«МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Тула – Белгород, 2011 Европейская Академия Естественных Наук Отделение фундаментальных медико-биологических исследований Хадарцев А.А., Еськов В.М., Козырев К.М., Гонтарев С.Н. ...»

Хадарцев А.А., Еськов В.М., Козырев К.М.,

Гонтарев С.Н.

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Тула – Белгород, 2011

Европейская Академия Естественных Наук

Отделение фундаментальных медико-биологических исследований

Хадарцев А.А., Еськов В.М., Козырев К.М.,

Гонтарев С.Н.

МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Под редакцией В.Г. Тыминского Тула – Белгород, 2011 УДК 616-003.9.001.004.14 Хадарцев А.А., Еськов В.М., Козырев К.М., Гонтарев С.Н. Медикобиологическая теория и практика: Монография / Под ред. В.Г. Тыминского. – Тула: Изд-во ТулГУ – Белгород: ЗАО «Белгородская областная типография», 2011.– 231 с.

В монографии изложены исторические параллели формирования научного мировоззрения, как основы медико-биологической науки, понятие и свойства информации. Дана характеристика самоорганизации систем, эволюции биологических систем с позиций синергетики, как постнеклассической науки.

Определена значимость энтропии в биологических системах, в динамике биологического возраста, охарактеризован антропный принцип в науке. Установлен информационный изотропизм, как синергический принцип социальной трансформации. Охарактеризованы зависимости эстетики и нейроэстетики с природной метрологией биологических систем. Описана значимость использования природных соединений в лечении и предупреждении заболеваний, в восстановительной медицине.

Приведены клинические результаты потенцирования лечебных эффектов при многофакторном воздействии с использование природных соединений в онкологической практике. Изложены также сведения о физиологии крови с позиций информационного воздействия, значимого для повышения работоспособности.

Книга ориентирована на широкий круг читателей, научных работников, биологов, врачей разных специальностей, философов, политологов, историков.

Рецензенты:

Член-корр. РАМН, д.б.н., проф. Фудин Н.А.

акад. РАМН, д.м.н., проф. Зилов В.Г.

ISBN © Хадарцев А.А., Еськов В.М., Козырев К.М., Гонтарев С.Н., © Издательство ТулГУ, © ЗАО «Белгородская областная типография»,

ПОСВЯЩАЕТСЯ

ПАМЯТИ

ВЛАДИМИРА НИКОЛАЕВИЧА

КИДАЛОВА

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………….

ГЛАВА I. ФОРМИРОВАНИЕ НАУЧНОГО

МИРОВОЗЗРЕНИЯ, КАК ОСНОВА МЕДИКОБИОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ ……………………………………. 1. Исторические параллели ………………………………………… 2. Информация. Свойства информации …………………………… 3. Информация и самоорганизация ………………………………...

ГЛАВА II. ЭВОЛЮЦИЯ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ

БИОЛОГИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ………… 1. Философия синергетики ………………………………………… 2. Постнеклассическая наука – синергетика ……………………… 3. Антропный принцип в постнеклассической науке …………….

ГЛАВА III. ЭВОЛЮЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ

ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ ВО ВРЕМЕНИ ……………….. 1. Энтропия в динамике биологического возраста ………………. 2. Продолжительность жизни, уровень метаболизма и энтропия. 3. Биологические системы и их эволюция с позиций неравновесной термодинамики …………………………………….

ГЛАВА IV. ИНФОРМАЦИОННЫЙ ИЗОТРОПИЗМ –

СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП СОЦИАЛЬНОЙ

ТРАНСФОРМАЦИИ ……………………………………………...

ГЛАВА V. ЭСТЕТИКА МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ

СИСТЕМ …………………………………………………………… 1. Гармоническая нейроэстетика ………………………………….. 2. Эстетика и нейроэстетика в тезиограммах биологических жидкостей …………………………………………………………… 3. Паттерны золотой пропорции крови в природной метрологии

ГЛАВА VI. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ В ЛЕЧЕНИИ, КАК ЭТАП

1. Исторические аспекты фитотерапии …………………………… 1.1. Фитотерапия в зарубежных странах ……………………… 3. Экдистероиды как модуляторы программ адаптации ………… 3.1. Экдистероиды в природе и их свойства ………………….. 3.2. Источники получения экдистероидов ……………………. 4. Системные эффекты воздействия адаптогенов на биологические системы в эксперименте …………………………. 4.1. Эффекты эндогенных и экзогенных адаптогенов с синтоксическим эффектом в норме и при криовоздействии … 4.2. Сравнение эффектов экзогенных адаптогенов (синтоксинов и кататоксинов) в норме и патологии …………. 4.3. Классификация адаптогенов ……………………………….

ГЛАВА VII. ПОТЕНЦИРОВАНИЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ

ЭФФЕКТОВ ЛЕЧЕНИЯ ОПУХОЛЕЙ ПРИ

1. Характеристика контингента обследованных женщин и способов их комплексной терапии ………………………………... 1.1. Характеристика обследуемого контингента больных …… 1.2. Методика аутогемохимиотерапии рака шейки матки с использованием милдроната ……………………………………. 1.3. Характеристика групп женщин, применявших 1.4. Применение фитоадаптогенов элеутерококка 2. Оценка эффективности аутогемохимиотерапии и милдроната, как дополнительный метод оптимизации базового 3. Патофизиологическое обоснование комплексной 4. Хрономедицинское обоснование иммунореабилитации больных ршм фитоадаптогенами элеутерококком и фитовитом

ГЛАВА VIII. ФИЗИОЛОГИЯ КРОВИ С ПОЗИЦИИ

ИНФОРМАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.

СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ……

Заключение ………………………………………………………... Основная используемая литература …………………………… Терминологический словарь ……………………………………

ВВЕДЕНИЕ

На протяжении нескольких последних десятилетий активно разрабатывается такое направление в науке и общечеловеческом мировоззрении, как синергетика.

Имеется достаточно доказательств того, что синергетика является третьей глобальной парадигмой (исторически: первая – детерминистская, вторая – стохастическая). Недооценка этого факта учеными, политиками, религиозными деятелями, всем интеллектуальным сообществом – тормозит динамичное развитие человечества в целом.

Возникновение и развитие синергетики обусловлено закономерным ходом развития истории. Еще древними греками были выделены классы объектов (жизнь человека, течение реки и др.), которые обладают рядом уникальных свойств, которые связаны с хаотической динамикой поведения вектора состояния любого (синергетического) объекта, явления, процесса, которые не могут быть описаны точно – даже на малом интервале времени и в малых областях пространства, а прогноз динамики их развития невозможен в принципе без искусственного задания необходимых внешних управляющих воздействий (ВУВ). Человечество, в рамках развития синергетики и ее утверждения как третьей парадигмы, уже сейчас осознает реальность этого для прогнозирования будущего способом искусственного перевода объектов, явлений, процессов из одного аттрактора состояния в другой.

После нескольких столетий создания и развития детерминистской и стохастической парадигм, которые существенно продвинули вперед развитие физики, химии, техники, и обеспечили привлечение их достижений на службу человечеству, – наука реально подошла к изучению синергетических объектов, явлений, процессов. К ним относятся: человек (его организм в норме и патологии, его психическая и социальная деятельность), общество и цивилизация в целом, наука (все разделы социологии, политологии, религии, мировоззрение в целом), все единичные и неповторимые процессы (биосфера Земли, которая при ВУВ способна перейти в ноосферу – по В.И. Вернадскому, планеты солнечной системы, галактики и Вселенная в целом). Все эти объекты – в принципе не воспроизводимы и неповторимы, поэтому они не являются объектами изучения традиционной наукой, основанной на детерминизме и стохастике. Однако, традиционная наука продолжает развиваться, изучая доступные ей объекты, процессы, явления – в рамках детерминистской и стохастической парадигм.

Поскольку сознание и мозг человека также единичный и неповторимый процесс и объект, то их исследование необходимо проводить в рамках синергетики, в том числе, с помощью искусственно созданных ВУВ, через формирование синергетического мировоззрения, на котором настаивали В.И. Вернадский и В. Эбелинг.

