CC BY
58
Тема номера
Теория Дарвина
с точки зрения синергетики
Самоорганизацию можно понимать двояко. Во-первых, это процесс самоструктурирования, саморегуляции, самовоспроизведения сложных динамических систем различной природы. Это свойство эволюции движущейся материи, проявляющееся в образовании новых структур. Во-вторых, это научное направление физики и кибернетики по исследованию таких систем. Основы этой теории заложены лауреатом Нобелевской премии И. Пригожиным. Согласно ей, существует порог самоорганизации, когда при большом отклонении сложной системы от равновесного состояния внутри нее возникает новый порядок, что приводит к тому, что она как целое начинает обладать новыми свойствами, которые отсутствовали у отдельных ее частей. Данное явление можно наблюдать в физике (ячейки Бенара, лазерное излучение), в химии (волнообразные структуры концентрации химических реагентов в реакции Белоусова - Жаботинского), в биологии (морфогенез), в экологии (биогеоценоз). Теория самоорганизации, или синергетика, занимается отысканием аналогичных законов в различных областях науки, в том числе в биологии.
о
X X
5
X
Что такое сложные системы? Это наименее изученный класс динамических систем со сложной (хаотической) динамикой. Отметим, что простой динамической системой может быть обычный маятник в часах; в метрономах также используется движение для отсчета времени. Главная особенность сложных систем - процесс самоорганизации, они связаны с образованием пространственно-временных или пространственных структур. Основной теоретический аппарат для анализа и моделирования сложных систем - методы нелинейной динамики.
Известно четыре признака самоорганизации, по которым среди динамических систем можно выделить сложные. Первый -нелинейность: не всякое движение приводит к самоорганизации,
этот процесс происходит лишь в нелинейно движущихся системах. Второй - система открытая (обменивается энергией и (или) веществом с окружающей средой). Третий - в системе на микроуровне наблюдаются самосогласованные кооперативные процессы: частицы (молекулы, атомы) начинают двигаться в определенном направлении. А на макроуровне (когда мы смотрим на эту систему невооруженным глазом) появляются упорядоченные структуры. Четвертый - сложная система неустойчива. В ней возникает неравновесная термодинамическая ситуация, когда приток энергии извне понижает так называемую энтропию системы, определяющую порядок и приводящую к образованию новых структур.
В человеке как сложной динамической системе (если рас-
Александр Крот,
первый заместитель
Председателя
Высшей
аттестационной комиссии Республики Беларусь, доктор технических наук, профессор
сматривать его в рамках синергетики) может возникнуть некий порог самоорганизации. Тогда человек приобретет новое качество, то есть будет отличаться от предшественников. В уравнении, математически описывающем динамическую систему в пространстве состояний, есть набор параметров порядка, или управляющих параметров. Если один из них превысит свое пороговое значение под действием внешнего фактора (потоков вещества или энергии), то можно ожидать, что в системе случится самоорганизация и, соответственно, появится новое качество.
В физике примером самоорганизации является эффект Рэлея -Бенара: в жидкости возникают упорядоченные структуры при условии, что извне идет поток тепловой энергии. В эксперименте по выявлению этого эффекта используется вязкая жидкость, в которой, чтобы отчетливо видны были структуры, размещаются пылинки твердого вещества, к примеру алюминиевые опилки. Жидкость подогревается снизу. Когда температурный градиент превышает критическое значение, наблюдается резкий излом термодинамической функции. В данном случае тепло переносится не только молекулярно, благодаря теплопроводности, но и с помощью скорости, то есть конвективно. Возникает поток, и появляются ячейки, которые видны в жидкой среде.
В математике это называют неаналитическим поведением гидродинамической функции при критическом значении числа Рэлея. Это один из управляющих параметров, присутствующих в уравнении. Как только число
Рэлея превышает критическую величину, на графике возникает излом (резкое возрастание) функции. Он означает, что процесс происходит быстро, резко: вначале ячеек не было, но потом они мгновенно появились.
Поведение гидродинамической, термодинамической или оптической, как в случае лазерного излучения, функций при превышении критического значения управляющих параметров аналогично - они резко возрастают. На практике это означает, что происходит скачок: постепенная эволюция нехарактерна для сложной системы.
