Диссипативные структуры
КЫРГЫЗСКО-РОССИЙСКИЙ СЛАВЯНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЕСТЕСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:
«Диссипативные структуры.»
ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ ГР. ИВТ-1-97
ШИЛОВ ПАВЕЛ
БИШКЕК 2000
Согласование поведения осуществляется благодаря связи между подсистемами. Универсальным механизмом связи подсистем выступает поле - пространственно-временная неравномерность распределения управляющего параметра. Для опыта Бенара это будет поле распределения температурного градиента, поскольку оно в каждый момент определяет характер движения частиц. Такие структуры, образующиеся в неравновесной области вследствие притока отрицательной энтропии и характеризующиеся кооперативным поведением подсистем, Пригожин назвал диссипативными (от франц. dissipation - расселение, растрата). Изложив обе концепции, попытаемся соотнести описанные в них феномены.
Различия в описаниях носят прежде всего методический характер. Диссипативные структуры описаны для всех уровней структурной организации от субатомного (лазер) до организменного (агрегация у амеб). Этническая система - явление популяционного уровня. Понятно, что лабораторный эксперимент, применяемый на объектах низких уровней организации, в этногенезе применен быть не может. Однако методика этнологии остается естественнонаучной, поскольку вместо эксперимента применяется метод эмпирического обобщения проверенных наблюдений. В.И.Вернадский считал, что такой метод дает результаты по достоверности аналогичные наблюденному факту. Следовательно, методическая разница работ Л.Н.Гумилева и И.Пригожина не принципиальна. Сходство описанных феноменов должно проявляться в тождестве поведения диссипативных структур и этнической системы. Так как поведение диссипативных структур разных уровней аналогично, ограничимся сопоставлением поведения этнической системы и диссипативной структуры организменного уровня - агрегация амеб-слизевиков.
Слизевики - одноклеточные организмы, но агрегируясь в колонию, ведут себя подобно многоклеточным. В первой фазе роста организм существует в виде отдельных амеб. Затем рост прекращается и во второй фазе некоторые амебы начинают выделять в среду особой вещество - цАМФ. Выделение ими порций цАМФ создает градиент его концентрации, причем другие амебы сначала мигрируют под действием градиента к "центрам", а затем и сами начинают испускать сигналы цАМФ к периферии. Испускание коллективных сигналов позволяет каждому "центру" контролировать порядка 10 амеб, так что колония ведет себя как единый организм. В конце второй фазы колония мигрирует до тех пор, пока не обнаружит участок среды, пригодный для образования плодового тела. Если такой участок найден, колония дифференцируется. Третья фаза развития колонии слизевиков - образование плодового теле, когда в результате дифференциации образуется стебель, несущий мириады спор. Приведенное описание позволяет перенести проекцию на исторический материал. Если взять в качестве материала этногенез античного мира (суперэтноса толчка VIII в. до н. э.), то можно проследить аналогичные фазы в эволюции поведения. В первой фазе - пассионарном подъеме, пришедшемся на VIII-VII вв. до н. э., античный мир существовал в виде отдельных полисов. Подчинение в эту эпоху считалось эквивалентом рабства, поэтому никаких попыток консолидации не возникало.
Вторая фаза - акматическая - падает в античном мире на V-III вв. до н. э. В эту эпоху пассионарность суперэтноса была максимальна и начался процесс консолидации вокруг наиболее пассионарных центров суперэтноса. В качестве таковых поочередно выступали Афины, Спарта, Фивы и, наконец, дикая Македония. Это эпоха союзов, нашедшая свое окончательное выражение в империи Александра Великого, К концу этой фазы, еще при жизни Александра, проявляет себя тенденция к миграции пассионарности из старых центров к новым, расположенным на периферии античного мира - Александрии, Антиохии и другим. После смерти Александра его империя дифференцируется на отдельные царства диадохов.
Третья и четвертая фазы - надлом и инерция - связаны с падением пассионарности системы. Этот спад в течение II в. до н. э. - II в. вывел на первое место Рим, лежащий на окраине этноландшафтного ареала суперэтноса. Именно в инерционной фазе этногенеза создалась античная цивилизация - Pax Romana - как результат этногенеза Античного мира.
Такое же сходство с поведением этноса легко отметить и для диссипативных структур всех других уровней организации. Так, аналогии с лазером позволяют смотреть на этногенез как на эффект усиления живого вещества биосферы при помощи космического излучения, что косвенно подтверждает высказанную Гумилевым гипотезу происхождения пассионарных толчков.
Такое же сходство с поведением этноса легко отметить и для диссипативных структур всех других уровней организации. Так, аналогии с лазером позволяют смотреть на этногенез как на эффект усиления живого вещества биосферы при помощи космического излучения, что косвенно подтверждает высказанную Гумилевым гипотезу происхождения пассионарных толчков.