Синергетическая парадигма способна научно объяснить также динамику социальных процессов, что требует от человечества не пассивно изучать (путем научного созерцания) и пытаться прогнозировать будущее, а активно конструировать его постоянно, задавая ВУВ. Сейчас в мировой экономической системе возникли объединения (восьмерка и двадцатка), которые именно этим и занимаются. Однако синергетика требует распространения своих принципов активного конструирования будущего на главное, приоритетное направление: переход от технологического общества к знаниевому, синергетическому, постиндустриальному обществу. Новое понимание и осознание предшествующих и настоящих процессов в науке, культуре, религии, мировоззрении – базируются на главном, фрактальном (самоподобном) законе динамического развития любой сложной системы, в основе которого лежит триада: детерминизм, стохастика, синергетика (хаос). Последнее означает единство и борьбу противоположностей: самоорганизация и порядок – хаос и катастрофы, определенность – неопределенность, единичное и случайное – массово.

Уже невозможно примитивно характеризовать синергетику, как науку, изучающую условия перехода от хаоса к порядку (и наоборот), или как науку о сложных, нелинейных системах (complexity, nonlinear dynamics), или как науку о самоорганизации (сопровождающей переходы «хаос – порядок – хаос»), или как науку о поведении сложных систем в критических точках (точках бифуркации и точках катастроф). Сейчас уместно говорить о придании синергетике роли третьей парадигмы, которая накрывает большие кластеры объектов с пятью особыми (человекомерными) свойствами, динамика которых может быть описана в многомерных фазовых пространствах состояния (ФПС), а координатами их являются параметры порядка этих систем или процессов, когда они описываются вектором состояния системы (ВСС).

Характерным для третьей парадигмы и синергетических объектов, процессов, явлений является раскрытие более глубокого смысла понятий определенность и неопределенность во всех сферах человеческой деятельности.

Известно, что до конца ХIХ и начала ХХ века в науке господствовал детерминистский подход. Все процессы описывались точками, линиями, функциями и состояниями в пространстве, а в математике была общепринята задача Коши: задание начальных параметров системы при формулировании уравнений динамики (алгебраических, трансцендентных, дифференциальных, разностных, интегральных) – определяло дальнейшую динамическую траекторию поведения системы и ее конечное состояние в любой момент времени. Все три состояния (начальное, любое промежуточное и конечное) – всегда определялись точно (детерминистски).

С формированием стохастической парадигмы возникла неопределенность в конечном состоянии (но начальное состояние – всегда должно быть точно определенным и опытно воспроизводимым, иначе стохастические принципы не работают).

При этом необходимо было задавать функцию распределения. В любом случае начальное состояние объекта, явления процесса в стохастике должно быть определенным, воспроизводимым, повторяемым. Промежуточные состояния могли быть не определены.

В условиях синергетической парадигмы начальное состояние системы (в рамках представлений И. Пригожина, Г. Хакена) – может быть принципиально не определено (объект очень сложный, состоящий из множества составных элементов, непонятны законы взаимодействия между этими элементами, более того, их невозможно в принципе описать и изучить). Характерный пример – человеческий мозг: никто не знает, как работают и взаимодействуют между собой его нейроны. Да и сам человек постоянно изменяется (болеет, стареет, нейроны отмирают). Мы имеем дело со сложнейшей динамической системой, познать начальные состояния которой, прогнозировать динамику развития мозга, тем более, его конечное состояние – не представляется возможным. Синергетика изучает объекты, подобные мозгу, с полной неопределенностью, а в математической теории хаоса изучаются объекты с частичной неопределенностью.

Таким образом, в науке существует полная определенность (в рамках детерминистской парадигмы), частичная неопределенность (в рамках стохастической парадигмы) и полная неопределенность (в рамках синергетической парадигмы).

Подобная ситуация и в социологии. Исторически все типы государств основывались на детерминистском базисе. Они имели традиционалистскую структуру: верхний уровень – иерарх (феодал, князь, император, Генсек ЦК), которому беспрекословно подчиняются низшие страты. Общество было жестко детерминировано. За своеволие (стохастические отклонения) – следовало отторжение от общества, высылка, или смерть.

Приход капиталистических отношений обусловил переход общества в технологическое, стохастическое состояние. При этом иерархами стали страты (партии, сообщества единомышленников и пр.) Внутри стратов имеется определенная дисперсия мнений и поведений, правда, ограниченная. Технологическое стохастическое общество обеспечило большие свободы человеку, стало более продуктивным, созидательным, динамичным и приспособляемым.

В знаниевом, синергетическом, постиндустриальном обществе возможна реализация принципа: единица – всё, единица – ничто. Люди в этом обществе будут жить по принципам самоорганизации, о которой писал И. Кант: «Поступай так, чтобы максима твоей воли во всякое время могла бы иметь также и силу принципа всеобщего законодательства». Имеется кажущийся максимум неопределенности со стороны общества в динамике поведения человека и человечества (большая свобода), поэтому крайне необходимы внутренние (для отдельного человека) и внешние (для всего общества) управляющие воздействия.

Это общество должно стать самоуправляемым и самопрогнозируемым. Человек и человечество должны сами конструировать свое будущее, для чего надо поменять приоритеты: не завидовать благосостоянию соседей, а стремиться к устойчивости всего человечества, решать проблемы его выживания не только на Земле, но и в космосе.

Подобные эволюционно-фрактальные процессы мы имеем в искусстве и культуре. Так, от реализма (детерминизма) средних веков состоялся переход к импрессионизму (стохастике) конца ХIХ века, а затем – к абстракционизму и сюрреализму (синергетике) ХХ века. Художники в какой-то степени обогнали время (как и музыканты с их авангардистской музыкой). Хаотические композиции на полотнах подобны виртуалистике и принципам И. Валлерстайна: «Мы были бы мудрее, если бы формулировали наши цели в свете постоянной неопределенности и рассматривали эту неопределенность не как нашу беду и временную слепоту, а как потрясающую возможность для воображения, созидания, поиска. Множественность становится не поблажкой для слабого или невежды, а рогом изобилия сделать мир лучше». Именно так можно рассматривать многие современные музыкальные, или художественные композиции (каждый человек выбирает свой вариант художественного образа, художественной темы). С этих позиций деятели культуры (такие, как Гауди в архитектуре Испании) быстрее всех совершили переход от технологического общества к знаниевому, синергетическому, постиндустриальному обществу. Этот переход виртуален, он не согласуется с остальными преобразованиями (науки, социумов). Усложнение и усиление неопределенности наблюдается и в художественной литературе, что согласуется с общей динамикой трансформации от детерминизма к стохастике и синергетике.

Важно отметить динамику развития философии от классической (натурфилософии, основанной на детерминизме), к неоклассической (теория относительности, принцип Гейзенберга – связанные со стохастическим подходом), а затем – к постнеоклассической философии, основанной на синергетической парадигме. Именно третья – синергетическая парадигма охватывает все виды человеческой деятельности, познание общих законов человекомерных, эволюционирующих, вариабельных систем с компартментно-кластерной структурой.

Какова роль синергетики в прогнозах будущего человечества? Третья – синергетическая парадигма постулирует необходимость виртуально определять свое будущее (прогнозировать), а затем, путем научных обоснований – задавать ВУВ, которые обеспечат это будущее.

Человечество подошло к осознанию факта, что мир описывается в рамках третьей – синергетической парадигмы, где неопределенность и хаос – лидирующие понятия, где ВУВ – составляют основу научных знаний и конструируют будущее, где человек осознает кратковременность своего бытия, а главным смыслом жизни становится борьба за выживание человечества, хотя бы в ближнем Космосе.

Это все потребует от каждого жителя Земли активных занятий наукой (фундаментальной и прикладной), достижения которой помогут сделать человечество более устойчивым, способным к длительному существованию. Главная задача и предназначение знаниевого, синергетического, постиндустриального общества – перевести человечество в устойчивый аттрактор существования на основе всеобщего развития науки. При этом должны измениться мировоззрение, главные цели и ценности каждого индивидуума (особенно, лидеров государств), структура общества и науки в целом (она должна стать интернациональной, глобальной, массовой).

ГЛАВА I

ФОРМИРОВАНИЕ НАУЧНОГО МИРОВОЗЗРЕНИЯ,

КАК ОСНОВА МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ НАУКИ

Не только в XX, но и в XXI веке основным препятствием к историческому осмыслению различных наук о природе живых систем является разнообразие методов и традиций работы разных исследователей в различных направлениях науки, многообразный язык символов, отсутствие единого научного «терминологического языка», когда разные обозначения одних и тех же явлений порождает их взаимное неприятие.