Эта особенность как раз позволяет дать ответ, уместна ли традиционная теория Дарвина, можно ли считать ее единственно верной. Она предполагает, что эволюционные этапы сменяются медленно. Животное на четырех конечностях постепенно разгибается, становясь человекообразным существом, и одна его рука освобождается. Затем оно начинает ходить на двух конечностях, а две - использовать для работы. Скелет выпрямляется, и появляется современный человек.
Согласно теории самоорганизации, такое медленное качественное изменение в сложной системе невозможно. Если человек произошел от обезьяны, это должно было случиться быстро или мгновенно, как при появлении ячеек Бенара в жидкости. Это первая причина, почему теория Дарвина не вписывается в синергетику. Вторая причина - достижение управляющим параметром критического значения, при котором происходит скачок, возможно только в случае интенсивного влияния извне. Эволюция человека невозможна без внешнего воздействия.
Таким образом, с учетом современного состояния науки, в том числе достижений синергетики, теория Дарвина нуждается в корректировке. Эволюция человека не могла растянуться на миллионы лет. Заметим, что это мог быть не один большой скачок в его развитии, а несколько мень-
Эволюция человека
ших. Есть и современные археологические находки и факты, которые не согласуются с теорией Дарвина. Обнаружены более ранние признаки существования человека, чем указывали биологи.
Человек как сложная система управлялся с точки зрения математических уравнений динамики набором параметров, о многих из которых мы еще не имеем представления. Это могло быть изменение генов, которые отвечают за определенные признаки, за наследственность. Видимо, появлялись новые гены, которые формировали образ современного человека. Очевидно, есть и другие параметры, о которых современной биологии и медицине еще не известно. Например, говорят о роли гормонов гипоталамуса в формировании человека. Возможно, из-за повышения или понижения уровня определенных веществ в крови возникало критическое состояние, и происходила перестройка всего организма, в первую очередь мозга. Эволюция человека была связана с качественными изменениями мозга: из нейронов формировались кластеры, возникали новые отделы мозга, изначально отсутствовавшие у низших млекопитающих.
Синергетика доказала, что управляющие параметры изменяются только под влиянием внешних условий, поэтому возникают разные гипотезы касательно человеческого прошлого. Согласно одной из них, люди не эволюционировали: их завезли на Землю пришельцы с других планет. Однако как они появились там, на другой планете?
В целом теория божественного происхождения человека не противоречит синергетике. Было внешнее вмешательство: Бог создал человека. Вопрос в том, кого понимать под Богом. Многие исследователи и популяризаторы науки склонны считать, что пришельцы, обладающие более высокой технологией, прилетели на Землю и провели генетические эксперименты над обезьянами. Первые попытки синтезировать современного человека оказались
неудачными: полученные существа были слишком агрессивными, и их пришлось уничтожить. Наконец инопланетяне смогли создать человека, более-менее подходящего для продолжения эксперимента. После этого они обеспечили его пищей, научили добыванию металла и некоторым ремеслам и удалились, оставив нам пирамиды, назначение которых до сих пор не раскрыто. Поскольку наука у древних людей находилась в зачаточном состоянии, они объясняли умения пришельцев их божественным происхождением. Однако это не окончательная точка зрения науки, а лишь современная интерпретация некоторых исследователей.
На Земле сменяются цивилизации: одни исчезают, как Атлантида, а другие появляются. Смена формаций - это вечный процесс. Но современный человек должен сделать выводы и не допустить гибели своей цивилизации. Люди тратят деньги не на развитие науки и концепций безопасности планеты, а на личные удовольствия, на удовлетворение своих прихотей. Страны ссорятся из-за сфер влияния, пытаются выйти в лидеры, решать частные (внутринациональные) задачи. Войны между государствами уже не раз приводили к гибели цивилизации. Есть не только социальные угрозы, но и планетарные (например, изменение климата в результате экологической катастрофы). Несмотря на астероидную опасность, средств на развитие астрофизики выделяется недостаточно. Людям пора осознать ответственность за цивилизацию, пора понять, что ее нужно беречь.
о
X X
5
X
Подготовила Ольга КИЕВЛЯКИС
