Самоорганизация, объединение, физические теории

Я уверен и надеюсь, что я не прав. Искусным экс­периментаторам еще, несомненно, предстоит от­крыть совершенно неожиданные и новые объек­ты. Природа не могла так быстро истощить за­пас своих хитростей.

ШЛ. Глэшоу. «Очарование физики»

Один из пределов физики и ее не взятых рубежей, как ни странно, связан с физикой. И этот рубеж очень важен.

В самом деле, следует признать, что физика на сегодняшний день, вероятно, является самой развитой частью естествознания, что именно в эту сферу вкладывались огромные усилия. Кроме того в XX в. удалось создать теоретическую физику - способ по­знания реальности, физику, которая отлична и от общей, и от экс­периментальной. Это обобщение очень высокого уровня. Такого успеха ни в одной из областей естественных и социоестественных наук добиться не удалось. Теоретическая химия до сих пор нахо­дится в нежном возрасте. Возможность построения теоретиче­ской биологии уже более века является предметом дискуссии, по­пытка построения теоретической экономики на пути математиза­ции предмета пока не оправдала возлагавшихся надежд.

Заметим, что и на философию науки именно физика оказала наиболее сильное и глубокое влияние. Достаточно вспомнить от­талкивающиеся от опыта развития физики теорию научных рево­люций Т.Куна и концепцию постнеклассической науки и теорети­ческого знания B.C. Степина.

Синергетика родилась, прежде всего, как игра ума физиков-теоретиков, увидевших поразительное сходство в упрощенных математических моделях нелинейных процессов из различных областей физики - из теории лазеров, из гидродинамики, из физи­ческой химии. И сейчас для синергетики было бы естественно вернуться к истокам, к тем фундаментальным теориям, которые создаются в настоящее время и находятся на переднем краю фи­зической науки. В качестве примера можно привести проблемы физики элементарных частиц [40], задачи, связанные с космоло­гией и астрофизикой [41], ту область где смыкаются нерешенные проблемы физики сверхмалых масштабов и сценарии развития Вселенной (эту область академик Я.Б. Зельдович удачно назвал космомикрофизикой).

При этом понятно, какое «возвращение в лоно физики» было бы особенно важно и значимо для синергетики. В настоящее время 150

различные междисциплинарные подходы порой очень удачно объединяют, обобщают, классифицируют, позволяют взглянуть с единой точки зрения на множество результатов отдельных на­учных дисциплин. Однако предсказать новое явление, качествен­ные эффекты, получить принципиальные результаты, совершен­но новые для тех областей, которые обобщают и переосмысли­вают, удается реже, чем хотелось бы. Типичный пример - пре­красно развитый раздел нелинейной динамики - теория катаст­роф. Простейшие катастрофы были известны и до появления этой красивой и интересной теории. Высшие же катастрофы в ес­тествознании, и, тем более, в гуманитарных науках являются ред­кой экзотикой. Поэтому идеально было бы возвращение, кото­рое привело бы к открытию новых явлений, к новому уровню понимания предмета.

Объективные предпосылки для этого есть.

Во-первых, многие фундаментальные физические теории не­линейны. Это и гидродинамика, и общая теория относительности, и множество нелинейных полевых теорий, на которые со времен Гайзенберга возлагают большие надежды. Более того, представ­ления нелинейной науки властно проникают в мир теоретической физики. К примеру, туда проникли такие понятия, как «солито-ны», «инстантоны», «дефекты» - типичные порождения нелиней­ного мира. Анализировать соответствующие физические сущно­сти с позиций синергетики было бы очень заманчиво.

Во-вторых, коллективные явления, неравновесные фазовые переходы, различные типы упорядоченности - самопроизвольно возникающие структуры все чаще становятся объектом внима­ния тех теоретиков, которые работают на переднем крае физиче­ской науки.

В-третьих, в теоретической физике меняется отношение к проблеме стрелы времени, к необратимым процессам. Еще не так давно атрибутом фундаментальных теорий была их гамильтоно-вость, представление об обратимом характере физических про­цессов. Лейтмотивом последних исследований И.Р. Пригожина была необратимость явлений микроуровня, альтернативная фор­мулировка квантовой теории [42].

В-четвертых, успехи синергетики и нелинейной науки связаны во многом с вычислительным экспериментом, с компьютерным исследованием возникающих моделей, с появлением новых поня­тий, возникающих на этой основе. Но это является и основой для развития синергетики. В теоретической физике, как и во многих других областях исследований, также началась эра компьютерного анализа. Все чаще оказывается важным посчитать и построить

151 качественную теорию тех нелинейных уравнений, которые пишут физики-теоретики. Остается удивляться, что теоретикам так дол­го удавалось обходиться без этого - извлекать следствия из урав­нений, не решая их и не представляя их решений.