Постоянно увеличивается не только количество научных работников, но и количество установленных фактов, явлений, частностей и закономерностей. Так, наблюдения над незначительным притяжением легких тел нагретым янтарем – способствовали открытию электричества, изучение мелких геометрических фигур – открытию кристаллографии, свойства притяжения магнитного железняка – открытию магнетизма и пр.

Однако, в мировоззрении исследователей сложились определенные представления о единстве живого и неживого, макрои микромира. Известны афоризмы натурфилософов прошлого:

«В природе нет ни великого, ни малого», «В природе нет ни начала, ни конца», «Мелкие ничтожные причины производят крупнейшие следствия».

История науки в качестве объекта исследования имеет свершившийся во времени конкретный процесс, а задача ее – изучение уже проявивших себя явлений и фактов.

При этом реальна неполнота и ограниченность полученных при таком исследовании результатов, поскольку ограниченность сиюминутного знания не позволяет выявить в анализируемых фактах и явлениях скрытые явления, элементы, которые в будущем могут лечь в основу важнейших для человечества идей.

И эта невидимая для историка науки часть объективной реальности может быть не замечена им. Но, собственно, это и не его задача. Хотя было бы целесообразным просто фиксировать хронологически факты, еще не воспринятые научной мыслью.

Однако, В.И. Вернадский считал, что исследованию «подлежат только такого рода проблемы и явления, которые влияли на постепенный рост и на выяснение научного мировоззрения.

Все же явления, обобщения или проблемы, которые не отразились на процессе выработки научного миросозерцания, могут быть оставлены в стороне. Они имеют значение только в истории развития отдельных научных дисциплин, отдельных наук»

Он подчеркивал: «…далеко не все процессы развития научных идей должны подлежать изучению для выяснения развития научного мировоззрения. Но само научное мировоззрение не есть что-нибудь законченное, ясное, готовое; оно достигалось человеком постепенно, долгим и трудным путем. В разные исторические эпохи оно было различно. Изучая прошлое человечества, мы всюду видим начала или отдельные части нашего современного мировоззрения в чуждой нам обстановке и в чуждой нашему сознанию связи, в концепциях и построениях давно прошедших времен. В течение хода веков можно проследить, как чуждое нам мировоззрение прошлых поколений постепенно менялось и приобретало современный вид. Но в течение всей этой вековой, долгой эволюции мировоззрение оставалось научным».

Им дано определение научного мировоззрения: «Научное мировоззрение есть создание и выражение человеческого духа;

наравне с ним проявлением той же работы служат религиозное мировоззрение, искусство, общественная и личная этика, социальная жизнь, философская мысль или созерцание. Подобно этим крупным отражениям человеческой личности, и научное мировоззрение меняется в разные эпохи у разных народов, имеет свои законы изменения и определенные ясные формы проявления» (http://elibrary.ru/books/vernadsky).

Важным является положение о том, что научное мировоззрение не является синонимом истины, также как и философские, или религиозные системы, а являются лишь человекомерными подходами к истине. Даже в современном научном мировоззрении есть позиции, не соответствующие действительности, которые могут быть опровергнуты только научными доказательствами их несостоятельности. Но многие из положений, даже привнесенных в научное мировоззрение из искусства, философии, общественной жизни, религиозных идей, но выдержавших испытание научным методом, остаются составной частью научного мировоззрения.

Так, известным фактом является проникновение в древнейшее научное мировоззрение числовых отношений из музыки, например, в китайскую медицину. Музыкальная гармония в древнеиндийской философии (гимны Ригведы) определяет числовые соотношения мирового устройства. Это и музыкальная обработка человеческого голоса в религиозных культах. Пифагор и пифагорейцы способствовали внедрению в науку концепции музыки.

В пифагорейской школе получили развитие математические идеи гармонии: симметрия, средние пропорциональные (арифметическое, геометрическое, гармоническое), пентаграмма, а также пропорция, которая в средние века получила название «золотая пропорция» или «золотое сечение» (Суббота А.Г., 2003). Нашими современниками оценено значение золотого сечения в Солнечной системе (Бутусов К.П., 1978; Васютинский Н.А., 1990).

Американский математик Марк Барр, предложил называть отношение двух отрезков, образующих золотое сечение, числом. Буква (фи) – первая буква по имени античного скульптура Фидия, скульптуры которого, по преданию, были оформлены с использованием золотого сечения. Особые замечательные свойства, в различных плоских и пространственных фигурах описаны Лукой Пачоли в трактате «De Divina Proportione» вышедшем в 1509 году с иллюстрациями Леонардо да Винчи. Эти свойства проявляются в динамичных процессах на всех уровнях природной организации, включая различные биообъекты и в первую очередь человека, его клетки, органы и системы (Гераськин С.А., Севанькаев А.В., 1999).

Золотое сечение и его производные оказались широко представлены в соотношениях физических величин и химических веществ в среде обитания человека (Божокин С.В., Паршин Д.А., 2001), в биологических объектах, в структуре и динамичных функциях тела человека, его систем и системы крови, функционирующих с использованием принципов фрактальности и резонанса.

Структура многих объектов не может быть описана без понятия «фрактал», появившегося от латинского fractus (изломанный, состоящий из фрагментов). Его использованию в науке положил начало Бенуа Мандельброт, который словом фрактал в 1975 году стал обозначать нерегулярные самоподобные структуры.

Вначале фрактальная концепция использовалась в математике для описания геометрических множеств и для решения нелинейных уравнений. Мандельброт ввел математически точное, но в общем случае, неточное определение понятия фрактала через размерность Хаусдорфа-Безиковича и первый приложил понятие фрактала к различным областям знания. Очень быстро оно было распространено на феномены географии, астрофизики, биологии и медицины.

Основу фракталов составляет метафизика процессов самоорганизации хаоса. Динамический (детерминированный) хаос и фракталы – как понятия, вошли в научную картину мира в последней четверти ХХ века и заставили пересмотреть устоявшиеся взгляды на геометрические свойства природных и искусственных объектов. Понятие динамического хаоса изменило понимание того, как эти объекты могут вести себя во времени. В концепции фрактала определились различия с традиционными понятиями задания и описания формы, места, границы, ширины, длины, дихотомий. Для фрактала не оказалось точного смысла в понятиях «непрерывное – дискретное», «простое – сложное», в определениях типа «сложное есть сумма простых частей». Многие авторские определения фрактала страдают недостаточной точностью, так как могут легко разрушаться контрпримерами.

Однако, несмотря на отсутствие точности определения, более важна практика научного применения этого понятия. На практике различают целый ряд фракталов (фрактал – фигура Коха, фрактал – множество Мандельброта и др.). У них есть общее – наличие рекурсивной процедуры их возникновения. Отличаются же они по жесткому самоподобию типа самоподобия фигур Коха, связанного инвариантностью относительно масштабных преобразований, или по нежесткому самоподобию (ковариантное самоподобие типа самоподобия множества Мандельброта), когда преобразование фрагмента во все множества нетривиально. Фрактал, никоим образом не похожий на кривую, Мандельброт назвал фрактальной пылью – это классическое множество Кантора, известное с 1875 г. Такое множество разрежено и не содержит интервалов, но, тем не менее, имеет столько же точек, сколько интервалов. Мандельброт использовал такую «пыль» для моделирования стационарного шума в телефонии.

Фрактальная пыль является универсальным фракталом, поскольку любой фрактал – аттрактор системы итерированных функций – представляет собой либо фрактальную пыль, либо ее проекцию на пространство с более низкой размерностью (Буданов В.Г., 1997).

Любопытно, что, не зная понятия «фрактал», Леонардо да Винчи предположил, что все ветки дерева на данной высоте, сложенные вместе, равны по толщине стволу (ниже их уровня).

Позже оказалось, что это соответствует модельному расчету для кроны дерева в виде поверхности-фрактала (Мандельброт И., 2002).