Эти аналогии - свидетельство единой природы этногенеза и диссипативных структур. Действительно, у этносов есть все основные признаки и свойства последних. Равновесным состоянием этносов является этноландшафтный гомеостаз, а условия равновесия в разных этносах также приводят к одинаковым макроскопическим результатам. Именно поэтому этносы, находящиеся в гомеостазе, имеют схожие стереотипы поведения (индейцы Северной Америки, горцы Тибета, палеоазиаты Сибири и Дальнего Востока). Потоком отрицательной энтропии (энергии) выступает пассионарность, хотя ее поступление в этнос опосредовано космическим излучением, мутацией генофонда и воспроизведением пассионарного признака в потомстве. Следовательно, управляющим параметром в этногенезе надо считать уровень пассионарного напряжения в системе (разность уровней пассионарности в данный момент времени и в гомеостазе). Принцип связи подсистем в этносе (комплиментарность) также базируется на феномене поля, порожденного управляющим параметром (пассионарностью). Поэтому самоорганизация в этносфере - это образование этнических разных рангов (субэтносов, этносов и суперэтносов). Она также связана с достижением критических управляющих параметров (определенных значений уровня пассионарного напряжения), так как образование субэтносов, этносов и суперэтносов статистически совпадает с определенными временными интервалами в процессе этногенеза. Подобным образом основу самоорганизации в этносах составляет согласованное (кооперативное) поведение, манифестирующееся через общность этнического стереотипа поведения. Таким образом, в этнической истории находит блестящее подтверждение высказывание основоположника синергетики Г.Хакена: "Кооперация многих подсистем какой-либо одной системы одним и тем же принципам, независимо от природы подсистем". Количество приведенных примеров можно увеличить до двух -трех десятков, охватив или изменение отношения системы ко времени и ее реакцию на внешние физические поля, механизмы фазового перехода и соотношение между детерминизмом и случайностью, характеристики отдельных фаз и роль флуктуаций. Однако все эти примеры носят все же частный характер. Гораздо более существенно единство функций этнической системы и диссипативной структуры.
И та и другая порождаются необратимыми процессами, односторонне направленными во времени (для этногенеза эту роль играет "историческое время" - процесс уравнения пассионарных потенциалов). И та и другая представляют собой форму адаптации к условиям внешней среды, и та и другая отражают глобальную ситуацию в этой среде: их размеры как системы во времени и пространстве на порядок и более превышают размеры составляющих их элементов.
С учетом всего вышесказанного правомерно рассматривать этническую систему как диссипативную структуру популяционного уровня. Такой вывод, выражающий контаминацию изложенных подходов Пригожина и Гумилева, обещает перспективы для дальнейших исследований в обоих направлениях. Теория этногенеза обогатится формально-математическими описаниями поведения диссипативных структур, результатами лабораторных экспериментов. Теория диссипативных структур получит возможность изучения долго идущего (1200-15000 лет) процесса самоорганизации, имеющего абсолютные хронологические датировки. В любом случае отмеченная контаминация даст возможность при нехватке материала методологического или фактического обращаться за аналогиями к объектам других уровней организации, где данные проблемы освещены полнее и четче.
А теперь мы можем вернуться к поставленному вначале вопросу о проблеме "единой географии". В свете вышеизложенного дискуссия о границе социального и природного в географических науках представляется несколько надуманной. Ведь свойство самоорганизации структур - атрибут природных процессов. Процессы техногенеза сами по себе не обладают такой способностью, поскольку в технических устройствах лишь используются, подобно природным ресурсам, и природные процессы самоорганизации. Они-то и обеспечивают работу технических устройств благодаря внешним (конструктивным) ограничениям, закладываемым человеком при разработке машины или прибора. И хотя "демаркационная линия" между самоорганизующимися системами и техническими устройствами не может быть проведена вполне однозначно", применительно к географии еще раз подтверждается правота С.В.Калесника, указавшего на качественное отличие природных и социальных процессов в географической среде, что отнюдь не отрицает необходимости интеграции в географических науках.
Диссипативные структуры являются результатом развития собственных внутренних неустойчивостей в системе. Процессы самоорганизации возможны при обмене энергией и массой с окружающей средой, т. е. при поддержании состояния текущего равновесия, когда потери на диссипацию компенсируются извне. Эти процессы описываются нелинейными уравнениями для макроскопических функций.
Возникновение макроскопических структур обусловлено рождением, под действием крупномасштабных флуктуаций, коллективных типов движения (мод), их конкуренцией, подавлением одних и развитием тех, которые наиболее приспособляемы к данным условиям. Сходство процессов возникновения диссипативных структур с фазовыми переходами в равновесных системах дало основание называть их неравновесными (кинетическими) фазовыми переходами. Формальная общность кинетических и равновесных фазовых переходов заключается в кооперативном характере процесса, обусловленном тем, что в системе, обладающей бесконечным числом степеней свободы, находится одна или несколько таких, изменение которых подчиняет себе изменение остальных.
Таким образом, в отличие от неравновесной статистической физики замкнутых систем, где анализируются процессы релаксации, приближение к равновесному состоянию, синергетика (термодинамика открытых систем) рассматривает обратный процесс создания и эволюции все усложняющихся диссипативных структур, когда системы стремятся к менее вероятному состоянию, эволюционируют с уменьшением энтропии. Так как в процессе усложнения требуется все большее число параметров для их описания, то структуры приобретают индивидуальность, неповторимость. В обратном процессе возвращения к положению термодинамического равновесия поведение различных систем становится схожим и, в конце концов, единственным параметром, определяющим функции распределения, становится температура.
Страницы: 1, 2