В-пятых, магистральный путь фундаментальной физики - это поиск нового синтеза, великого объединения. Но главным пред­метом синергетики и является синтез.

Впрочем, есть и субъективные моменты. Может быть, имен­но благодаря им этот рубеж синергетикой не взят. В самом деле, один из блестящих теоретиков XX в. Р. Фейман в свое время пи­сал о том, что в квантовой теории и физике микромира «принцип суперпозиции будет стоять в веках». Но принцип суперпозиции -неотъемлемый атрибут линейного мира! В нелинейных системах надо искать более сложные способы объединения, которые поз­воляют «собирать целое из частей». Выдающийся отечествен­ный ученый С.П. Курдюмов называл такие способы законами организации. И есть всего несколько классов объектов, где эти законы уже выявлены [3]. Иными словами, магию линейности, простоты и принципа суперпозиции развеять оказывается нелег­ко. Впрочем, в нелинейном мире обычно возникает своя просто­та, возникает целостность и гармония. Наверное, одними из пер­вых на это обратили внимание математики-прикладники, зани­мающиеся асимптотическим анализом - этим естественным язы­ком синергетики [22]. По-видимому, первым «асимптотичность» синергетики и постнеклассический науки в целом увидел Р.Г. Ба-ранцев.

Кроме того, вновь и вновь возникает проблема языка. И про­фессиональное на высоком уровне овладение теоретической фи­зикой (вспомните знаменитый теорминимум Л.Д. Ландау) и нели­нейной динамикой (которая при этом достаточно быстро развива­ется) требует очень больших усилий. Исследователей, которые эти усилия вложили, пока очень немного, но первые большие ус­пехи на этом рубеже, естественно, увеличат их число. Обычно ус­пехи быстро приводят к самоорганизации в информационном пространстве - становится ясен магистральный путь и дороги, ко­торые к нему приводят. (Именно поэтому многие философы нау­ки писали, что в своем начале большинство теорий и научных на­правлений богаче идеями, чем в дальнейшем развитии.)

Поэтому особенно важной, ценной и значимой представляет­ся физическая концепция сознания [43]. Эта теория, выдвинутая в начале 90-х годов Р. Пенроузом, глубоко синергетична. Она пред­ставляет собой попытку синтеза нескольких областей знания с целью построить теорию сознания. При этом ведущая роль отво-152

Рис. 4. Гипотетическая картина объективной редукции

В соответствии с гипотезой Р. Пенроуза, каждая клетка представляет собой своеобразный квантовый компьютер, в котором белки, составляющие микротрубочки - образования внутри клеток, - могут находиться как в классическом состоянии (черное и белое на

рисунке), так и в состоянии квантового зацепления (показаны серым). По мнению Пенроуза, даже без наблюдения этой квантовой системы она сама со време­нем самоорганизуется в некоторое классическое состояние. Динамика этого процесса и

показана на рисунке.

дится физике и процессам самоорганизации, происходящим на квантовом уровне. По идее Пенроуза, пониманию сознания меша­ет пробел в физических теориях и, в частности, неполнота кван­товой механики и непонимание существа дуализма волна-частица и механизма редукции волнового пакета. При этом Пенроузом была выдвинута смелая гипотеза об объективной редукции (в противовес вошедшей во все учебники субъективной редукции, связанной с «превращением» квантового объекта в классический в результате его наблюдения). Объективная редукция должна при определенных условиях приводить к самоорганизации кван­тового ансамбля в некоторое классические состояние, причем важную роль в этом процессе должны играть гравитационные си­лы (см. рис. 4). Предложенная теория оказалась настолько ориги­нальной, что в настоящее время начата подготовка нескольких экспериментов (в том числе космического) с целью проверки ее следствий.

В орбиту создаваемой теории сознания входят сейчас теория вычислений, теория сложности, классическая нелинейная дина­мика с горизонтом прогноза и «эффектом бабочки» (объясняю­щим появление больших следствий у малых воздействий в нели-

нейных системах), рождающийся на наших глазах новый раздел биологической науки - нанобиология [44].

Успех теории сознания означал бы, что «физический рубеж» синергетикой пройден. Впрочем, сейчас есть и другие интересные попытки продвинуться в этом важном направлении.

Дата добавления: 2015-08-27