Во фрактальной концепции нет очевидности частей, границ, для «сборки» целого имеется бесконечно много перепутанных и наложенных друг на друга частей. Традиционная методология оценки по принципу «часть – граница – целое» не приводит к осмыслению целого, а разрушает познание бесконечными хаотическими усложнениями и ограничениями. Вместе с тем фрактальная технология позволяет описать многообразие биологических конфигураций, в том числе таких сложных, нерегулярных и функционально ассиметричных (Брагина Н.Н., Доброхотова Т.А., 1988), как система кровообращения, состоящая из множества капилляров и крупных сосудов и доставляющая с кровью необходимые вещества к каждой клетке человеческого тела.

Оказалось, что за ритмы сердца и головного мозга, внезапные приступы аритмии, которые могут вызвать сбой в работе сердца, ответственны фракталы и математический хаос (Пайген Х.О., Рихтер П.Х. Хаос, фракталы (http://www.inventors.ru).

Если термин «фрактал» чаще относятся к некоторой статичной геометрической конфигурации, такой как мгновенный снимок водопада, ракушка, то термин «хаос» динамичен и используется для описания явлений, подобных турбулентному поведению погоды и закручиванию по спирали.

Онтогенез человека и животных иногда представляют в форме спирали с постепенно возрастающими оборотами (наращиванием амплитуд организации физиологических процессов) с последующим, на поздних этапах онтогенеза, сокращением оборотов спирали – угасанием осцилляций. То, что заставляет спирали раскручиваться и закручиваться и достигать завершения процесса, то есть цели, получило название аттарктора. Аттракторы всегда связывают с условно хаотическими процессами. Образ хаоса в фазовом пространстве – хаотический аттрактор, имеющий очень сложную структуру (странный аттрактор). Хаос порождается собственной динамикой таких нелинейных систем, как физиологические системы организма. Эти системы организма человека пользуются как упорядоченными (суточный, сезонный ритмы), так и неупорядоченными процессами (Петухов С.В., 1988; Федер Е., 1991).

Многие упорядоченные реакции, например, зависящие от восхода и захода Солнца каждые 24 часа, продолжаются в течение всей нашей жизни. Вместе с тем, в течение жизни организм сталкивается с неупорядоченными, часто стрессовыми воздействиями, где фрактальные закономерности задают новые «порядки вещей» в плане функционирования органов и систем. При этом возникают новые условия функционирования, создаются динамические подсистемы с настолько неустойчивым поведением, что любые сколь угодно малые возмущения быстро (в масштабе времени, характерном для этой системы) приводят к кардинальному изменению ее функции и ультраструктуры. Становится понятным, что фрактальные интерпретации мира, так же как и евклидианские исследовательские интерпретации живут по законам собственной метафизики и творят новый нелинейный мир – настоящий фрактальный космос, который возникает из распадающегося линейного знания. Из фрактальной концепции с очевидностью вытекает, что Природа экономит не на структурах, а только на принципах. При этом всеобщий принцип фрактальности открывает простоту сложного – самоподобие процессов и структур на различных иерархических уровнях (Кидалов В.Н., Хадарцев А.А., Куликова Л.Н., Молочко Л.Н., Игнатьев В.В., Якушина Г.Н., 2006).

Поиск гармонических, числовых соотношений – стал важной частью любой научной работы.

Это привело к формированию мнения, что только получение математической формулы с помощью символов – математики обеспечивает получение точного знания. Возникла математическая логика, социальная физика и др.

Однако, реально пророчество В.И. Вернадского: «… нет никаких оснований думать, что при дальнейшем развитии науки, все явления, доступные научному объяснению, подведутся под математические формулы или под так или иначе выраженные числовые правильные соотношения. Нельзя думать, что в этом заключается конечная цель научной работы».

Он считал, что математические оболочки, как идеальное создание человеческого разума, не состоятельны при изучении явлений, к которым «не приложимы схемы математического языка».

Ведь в научное мировоззрение прочно вошли понятия атома, материи, наследственности, энергии, инерции, элементов, зародившиеся и развившиеся под воздействием идей и представлений, чуждых научной мысли.

По Вернадскому: «Научное мировоззрение развивается в тесном общении и широком взаимодействии с другими сторонами духовной жизни человечества. Отделение научного мировоззрения и науки от одновременно или ранее происходившей деятельности человека в области религии, философии, общественной жизни или искусства невозможно. Все эти проявления человеческой жизни тесно сплетены между собою и могут быть разделены только в воображении».

Научное мировоззрение – сложное и многообразное, но не безошибочное. Даже, когда противоположные, чуждые ему мнения философии, религии отвергаются, временно фиксируя научные представления в определенной схеме, это – далеко не окончательный результат. Более того, ложные выводы могут держаться десятилетиями. Так борьба двух воззрений о природе света в XVII–XVIII веках (Ньютона и Гюйгенса) закончилась победой учения Ньютона о свете, как истечении из светящего тела вещества, более тонкого, чем газ.

Представление Гюйгенса о свете, как колебательном движении эфира, потерпело поражение. Однако ни Эйлер, ни Ломоносов, ни Лейбниц, вопреки общему «научному» мнению, не признавали теорию истечения Ньютона. Через 100 лет, в начале XIX столетия, труды Юнга и Френеля привели к торжеству идей, декларированных Гюйгенсом.

Победа торжествовавшего научного мировоззрения над тогдашним философским оказалась мнимой.

Таким образом, включение того или иного научного взгляда в мировоззрение – не подтверждает его истинности. Ибо бесспорны – только неопровержимо доказанные научные истины, обязательные для всех. Поэтому научное мировоззрение – должно быть доступным критике. Иногда отдельные личности в своей правоте исторически превосходят целые ученые корпорации и тысячи исследователей, формирующих господствующие в данный период взгляды.

Современное нам научное мировоззрение не статично, оно развивается и теми исследователями, которые конфликтуют со сложившимися научными воззрениями в обществе. Это определено точно В.И. Вернадским: «Истина нередко в большом объеме открыта этим научным еретикам, чем ортодоксальным представителям научной мысли. Конечно, не все группы и лица, стоящие в стороне от научного мировоззрения, обладают этим великим прозрением будущего человеческой мысли, а лишь некоторые, немногие. Но настоящие люди с максимальным для данного времени истинным научным мировоззрением всегда находятся среди них, среди групп и лиц, стоящих в стороне, среди научных еретиков, а не среди представителей господствующего научного мировоззрения. Отличить их от заблуждающихся не суждено современникам».

2. Информация. Свойства информации.

Информация – от лат. informatio – сведения, разъяснения, изложение. Это отражение внешнего мира с помощью знаков, сигналов.

Под информацией в быту (житейский аспект) понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами; в технике понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов; в теории информации понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. По определению К. Шеннона, информация – это снятая неопределенность;

в кибернетике (теории управления), по определению Н. Винера, понимают ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы; в семантической теории (смысл сообщения) понимают сведения, обладающие новизной; в документалистике понимают все то, что так или иначе зафиксировано в знаковой форме в виде документов (http://www.gmcit.murmansk.ru/).

Существует множество определений понятия информация.

Достаточно давно, во 2-ой половине XX века понятие информации представлялось следующими определениями: (Махмун Ф., 1966; Мелик-Гайказян И.В., 1997) – переданные кем-то другим или приобретенные при собственном исследовании знания;

– сведения, содержащиеся в сообщении, как объект передачи, хранения и обработки;

– то, что имеет на себе сигнал;

– содержание, полученное из внешней среды в процессе приспособления к ней человека и его органов чувств;

– объективное содержание связи между взаимодействующими объектами, которая проявляется изменение состояния этих объектов;

– порядок, коммуникация, как создание порядка из хаоса, или, хотя бы – увеличение степени упорядоченности, существовавшей в системе;

Последнее определение напрямую увязывает информацию со степенью упорядоченности получающей информацию системы.

С философских позиций информация сопряжена с понятием «отражение»:

– отражение в сознании человека объективных причинноследственных связей в реальном окружающем мире;

– содержание процессов отражения;

– отраженное разнообразие, которое отражающий объект содержит об отражении;

– инвариантная часть отражения, поддающаяся объективизации, определению, передаче;

– философская категория сопряженная с понятиями пространства, времени, материи, сообщения между источником, передающим сообщение и принимающим его.

Существует также мнение, что информация – это алгоритм:

– план строения клетки и всего организма;

– совокупность правил, приемов и сведений, необходимых для построения алгоритма (плана, оператора).

