит характер«коллективной флуктуации» с неоднозначными последствиями, т.е.

осуществ­ляется выход за пределы, где действуют гомеостатические механизмы, способ­ные удерживать систему в состоянии динамического равновесия.Г. Хакен (1985) разработал систему нелинейных дифференциальных урав­нений («эволюционные уравнения»), управляемых изменением действующихна них внешних факторов — потоков энергии и вещества.

В уравнения вводят­ся флуктуирующие (случайные) силы, учитывающие влияние непредсказуемыхфакторов в точке бифуркации. Однако математический аппарат настолько сло­жен, что вызывает непреодолимые трудности его применения.В неравновесной термодинамике И. Пригожина (1985) причиной порядка,т.е. самоорганизации структур, служит необратимость процессов (неравнове­сие). Необратимые процессы приводят к возникновению нового типа динами­ческих состояний материи.

Основные положения этой теории включают дваглавных положения. (1) Система может не только поддерживать, но и создаватьупорядоченность из хаоса, для этого она должна быть открытой и иметь притокэнергии и вещества извне. И. Пригожий такие системы называет «диссипативными». Весь доступный нам мир — от элементарных частиц до биологическо­го и астрофизического уровня состоит именно из таких систем. (2) В ходе эво-214И.В. Бурковский. Морская биогеоценология. Организация сообществ и экосистемлюционного этапа развития диссипативная система в силу самого характераразвития достигает состояния сильной неравновесности и теряет устойчивость.Это происходит при критических значениях управляющих параметров и даль­нейшая зависимость происходящих процессов от действующих сил приобрета­ет крайне нелинейный (непредсказуемый) характер.

Разрешением возникшейкризисной ситуации служит быстрый переход диссипативной системы в одноиз потенциального множества устойчивых состояний, качественно отличающе­гося от исходного. Это есть своего рода приспособление диссипативной систе­мы к внешним условиям, чем обеспечивается её выживание. Одновременно этофеномен самоорганизации системы.

Выбор нового состояния случаен, но пос­ле перехода в него - возврата нет. Критические значения параметров в моментпредшествующий переходу определяют точку бифуркации. Математическийаппарат у И. Пригожина также весьма сложен для использования на практике.В математической теории катастроф (Арнольд, 2000), менее обсуждаемой всвязи с проблемой самоорганизации систем, катастрофами называются скачкооб­разные изменения, возникающие в виде внезапного ответа на плавное изменениевнешних условий. При этом используется топологическая теория динамическихсистем. По мнению В.И.

Арнольда, данная теория может быть приложима кнекоторым разделам теории упругости (устойчивости по Ляпунову), геометри­ческой оптики и некоторым нерешенным проблемам биологии и социологии.Точки зрения Г. Хакена и И. Пригожина на процесс самоорганизации слож­ных систем обнаруживают значительное сходство в главном. Любое описаниесистемы, претерпевающей бифуркацию, требует включения как вероятностныхпредставлений, так и детерминизма. Находясь между двумя точками бифурка­ции, система развивается закономерно, тогда, как вблизи точек бифуркации су­щественную роль играют мощные флуктуации, которые и определяют, какой изветвей кривой будет далее отвечать поведение системы.Самоорганизация заставляет по-новому взглянуть на соотношение случай­ного и закономерного в развитии систем, в природе в целом.

В развитии системвыделяются две фазы: (1) плавная эволюция (развитие), ход которой достаточ­но закономерен и детерминирован, и (2) скачки в точках бифуркации, протека­ющие случайным образом и поэтому случайно определяющие последующийзакономерный эволюционный этап вплоть до следующего скачка в новой кри­тической точке. Важно отметить, что процесс самоорганизации не подчиняетсястатистическим законам, но при его протекании в явном виде обнаруживается«стрела времени» — необратимость процесса.На всех уровнях — в области элементарных частиц, в биологии и в астро­физике — обнаруживается эволюция, разнообразие форм и неустойчивости.Устойчивость и простота являются скорее исключением, чем правилом.

Обра­тимость и жесткий детерминизм в окружающем нас мире применимы только впростых предельных случаях (в макрофизике). Необратимость и случайность,которые рождают многовариантность и эволюцию, теперь рассматриваются некак исключение, а как общее правило (Пригожий, 1985; Хакен, 1985; Налимов,Глава 10. Самоорганизация сообщества и экосистемы2151987, 1993; Красилов, 1986, 1997). Без неравновесности и связанных с ней нео­братимых процессов Вселенная имела бы совершенно иную структуру: мате­рия нигде не встречалась бы в заметных количествах, повсюду наблюдались былишь флуктуации, приводящие к локальным избыткам то материи, то антимате­рии (Пригожий, Стенгерс, 2000). В целом наше представление о Мире эволю­ционирует от детерминистических обратимых процессов к процессам стохасти­ческим и необратимым. По своему характеру наша Вселенная плюралистична, ком­плексна.

Структуры могут исчезать и возникать. Одни процессы при существую­щем уровне знаний (!) допускают описание с помощью детерминированных урав­нений, другие требуют привлечения вероятностных соображений.Исследователи, которым свойственно эзотерическое восприятие Мироз­дания (многие философы-теологи, математики, биологи и социологи) в процес­сах самоорганизации видят важную роль сознания, которое, по их мнению, про­низывает все элементы живой и неживой природы и сверх того — существует ввиде Высшей формы — Космического Разума (Бога), придающего всему суще­му смысл и направление развития (Тейяр, 1987; Налимов, 1989, 1993; Краси­лов, 1997 и др.).

Характеристики

Список файлов книги