Неравновесная область Равновесная область

1. Система «адаптируется» к внешним 1.Для перехода из одной

условиям, изменяя свою структуру структуры к другой требуются

сильные возмущения или изме-

нения граничных условий.

2. Множественность стационарных 2. Одностационарное состояние

состояний.

3. Чувствительность к флук- 3.Нечувствительность к флук-

туациям (небольшие влияния приво- туациям.

дят к большим последствиям, внутр-

ренние флуктуации становятся боль-

шими).

4. Неравновесность- источник 4.Молекулы ведут себя не-

порядка (все части действуют согла- зависимо друг от друга.

сованно)и сложности

5. Фундаментальная неопре- 5. Поведение системы опре-

деленность поведения сис- деляют линейные зависимос-

темы. ти.

Будучи предоставлена самой себе, при отсутствии доступа энергии извне, система стремится к состоянию равновесия— наибо­лее вероятному состоянию, достигаемому при энтропии, равной ну­лю. Пример равновесной структуры — кристалл.

К такому равновесному состоянию в соответствии со вторым началом термодинамики приходят все закрытые системы, т. е. сис­темы, не получающие энергии извне.

Противоположные по типу си­стемы носят название открытых.

Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к об­щим выводам относительно эволюции в неживой природе от хаоса к порядку.

Эволюция и ее особенности

Понятие хаоса в противоположность понятию космоса было изве­стно древним грекам.

Пригожин и Стенгерс называют хаотически­ми все системы, которые приводят к несводимому представлению в терминах вероятностей. Другими словами, такие системы нельзя описать однозначно детерминистично, т. е. зная состояние системы в данный момент, точно предсказать, что с ней будет в момент сле­дующий.

«Экстраполяция динамического описания... имеет наглядный образ — демон, вымышленный Лапласом и обладающий способнос­тью, восприняв в любой данный момент времени положение и ско­рость каждой частицы во Вселенной, прозревать ее эволюцию как в будущем, так и в прошлом... В контексте классической динамики де­терминистическое описание может быть недостижимым на практи­ке, тем не менее, оно остается пределом, к которому должна сходить­ся последовательность все более точных описаний» (И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса.- М., 1986.- С. 124).

Хаотическое поведение непредсказуемо в принципе. Необра­тимость, вероятность и случайность становятся объективными свой­ствами хаотических систем на макроуровне, а не только на микро­уровне, как было установлено в квантовой механике.

«Модели, рассмотрением которых занималась классическая физика, соответствуют, как мы сейчас понимаем, лишь предель­ным ситуациям. Их можно создать искусственно, поместив систему в ящик и подождав, пока она не придет в состояние равновесия. Ис­кусственное может быть детерминированным и обратимым. Есте­ственное же непременно содержит элементы случайности и нео­братимости... Материя — более не пассивная субстанция, описыва­емая в рамках механистической картины мира, ей также свойст­венна спонтанная активность»(Там же.- С. 50)

«Если устойчивые системы ассоциируются с понятием детер-министичного, симметричного времени, то неустойчивые хаотичес­кие системы ассоциируются с понятием вероятностного времени, подразумевающего нарушение симметрии между прошлым и буду­щим» (И. Пригожин, И. Стенгерс. Время, хаос, квант.- М., 1994.-С. 255-256), т. е. «стрелу времени».

«Будущее при нашем подходе пе­рестает быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означа­ет конец классического идеала всеведения. Мир процессов, в котором мы живем и который является частью нас, не может более отвергать­ся как видимость или иллюзия, определяемая нашим ограниченным способом наблюдения. На заре западного мира Аристотель ввел фун­даментальное различие между божественным и вечным небесным ми­ром и изменяющимся и непредсказуемым подлунным миром, к которому принадлежит и наша Земля. В определенном смысле классиче­ская наука была низведением на Землю аристотелевского описания небес. Преобразование, свидетелями которого мы являемся сегодня, можно рассматривать как обращение аристотелевского хода; ныне мы возвращаемся с Земли на небо» (Там же.- С. 20).

Эволюция должна удовлетворять трем требованиям:

1) нео­братимость, выражающаяся в нарушении симметрии между про­шлым и будущим;

2) необходимость введения понятия «событие»;

3) некоторые события должны обладать способностью изменять ход эволюции.

Условия формирования новых структур:

1) открытость систе­мы;

2) ее нахождение вдали от равновесия;

3) наличие флуктуации.

Чем сложнее система, тем более многочисленны типы флукту­ации, угрожающих ее устойчивости. Но в сложных системах сущест­вуют связи между различными частями. От исхода конкуренции между устойчивостью, обеспечивающейся связью, и неустойчивос­тью из-за флуктуации, зависит порог устойчивости системы.

Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состо­яние, называемое точкой бифуркации. В ней система становится не­устойчивой относительно флуктуации и может перейти к новой об­ласти устойчивости, т. е. к образованию нового вещества. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей эво­люции. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке нача­лом эволюции в совершенно новом направлении, который резко из­менит все ее поведение. Это и есть событие.

В точке бифуркации случайность подталкивает то, что остает­ся от системы, на новый путь развития, а после того, как один из мно­гих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерми­низм — и так до следующей точки бифуркации. В судьбе системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.

По мнению Пригожина и Стенгерса, большинство систем от­крыты — они обмениваются энергией или веществом или информа­цией с окружающей средой.

Главенствующую роль в окружающем мире играют не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчи­вость и неравновесность, т. е. все системы непрестанно флуктуиру­ют.

В особой точки бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принци­пиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хао­тическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности, который они назвали диссипа-тивной структурой.

Новые структуры называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых структур, на смену которым они приходят.

Диссипативные структуры существуют лишь постольку, по­скольку система диссипирует (рассеивает) энергию и, следователь­но, производит энтропию.

Из энергии возникает порядок с увеличе­нием общей энтропии. Таким образом, энтропия — не просто безос­тановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации (как думали сторонники «тепловой смер­ти» Вселенной), а при определенных условиях становится прароди­тельницей порядка.

С одними и теми же граничными условиями оказываются сов­местимыми множество различных диссипативных структур. Это — следствие нелинейного характера сильно неравновесных ситуаций.

Малые различия могут привести к крупномасштабным последстви­ям. Следовательно, граничные условия необходимы, но не достаточ­ны для объяснения причин возникновения структуры.

Необходимо также учитывать реальные процессы, приводящие к «выбору» од­ной из возможных структур. Именно поэтому (а также в силу некото­рых других причин) мы и приписываем таким системам определен­ную «автономию», или «самоорганизацию».

Исследования, о которых только что говорилось, проводятся в рамках науки, получившей название синергетики.