Свойства информации:

1. полнота – свойство исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс;

2. актуальность – способность соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени;

3. достоверность – свойство не иметь скрытых ошибок.

Достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;

4. доступность – свойство, характеризующее возможность ее получения данным потребителем;

5. релевантность – способность соответствовать нуждам (запросам) потребителя;

6. защищенность – свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения информации;

7. эргономичность – свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

Информацию следует считать особым видом ресурса, как запаса неких знаний материальных предметов или энергетических, структурных или каких-либо других характеристик предмета. В отличие от ресурсов, связанных с материальными предметами, информационные ресурсы являются неистощимыми и предполагают существенно иные методы воспроизведения и обновления, чем материальные ресурсы.

Определены свойства информации:

1. запоминаемость;

2. передаваемость;

3. воспроизводимость;

4. преобразуемость;

5. стираемость.

Запоминаемость – одно из самых важных свойств. Запоминаемая информация – макроскопическая (имеется в виду пространственные масштабы запоминающей ячейки и время запоминания). Именно с макроскопической информацией мы имеем дело в реальной практике. Передаваемость информации с помощью каналов связи (в том числе с помехами) хорошо исследована в рамках теории информации К.Шеннона. В данном случае имеется в виду способность информации к копированию, т.е.

к тому, что она может быть «запомнена» другой макроскопической системой и при этом останется тождественной самой себе.

Очевидно, что количество информации не должно возрастать при копировании. Воспроизводимость информации тесно связана с ее передаваемостью и не является ее независимым базовым свойством. Если передаваемость означает, что не следует считать существенными пространственные отношения между частями системы, между которыми передается информация, то воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, т.е. что при копировании остается тождественной самой себе. Фундаментальное свойство информации – преобразуемость. Она может менять способ и форму своего существования. Копируемость есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В общем случае количество информации в процессах преобразования меняется, но возрастать не может. Свойство стираемости информации также не является независимым. Оно связано с таким преобразованием информации (передачей), при котором ее количество уменьшается и становится равным нулю. Данных свойств информации недостаточно для формирования ее меры, так как они относятся к физическому уровню информационных процессов.

Информация всегда связана с материальным носителем.

Носителем информации может быть:

– любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.);

– волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна) и т.д.;

– вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и т.д.

Машинные носители информации: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, и т.д.

Сигнал – способ передачи информации. Это физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным. Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени.

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени. Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, дискретны. Аналоговые сигналы используют в телефонной связи, радиовещании, телевидении (http://www.metod-kopilka.ru/).

Понятие информации, несмотря на всю неопределенность, имеет большую значимость в биологии и медицине. По Г. Каслеру (1967) – это заполненный выбор одного из равноправных, или нескольких возможных вариантов. Если выбор не запоминается, не фиксируется – это микроинформация. Заполненный выбор – это макроинформация. Выбор – это и процесс, и результат процесса. Информация, как результат выбора, не существует без процесса выбора. При этом микроинформация (незаполненный выбор) – связана с понятием физической энтропии (мерой хаоса), она существует в течение пикосекунд, а затем забывается в течение При макроинформации – n – число устойчивых состояний системы. При микроинформации – n – число состояний, не обязательно устойчивых (понятие микроскопическое). Так, энтропия одного моля иделльного газа в состоянии термодинамического равновесия равна где NA=66,02х1023 – число Авогадро, k=1,38х10-16 эрг град – постоянная Больцмана.

Энтропия связана с числом микросостояний n соотношением Больцмана Если известны скорость и координаты всех частиц, то количество микроинформации равно Это формула – соотношение между микроинформацией и энтропией.

Отличие макро- и микроинформации иллюстрирует количество макроинформации в сосуде с газом, где система имеет устойчивое стационарное состояние – термодинамически равновесное (n=1). Количество макроинформации в ней равно Imacro=log2n=0.

Именно макроинформация используется в реальных информационных процессах (Чернавский Д.С., 2000) 3. Информация и самоорганизация К важнейшим свойствам информации относится способность управлять физическими, химическими, биологическими и социальными процессами. Где есть информация, действует управление, а где осуществляется управление, имеется и информация. Второе свойство информации – способность передаваться на расстоянии (при перемещении инфоносителя). Третье – способность подвергаться переработке. Четвертое – способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во времени. Пятое свойство – способность переходить из пассивной формы в активную. Например, когда извлекается из «памяти» для построения тех или иных структур (синтез белка, создание текста на компьютере и т. д.).

В современную науку понятие самоорганизации вошло через идеи кибернетики. Процесс самоорганизации систем обусловлен таким неэнтропийным процессом, как управление. Энтропия и информация, как правило, рассматриваются совместно. Информация – то, что устраняет неопределенность, количество «снятой» неопределенности. Тенденция к определенности, к повышению информативности – процесс негэнтропийный (процесс с обратным знаком). Термин самоорганизующаяся система ввел кибернетик У. Росс Эшби для описания кибернетических систем. Для самоорганизующихся систем характерны:

– способность активно взаимодействовать со средой, изменять ее в направлении, обеспечивающим более успешное функционирование системы:

– наличие определенной гибкости структуры или адаптивного механизма, выработанного в ходе эволюции;

– непредсказуемость поведения самоорганизующихся систем;

– способность учитывать прошлый опыт или возможность научения.

Одним из первых объектов, к которым были применены принципы самоорганизации, был головной мозг. Использование понятий и идей кибернетики в вопросах физики, химии, биологии, социологии, психологии и других науках позволили глубоко продвинуться в сущность процессов, протекающих в неживой и живой природе. Прогресс естествознания и науки будет протекать по линии изучения закономерностей управляющих процессов в сложноорганизованных системах, при этом самоорганизующаяся система является познавательной моделью науки XXI века.

В физической картине мира до 70-х годов XX века царствовали два закона классической термодинамики. Первый закон термодинамики (закон сохранения и превращения энергии) фиксировал всеобщее постоянство и превращаемость энергии. Закон констатировал, что в замкнутой системе тел нельзя ни увеличить, ни уменьшить общее количество энергии. Этот закон утверждал независимость такого изменения энергии от уровня организации животного, человека, общества и техники. Второй закон термодинамики выражает направленность перехода энергии, именно переход теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. Иногда этот закон формулируют так: тепло не может перетечь самопроизвольно от холодного тела к горячему. Этому могут способствовать только затраты дополнительной работы.

В замкнутой системе происходит выравнивание температур, система стремится к своему термодинамическому равновесию, соответствующему максимуму энтропии. В физической картине мира принцип возрастания энтропии соответствует одностороннему течению явлений, т.е. в направлении хаоса, беспорядка и дезорганизации. Один из основателей классической термодинамики Р. Клаузис в своей попытке распространить законы термодинамики на Вселенную пришел к выводу: энтропия Вселенной всегда возрастает. Если принять этот постулат как реальный факт, то во Вселенной неизбежно наступит тепловая смерть. Многие ученые не соглашались с выводами Клаузиса. В.

И. Вернадский утверждал, что «жизнь не укладывается в рамки энтропии». В природе наряду с энтропийными процессами происходят и антиэнтропийные процессы. Многие учение высказывали сомнение по поводу распространения второго закона термодинамики на всю Вселенную.

Основы синергетики заложены немецкий ученым Г. Хакеном (1980), работами И. Пригожина по теории необратимых процессов в открытых неравновесных системах, которые были удостоены Нобелевской премии (1977).

Синергетика (греч. «синергетикос» – совместный, согласованно действующий) – наука, целью которой является выявление, исследование общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравноценных системах различной природы (физических, химических, биологических, экологических и др.). Синергетика являет собой новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем – принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т.

п.), то синергетика фиксирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции, исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуации).

Синергетика исследует организационный момент, эффект взаимодействия больших систем. Возникновение организационного поведения может быт обусловлено внешними воздействиями (вынужденная организация) или может быть результатом развития собственной (внутренней) неустойчивости системы в системе (самоорганизация).

