Биосфера и ноосфера

 

Под биосферой понимается область обитания живого вещества на планете. Первые признаки жизни появились на Земле, как только температура ее поверхности снизилась до нескольких сот градусов Кельвина. Возраст ископаемых водорослей насчитывает, примерно, 3500 млн. лет. (Для датировки обычно используют 5 методов, основанных на соотношении количества радиоактивных и стабильных изотопов: уран-свинцовый, рубидий-стронциевый, калий-аргоновый, самарий-неодимовый и радиоуглеродный).

 Из 173·10¹⁵ Вт солнечной энергии, падающей на Землю, биосфера использует только 0,02 % т.е. 4·10¹³ Вт. 52·10¹⁵ Вт – отражается от облаков, 40·10¹⁵ Вт – мощность, запасенная облаками. (Вот где обитает параллельная цивилизация – если так уместно пошутить) и 81·10¹⁵ Вт – мощность, поглощаемая сушей, морями и атмосферой и переходящая в тепло. И конечно прав А.Л. Чижевский, говоря, что ситуация на Солнце влияет на все процессы, происходящие на Земле.

 В.Р. Вильямс в книге «Агрономия» подробно описал круговорот органического и минерального вещества в природе. Низшие организмы достаточно быстро приспосабливаются к изменению условий жизни, а высшие организмы имеют несколько сценариев взаимодействия, которые, в частности, подробно разобраны в учебниках по КСЕ Т.Я. Дубнищевой. Возможны: конкуренция, сосуществование, взаимодействие типа хищник-жертва и симбиоз. Разработан даже математический аппарат для анализа перечисленных взаимодействий.

 В.И. Вернадский выдвинул тезис о необходимости завершить процесс стихийного развития человечества. Он считал, что человечество должно перейти в эпоху управляемого развития, в эпоху разума, в эпоху ноосферы, иначе катастрофа неминуема. К сожалению даже в начале XXI века эта эпоха еще не наступила.

 

Синергетика

 

В 1978 году вышла книга Германа Хакена «Синергетика», в которой говорилось о подобие процессов самоорганизации, протекающих в физике, химии, биологии. И, так же как «Кибернетика», эта была программная книга, причем опять речь в ней шла о создании некого единого подхода. И если кибернетику можно было назвать наукой об организации, то синергетику – о самоорганизации.

 Название синергетика происходит от греческого – synergetikos – совместный, согласованно действующий. Научное направление, понимаемое под этим термином, изучает связи между элементами разных структур, которые образуются в открытых системах разной природы благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях.

 Хакен показал универсальность кооперативных эффектов в процессе самоорганизации и, что немаловажно, дал название этому явлению. Поэтому именно его название было присвоено всему новому направлению, отдельные детали которого появились существенно раньше 1977 – 1978 года.

 Появление синергетики показало, что кибернетика оказалась совсем не той наукой, на место которой она претендовала.

 Системы, составляющие предмет изучения синергетики, могут быть самой различной природы и как таковые изучаться различными науками. Например, физикой, химией, биологией, математикой, нейрофизиологией, экономикой, социологией, лингвистикой и т.д. При существующей дифференциации науки достижения одной науки зачастую становятся недоступными вниманию и тем более пониманию представителей других наук.

 Синергетика – это не отдельная наука, а скорее термин, говорящий об общности интересов и математических методов исследования родственных нелинейных явлений в разных областях науки. Она на многих примерах показала единство основных понятий теории самоорганизации: нелинейность, сложность, принцип подчинения, параметры порядка, открытость системы, неравновесность диссипативных структур, неравновесные фазовые переходы, когерентность, бифуркация, аттрактор, странные аттракторы, солитоны, хаос, порядок и их взаимопревращение, фракталы, становление, холизм, телеология и ряд других. Общими оказались и описание эволюционных явлений, путей ведущих к самоорганизации в самых различных областях. Сами же эти области выступают как сферы применения науки. Это и есть главное обоснование правомерности ее существования.

 

В процессах самоорганизации нет направляющей руки. Самоорганизация рождается самой системой в результате потери устойчивости некоего состояния – как некоторый, обобщенно понимаемый фазовый переход. Но это только часть этой науки. Вторая часть – это процессы переход устойчивых систем в состояние хаоса.

 Синергетика состоит из теории диссипативных структур (И. Пригожин и Г. Хакен); теории автоколебаний и автоволновых процессов (Л.И. Мандельштам, А.А. Андронов, Р.В. Хохлов, А.М. Жаботинский); теории «странных аттракторов» и фракталов (Е.Н. Лоренц, Б. Мандельброт); теории катастроф (Р. Том), базирующейся на теории особенностей гладких отображений Уитни; теории бифуркации динамических систем (А. Пуанкаре, А.А. Андронов); теории солитонов (Дж. Рассел, Н. Забуски, М. Крускал); теории стохастизации динамических систем (А.Н. Колмогоров), качественной теории дифференциальных уравнений (А. Пуанкаре). Все это можно назвать топологической теорией нелинейных динамических систем.

 Одно из основных понятий синергетики – понятие структуры как состояния, возникающего в результате когерентного (согласованного) поведения большого числа частиц – диссипативных структур. В открытых системах, обменивающихся с окружающей средой потоками вещества или энергии, однородное состояние равновесия может терять устойчивость и необратимо переходить в неоднородное стационарное состояние, устойчивое относительно малых возмущений.

 Одним из сенсационных открытий было обнаружение Лоренцем сложного поведения сравнительно простой динамической системы. При определенных значениях параметров траектория системы вела себя столь запутанным образом, что внешний наблюдатель мог бы принять ее характеристики за случайные.

 Оказалось, что система Лоренца описывает самые различные физические ситуации. Из экзотического объекта они довольно быстро оказались столь же заурядными и часто встречающимися, как и обычные аттракторы (притягивающие особые точки) и предельные циклы.

 Странный аттрактор обладает еще одной довольно необычной характеристикой, оказавшейся полезной при описании фигур и линий, обойденных некогда вниманием Евклида, – так называемой фрактальной размерностью.

 

Понятие фрактала, было введение в научный обиход Бенуа Мандельбротом. Оно не имеет строгого определения. Любая попытка дать таковое отсекает какой-то достаточно емкий класс объектов. Можно дать примеры простейших фракталов. Это снежинки, пограничные и береговые линии, поры в хлебе, дырки в некоторых сортах сыра, частицы в порошках, облака, горы, кора дерева и т.д.

 Синергетика – это наука дающая единый принцип описания процессов самоорганизации и процесса разрушения динамических систем и перехода к хаотическому состоянию под действием детерминированных сил. Иначе говоря, к переходу от структур к хаосу и обратно. Т.е. она показывает границы применимости динамических законов и методов статистики для описания поведения системы. Таким образом, в рамках синергетики объединились динамические и статистические закономерности. Это обстоятельство и позволяет утверждать, что именно синергетика имеет право претендовать на новый стиль мышления.