Механизм самоорганизации в природе

Рассмотрим теперь, как происходит самоорганизация. Фундаментальным принципом самоорганизации является возникновение и усиление порядка через флуктуации, т. е. случайные отклонения от некоторого характерного для данного состояния системы среднего положения. Это свидетельствует о том, что случайность является неотъемлемым атрибутом эволюции, она вмонтирована в ее механизм. Роль флуктуаций состоит в усилении неравновесности, своеобразном раскачивании системы, приводящем ее в неустойчивое состояние. Естественно, что с точки зрения самоорганизации полезными являются флуктуации, направленные в сторону от состояния равновесия. В силу равновероятности флуктуаций для приведения системы в неустойчивое состояние нужен некий механизм усиления флуктуаций. Речь идет о механизме положительной обратной связи, срабатывающем в процессе раскачивания системы таким образом, что случайно возникающие отклонения накапливаются и усиливаются.

Процесс нарастания упорядоченности системы имеет две качественно различные фазы:

– стадия плавного эволюционного развития, носящего практически линейный характер, подводящая систему к неустойчивому критическому состоянию, называемому точкой бифуркации;

– скачкообразный переход системы в другое устойчивое состояние с более высокой степенью упорядоченности.

Здесь следует обратить внимание на два существенных обстоятельства. Переход системы в новое устойчивое состояние из точки бифуркации неоднозначен: в силу нелинейности подобных процессов существует несколько возможных вариантов развития в виде различных устойчивых состояний с более высокой сложностью. Считается, что в точке бифуркации путь эволюции системы разветвляется, и выбор одного из возможных дальнейших путей происходит опять случайным образом. На этой стадии выбор пути развития однозначно не определен, т. е. непредсказуем, а состоявшийся скачок – необратим. Существенно, что переход из одного устойчивого состояния в другое происходит через состояние неупорядоченности: начальная упорядоченность разрушается, и лишь затем возникает новая, т. е. на этой стадии развитие идет через хаос.

Следующая эволюционная стадия плавного развития стартует с момента случайного перехода системы в новое состояние. Таким образом, случайность проявляется в этом процессе на двух уровнях: вначале на уровне флуктуаций, а затем на уровне скачка из точки бифуркации.
В этой связи можно говорить о взаимодействии закономерности и случайности в процессе эволюции систем. При этом следует обратить внимание на то, что понятие эволюции при описании самоорганизации используется в двух смыслах: для характеристики периодов плавного развития, сменяемых резкими, революционными скачками, и для обозначения совокупного процесса развития, включающего обе эти фазы.

Важным и пока еще мало изученным фактором самоорганизации является неизменно подчеркиваемая информативность, способность эволюционирующей системы получать, хранить и использовать для своего развития информацию, в том числе информацию о направлении этого развития. Пожалуй, только наличием такой информативности можно объяснить функционирование механизма направленного, восходящего развития Вселенной и всех ее подсистем. Современной науке удалось выяснить принцип хранения и передачи информации в природе пока лишь для одного случая – при реализации генного механизма наследственности. Есть все основания ожидать, что подобные механизмы должны существовать и в других природных системах для управления программами их эволюции.

Эволюция систем неизменно ассоциируется с возрастанием их упорядоченности, которая в основном может быть сведена к усложнению структуры и разветвлению связей между подсистемами различных иерархических уровней. В этом и состоит нарастание информативности системы. Очевидно, что эволюционный процесс протекает вопреки действию фундаментального закона увеличения энтропии. Следовательно, эволюционные механизмы возможны исключительно благодаря флуктуациям параметров систем, случайным отклонениям их от средних, равновесных значений. Поэтому каждый последующий уровень возрастания упорядоченности реализуется со всё уменьшающейся вероятностью.

Подтверждением тому служит эволюция Вселенной как результат последовательных флуктуаций вследствие нарушения симметрии. Благодаря флуктуации относительной плотности частиц и античастиц Вселенная смогла избежать вырождения в море остывающих фотонов, при том что фотонов насчитывается на девять порядков больше, чем частиц. Флуктуации плотности водородно-гелиевого дозвездного вещества не позволили Вселенной остаться водородно-гелиевой. Однако образовавшиеся (и образующиеся) звезды в пространстве Метагалактики – явление достаточно редкое, а температура свободного космоса – это температура реликтового излучения. Подобно тому, как «горячие» молекулы равновесного макроскопического тела не могут совершить чуда создания вечного двигателя, горячие (без кавычек) звезды не могут остановить остывание расширяющейся Вселенной, но в своей окрестности способны (если сильно повезет) послужить долгоживущим источником энергии для биосферы своей планеты.

В глобальном масштабе программа эволюции определяется совокупностью значений фундаментальных физических констант, характерных для нынешней реализацией очередного (скорее всего) цикла движения несотворимой и неуничтожимой материи Вселенной.

Дата добавления: 2015-07-08