До 70-х гг. XX века считалось, что существует непреодолимый барьер между неорганической и органической, живой природой. Лишь живой природе присущи эффекты саморегуляции и самоуправления. Синергетика перекинула мост между неорганической и живой природой, пытаясь ответить на вопрос, как возникли те макросистемы, в которых мы живем. Во многих случаях процесс упорядочения и самоорганизации связан с коллективным поведением подсистем, образующих систему. Наряду с процессами самоорганизации синергетика рассматривает и вопросы самодезорганизации – возникновения хаоса в динамических системах. Как правило, исследуемые системы являются диссипативными, открытыми системами.

Основой синергетики служит единство явлений, методов и моделей, с которыми приходится сталкиваться при исследовании возникновения порядка из беспорядка или хаоса – в химии (реакция Белоусова-Жаботинского), космологии (спиральные галактики), экологии (организация сообществ) и т.д. Примером самоорганизации в гидродинамике служит образование в подогреваемой жидкости (начиная с некоторой температуры) шестиугольных ячеек Бенара, возникновение тороидальных вихрей (вихрей Тейлора) между вращающимися цилиндрами. Пример вынужденной организации – синхронизация мод в многомодовом лазере с помощью внешних периодических воздействий.

Интерес для понимания законов синергетики представляют процессы предбиологической самоорганизации до биологического уровня. Самоорганизующиеся системы возникли исторически в период возникновения жизни на Земле.

Модели синергетики – это модели нелинейных, неравновесных систем, подвергающихся действию флуктуации. В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно несколько устойчивых состояний, то флуктуации отбирают одну из них.

При анализе сложных систем (в биологии или экологии) синергетика исследует простейшие основные модели, позволяющие понять и выделять наиболее существенные механизмы «организации порядка» избирательную неустойчивость, вероятностный отбор, конкуренцию или синхронизацию подсистем. Понятия и образы синергетики связаны, в первую очередь, с оценкой упорядоченности и беспорядка – информация, энтропия, корреляция, точка бифуркации и др. Методы синергетики в значительной степени пересекаются с методами теории колебаний и волн, термодинамики неравновесных процессов, теории катастроф, теории фазовых переходов, статистической механики, теории самоорганизации, системного анализа и др.

Феномен перехода от беспорядка к порядку, упорядочения ученые знали и до этого. Примером самоорганизации в неживой природе является авторегуляция, принцип наименьшего действия и принцип Ле-Шателье. Было открыто самопроизвольное образование на Земле минералов с более сложной кристаллической решеткой. В химии известны процессы, приводящие к образованию устойчивых структур во времени. Примером является реакция Белоусова-Жаботинского, где раствор периодически меняет свой цвет от красного к синему в зависимости от концентрации соответствующих ионов.

В физике явления самоорганизации встречаются от атомных объектов и кончая галактическими системами. Г. Хакен считает символом синергетики лазер. Атомы, внедренные в лазер, могут возбуждаться действием энергии извне, например, путем освещения. Если внешняя энергия недостаточна, лазер работает как радиолампа. Когда же она достигает мощности лазерной генерации, атомы, ранее испускавшие волны хаотично и независимо, начинает излучать один громадный цуг волн длинной около 300 000 км. Атомная антенна начинает осциллировать в фазе, и волны совершают как бы одно коллективное движение.

Синергетика исследует особые состояния систем в области их неустойчивого состояния, способность к самоорганизации, точки бифуркации (переходные моменты, переломные точки).

Синергетика объясняет процесс движения от хаоса к порядку, процесс самоорганизации, возникновения нового, а для этого необходимо:

– чтобы система была открытой. По мнению Стенгерс, большинство систем открыты – они обмениваются энергией, веществом информацией с окружающей средой. Главенствующую роль в окружающем мире играет не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновестность, то есть системы непрерывно флуктуируют.

– фундаментальным условием самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации.

– в точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организации системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотичным или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. В точке бифуркации система может начать развитие в новом направлении, изменить свое поведение. Это такое состояние системы, после которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейшего развития.

– новые структуры, возникающие в результате эффекта взаимодействия многих систем, называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых, на смену которым они приходят. В точке бифуркации система встает на новый путь развития. Те траектории или направления, по которым возможно развитие системы после точки бифуркации и которые отличается от других относительной устойчивостью, ведут в новое состояние – аттрактор. Аттрактор – это относительно устойчивое состояние системы, притягивающее к себе множество «линий»

развития, возможных после точки бифуркации.

– диссипативные структуры существуют лишь постольку, поскольку система диссипирует (рассеивает) энергию, а, следовательно производит энтропию. Из энтропии возникает порядок с увеличением общей энтропии. Таким образом, энтропия является не просто соскальзыванием системы к дезорганизации, она становится прародительницей нового порядка. Так из хаоса (неустойчивости) в соответствии с определенной информационной матрицей рождается порядок.

Возникнув из неравновесной термодинамики, синтеза естественнонаучных знаний, синергетика ориентирует на раскрытие механизмов самоорганизации сложных систем – природных и социальных, а также созданных руками человека. Пришло понимание единства неорганического и органического мира, того, что чередование хаоса и порядка является универсальным принципом мироустройства.

Синергетика выявила бифуркационный механизм развития, конструктивную роль хаоса в процессах эволюции самоорганизованных систем, механизм конкуренции виртуальных, т.е. допустимых, возможных форм структур, заложенных в системе.

По своему воздействию на современное мировоззрение идеи синергетики равнозначны идеям теории относительности и квантовой механики. Синергетические понятия применимы к любым развивающимся системам. Они становятся инструментами социального мышления и анализа. Современная социальная наука, преодолевая механицизм и заимствуя идеи синергетики, тоже обращает внимание на неравновесные состояния, на процессы слома стабильного порядка (на переходы от порядка к хаосу, на рождение нового порядка). В развитии общества также возникают неустойчивые состояния точки бифуркации – расщепления путей развития (http://belani.narod.ru/).

ГЛАВА II

ЭВОЛЮЦИЯ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ

БИОЛОГИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Представляется логичным положение, выдвинутое В.С.

Степиным (2011) о различии терминов «междисциплинарный» и «трансдисциплинарный», применительно к наукам.

К междисциплинарным наукам относятся, например, биохимия, биофизика, т.е. науки, в которых применяются понятийные средства и методы, выработанные в разных дисциплинах и синтезируемые в новой науке для решения ее специфических задач, которые принципиально решаемы только с использованием синтеза познавательных средств, заимствованных из разных дисциплин.

В термине «трансдисциплинарный» выделяются два основных его смысла: во-первых это – обозначение вненаучных знаний, выходящих за рамки сложившихся научных дисциплин, но применяемые при поддержке и экспертизе научно-технических программ (политические мотивы, реклама в СМИ, вненаучные компоненты этической экспертизы и т.д.).

В другом смысле – это, например, язык математики, который являясь языком особой научной дисциплины, одновременно используется во множестве других наук и в инженернотехнологической деятельности. Здесь речь идет уже не о вненаучном знании, а о трансдисциплинарности как характеристике одного из языков науки.

Синергетика принадлежит к междисциплинарным направлениям науки, но она чем-то сродни математике, так как ее язык применяется в самых различных областях знания. Поэтому термин «трансдисциплинарный» в его втором значении может быть применим и для характеристики синергетики.

Междисциплинарность и трансдисциплинарность характеризуют синергетику как особую дисциплину, в которой необходимо очертить свою предметную область, определить систему методологических принципов исследования и включить их в состав сложившейся системы научного знания.

Под онтологией – (греч. on, ontos – сущее, logos – учение) – понимается учение о бытие. В классической философии – учение о бытие как таковом, выступающее (наряду с гносеологией, антропологией и др.) базовым компонентом философской системы; в современной неклассической философии – интерпретации способов бытия с нефиксированным статусом. Онтология – это развитое формализованное средство описания терминов предметной области, которое может использоваться в современных интеллектуальных информационных системах. Онтология состоит из набора понятий (концептов) и набора утверждений об этих понятиях: классификация понятий, отношения между понятиями; в частности иерархии понятий по отношениям «общее – частное» и «часть – целое».

Онтология синергетики строится через систему абстракций отождествляемых с реальностью, такими как «нелинейные среды», «динамический хаос», «бифуркации», «кооперативные эффекты», «фракталы». При этом создается представление об общих системно-структурных характеристиках ее предмета, которое организует в целостность многообразные модели (теоретические схемы), ранее созданные в других науках (физике, химии, биологии, экономике, истории, технических науках). Они организуются в новую систему благодаря создаваемой в синергетике картины реальности (дисциплинарной онтологии), которая обозначается понятием «самоорганизация». Понятие в принципе довольно расплывчатое. При этом вводятся представления о порядке и хаосе как состояниях гомеостаза (порядка) и фазовых переходов от одного типа гомеостазиса к другому через динамический хаос.

Синергетика изучает закономерности сложных, саморазвивающихся систем. Она делает акцент на идеях целостности, сложности в противовес идеям элементаризма и редукционизма.

Каждый из этих подходов: холистский (от древнегреч. holos – цельный, целостный) и элементаристский – сильно идеализированы. Акцентируя холистские аспекты, синергетика раскрывает ряд существенных закономерностей саморазвивающихся систем. В этом ее достоинство, но в этом и ее границы.

Внедрение синергетических методов в различные науки эффективно, когда требуется учитывать саморазвитие, его интегральные характеристики и закономерности. Недостаточно просто констатировать, что имеет место перенос синергетических методов в различные науки (ссылки на междисциплинарность и трансдисциплинарность синергетики часто не выходят за рамки этой констатации). Следующим шагом должен быть анализ, связанный с постановкой проблемы: почему возможен такой перенос, каковы его основания? Предполагается предварительное, иногда интуитивное видение сходства предметных областей, с которыми скоррелирован метод, оно входит в понимание метода. Это видение определяется научной картиной мира.

Неприятие синергетики некоторыми критиками относится не к ее конкретным моделям, а к программе включения ее принципов в общенаучную картину в качестве системообразующего ядра.

Предложенная И. Пригожиным переформулировка термодинамики, представление нестационарных состояний (традиционно считавшихся вырожденным случаем стационарных) в качестве базисных, нуждается в дальнейшем осмыслении.

Развитие современной научной картины мира как формы синтеза достижений различных дисциплин протекает в русле идей глобального (универсального) эволюционизма, объединяющего идеи эволюции и системного видения. Включение идей синергетики в этот процесс весьма органично. Трудно состыковать представления о развитии неживой природы, живой природы и общества. Если применение синергетических идей и методов даст новый импульс такому анализу, то принципы синергетики органично войдут в ядро общенаучной картины мира.

Разработка философского базиса синергетики – зависит от совместной аналитической работы философов и ученых специалистов различных областей знания. Эта работа включает осмысление онтологических категориальных структур самоорганизации и саморазвития, анализ гносеологической и методологической тематики.

Важным аспектом философии синергетики являются мировоззренческие проблемы, связанные с внедрением новых научных представлений о саморазвитии. Эти представления резонируют и с западной, и с некоторыми восточными культурными традициями, создают точки роста новых ценностных ориентаций в современной культуре (http://spkurdyumov.narod.ru/).

2. Постнеклассическая наука – синергетика В работах С.П. Курдюмова обосновано новое понимание науки, сформулирована новая парадигма: фрактальная, постнеклассическая, коммуникативно-синергическая (Войцехович В.Э., 2011).

В процессе эволюции наука прошла несколько этапов развития: естественная магия, античная натурфилософия, классическая наука, неклассическая и постнеклассическая. Зачатки научного мышления возникли на стадии «преднауки» – как в виде естественной магии, так и античной натурфилософии. Классическая наука формируется в XVII-XIX в. Ее обычно и рассматривают в качестве образца, в качестве «настоящей» науки. Однако механицизм классической науки становится неадекватным в XX веке.

Наука стала квантово-релятивистской, а затем и синергетической в конце XX – начале XXI в. Ряд авторов до сих пор считают, что наука, как опытное, эмпирическое исследование, началась относительно недавно – с XVI–XVII вв. и называют ее классической наукой (Г. Галилей, Р. Декарт, И. Ньютон). Это европоцентристский взгляд, уходящий в прошлое.

Науки XVII-XIX веков считают идеалом объективную истину. Знание предполагается очистить от влияния субъективных особенностей человека, вносящих ошибки и искажения в истину.

Господствует механистическая картина мира и соответствующая ей методология. Согласно им природа самодостаточна (не нуждается в человеке), связи локальны, математические функции сводятся к аналитическим, а наука развивается кумулятивно, когда предыдущие результаты являются частными случаями новых.

Движение частиц и тел происходит согласно неизменным законам природы, которые «руководят» миром, а главной целью познания является открытие непреложных законов природы.

Во второй половине XIX века, после открытия теории эволюции в биологии и теории электромагнитного поля в физике, механицизм подвергся критике, а затем отвергнут. Квантовая теория, специальная и общая теории относительности создали квантово-релятивистскую, вероятностную картину мира и неклассическую (неоклассическую) методологию. Натурализм, локальность, аналитизм, кумулятивизм были раскритикованы и отвергнуты научным сообществом. Пересматриваться начал идеал объективной истины. Знание приобрело черты субъективного (ученый, наблюдатель прямо или косвенно присутствовал в знании).

В специальной (и общей) теории относительности используются системы координат. В квантовой теории условия наблюдения входят в само знание и не могут быть устранены. В основаниях математики появляется интуиционизм, вводящий субъекта в математику. Кроме того Гильберт выдвинул идею метаматематики как способа обоснования математического знания, которая исследует и обосновывает объектную теорию. Она играет роль своеобразного «субъекта», изучающего объект (теорию).

Локальность законов природы, введенная Ньютоном, подвергается критике, т.к. открывают эффекты дальнодействия – эффект ЭПР (Эйнштейна-Подольского-Розена), позже неравенства Дж. Белла. Эксперименты последних лет в квантовой физике (признанные научным сообществом), показывают, что существует передача информации от частицы к частице со скоростью выше скорости света. Подвергается сомнению непрерывность, якобы присущая природе. Наука в целом стала напоминать прерывистую мозаику.

Квантово-релятивистская, неклассическая наука включает в себя вероятность (законы природы выполняются с определенной степенью вероятности, меньшей единицы), и объективную случайность (в фундаменте природы любое событие выполняется одновременно и необходимо, и случайно; случайность признается объективной, а не субъективной, как думали раньше).

Природа становится эволюционирующей. Возникает неклассический идеал объект-субъектной истины.

В результате в начале XX века неизменные объекты классической науки (фазовые состояния вещества, химические элементы, устойчивые биовиды, звезды и др.) сменились вероятностными, квантово-релятивистскими объектами (частицы-волны, тела, зависящие от системы координат и условий наблюдения, черные дыры и разбегающиеся галактики). С 70-х годов XX века возникла постнеклассическая наука (Стёпин В.С., 2000). Возникли синергетика, антропный принцип, универсальный эволюционизм, виртуалистика, теория сложности. Синергетика сконцентрировалась на переходных процессах, стремясь к познанию процессов самоорганизации. Виртуалистика стала изучать виртуально-информационную (виртуальную) реальность. Концепция универсального эволюционизма представляет всю природу в виде единого процесса развития и ищет законы эволюции, общие для вселенной, биосферы, социума и человека. Концепция сложности пытается сформулировать специфические особенности сложных человекомерных систем.

Во всех этих теориях объекты рассматриваются как процессы, как «вечное движение», «как текущая вещь», эволюционирующая в определенном направлении (переходы между фазовыми состояниями, динамический хаос, фракталы и пр.). Роль субъекта усилилась, т.к. основным предметом изучения стали сложные человекомерные системы.

Для понимания переходных процессов и хаоса потребовалось постнеклассическое понимание истины, а объектом этой науки стали сложные человекомерные системы. Большой интерес научного сообщества вызвал антропный принцип в космологии, синергетике и в целом в мировоззренческих основаниях современной науки. Однако, термин постнеклассическая наука является отголоском механицизма и кумулятивизма.

Более правильно определить постнеклассическую науку, как синергетическую. Классическая наука, основанная на детерминизме – механистическая, неклассическая, основанная на анализе хаотических процессов – квантово-релятивистская, а постнеклассическая, основанная на анализе хаотических процессов – синергетическая.

Одним из главных принципов синергетической науки стал антропный принцип. Возникнув в космологии, он стал распространяться на синергетику, затем виртуалистику, теорию сложности и науку в целом.

В.Э. Войцеховичем был поставлен вопрос: а может ли существовать «константа человека», или «число человека»? Ведь в одних вселенных возможен человек – в физическом плане, а в других – нет. Даже на поверхности Земли существуют области, благоприятные для жизни человека, и неблагоприятные, где он практически не бывает (пустыни с 50-градусной жарой и полюс холода в Антарктиде, где температура опускается до минус Цельсия). Во Вселенной с 1- и 2-мерным пространством невозможны сложные системы, такие как живые существа (в том числе и человек), а в 3-мерном – возможны. Фундаментальные математические константы связаны друг с другом и выводятся друг из друга, но связаны ли они с физическим, с материальным миром? Ответа пока – нет.

Целостность мира, всеобщая связь вещей исчезли в классической (механистической) науке и направлениях философии, внутренне связанных с нею, ориентированных на нее (позитивизме, прагматизме, например). Современная наука, синергетика пытается восстановить целостность представления о мире, понимает его как синергийный организм, в котором совместно, в единстве, в коэволюции развиваются живая и неживая материя, человек и вселенная.

Впервые идею о человекомерной математике высказал голландец Л.Э.Я. Брауэр в 1908 г. Созданный им интуиционизм является направлением в математике и ее основаниях, ориентированным на мышление, применимое в истории, психологии и других гуманитарных областях. Вводится, например, свободно становящиеся последовательности, свобода как метапонятие и иные объекты, зависящие от решения людьми тех или иных проблем.

Антропный принцип ввел человека (субъекта) в центр научного знания. Понимание природы стало субъекто-(человеко)мерным. Антропика, как учение о связи человека и вселенной – из чисто мировоззренческой, философской концепции становится научной теорией, в основании которой лежит концепция универсального эволюционизма.

3. Антропный принцип в постнеклассической науке Под Вселенной мы понимаем максимально возможное представление о природе и мире, в котором мы живем, полученное на основе современных научных (физических) теорий, включая понятия и законы физики, фундаментальные физические постоянные, а также понятия и законы синергетики (теории самоорганизации), виртуалистики (теории виртуальной реальности).

Человек – система, существующая на духовном, психическом, полевом, вещественном уровнях. Свойства человека на духовном уровне: свобода, творчество, любовь, абсолютность, выражаемые в виде соответствующей духовной культуры (философии, теологии, искусстве). На психическом уровне: это – разум, познание, нравственность, искусство с соответствующими идеалами (истина, добро, красота). На вещественно-полевом уровне человек – существо, обладающее определенным геномом (25 тысяч генов), функционирующее на основе двух полов; обладающее коллективным сознанием, создающее общество, материальную культуру и т.п.

Специфика постнеклассической науки состоит не только в человекомерности, но и в ее сближении с гуманитарным способом мышления, с отходом от субъект-объектного мышления XVII–XIX в. и приближением к субъект-субъектному мышлению, характерному для гуманитарных наук (http://spkurdyumov.

narod.ru/).

ГЛАВА III

ЭВОЛЮЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ

СИСТЕМ ВО ВРЕМЕНИ

В работах И.В. Герасимова (1998) развивается концепция, оценивающая энтропийные характеристики функционального состояния организма в их взаимосвязи с биологическим возрастом.

1. Энтропия в динамике биологического возраста На основании положений теории термодинамики необратимых процессов введен эквивалент энтропий (ЭЭ), представляющий собой трансформированную матрицу уровней значимости коэффициентов корреляции и включающий структурную и информационную составляющие. С возрастом ЭЭ сердечнососудистой системы уменьшается примерно до 20–40 лет, затем закономерно возрастает, снижаясь после 60 лет. Эта динамика ЭЭ характерна и для других систем, например, иммунитета. Обнаружено увеличение с возрастом суммы коэффициентов корреляции между гемодинамическими и респираторными показателями. Но уменьшение корреляций (энтропии) не является улучшением функционального состояния, которое реализуется при оптимальной энтропии. Так, при стрессе снижаются величины коэффициентов корреляций между показателями кровообращения и дыхания.

Количественно энтропийный оптимум (минимум) и энтропийный пик шестого десятилетия совпадают с результатами исследования внимания, которое ухудшается примерно с 30 лет, причем, как и в случае ЭЭ сердечно-сосудистой системы, после 60 лет наблюдается его улучшение, что связывают с убылью слабых лиц. Аналогичная закономерность по причине выбывания наименее жизнеспособных особей наблюдается для возрастной динамики органической симптоматики заболеваний и проявляется в снижении после 70–80 лет числа случаев ишемического поражения нижних конечностей.

Энтропийный оптимум (20–40 лет) совпадает с возрастом, на который приходится наименьшая скорость развития заболеваний органов дыхания. В 20–25 лет выявляются экстремумы и других показателей: активности трипсина и пепсина, частоты нарушений сердечного ритма, содержания эстрогенов, изменения веса мозга. После 40 лет уменьшается эффективность работы температурного гомеостата, изменяется морфология микроциркуляторного русла в конъюнктиве глазного яблока и в коже, увеличивается амплитуда суточного ритма частоты сердечных сокращений, а оптимальный период состояния сердечнососудистой системы приходится на возраст 30–55 лет. Скорость инволюции тимуса (максимум в 25–30 лет) уменьшается после 40 лет. Тогда же резко возрастает скорость расходования фолликулов в яичниках, смертность от раковых заболеваний и концентрация холестерина в крови, стабилизируется частота нарушений сердечного ритма, уменьшаются масса почек и скорость клубочковой фильтрации в них. Следовательно, возрастная динамика ЭЭ закономерна для организма человека и подтверждается данными, относящимися разным системам.

Как было показано, величины энтропии и ЭЭ определяются уровнями потребления – производства – расходования энергии организмом. По этой причине, продолжительность жизни, энергетическое состояние, по крайней мере, аэробных организмов, и уровень их метаболизма связаны с потреблением кислорода. С возрастом меняется отношение организма к кислороду: максимум его потребления у человека приходится примерно на 25 лет, после чего снижается. При старении быстрее других показателей уменьшаются жизненная емкость легких и скорость дыхания, приводя к снижению поступления кислорода в ткани и клетки. При этом уменьшаются концентрации в эритроцитах гемоглобина и 2,3-дифосфоглицерата, что не способствует отдаче кислорода и может быть одной из причин относительной возрастной гипоксии. Таким же образом в сердечной мышце снижаются содержание гликогена и макроэргов, аэробное окисление и относительное количество аэробной изоформы лактатдегидрогеназы, а также, по-видимому, свидетельствующие об изменении потребления кислорода скорость восстановления исходного уровня глюкозы (после ее введения в кровь у человека) и объем крови, который можно потерять без смертельного исхода. Эти сведения обосновывают доказательность достоверности развиваемых И.В. Герасимовым положений.

2. Продолжительность жизни, уровень метаболизма Уровень метаболизма влияет на продолжительность жизни пойкилотермных организмов. Дрозофилы, содержащиеся при высокой температуре, имеют, как правило, более высокую интенсивность метаболизма и меньшую продолжительность жизни, чем мухи, находящиеся при низкой температуре. Полагают, что понижение температуры во второй половине жизни замедляет старение, подавляя аутоиммунные реакции, но отрицают влияние температуры на интенсивность метаболизма. Сообщается, что инбредные особи живут дольше гибридных, и это, в частности, может быть обусловлено гомозиготностью инбредных линий по рецессивным генам. Есть предположение, что если какие-то из подобных генов отрицательно влияют на продолжительность жизни, то они приводят к ее уменьшению у инбредных животных, а у гибридов первого поколения ввиду гетерозиготности действие данных генов не проявится. Фактом является то, что у инбредных и гибридных мух возрастные изменения потребления кислорода различаются количественно и качественно. Дрозофилы с мутантным геном shaker имеют интенсивность обмена выше, а продолжительность жизни – ниже, чем мухи дикого типа.

Высказывается предположение, что оптимальным периодом репродукции является состояние с оптимальными метаболизмом и энтропией, когда производится наиболее здоровое, жизнеспособное и плодовитое потомство. В первую очередь, это относится к организму матери, и это подмечено уже давно.

У человека, чем старше возраст матери после 40 лет, тем чаще возникают наследственные патологии у потомков, которые скажутся на продолжительности их жизни. Даже если существует корреляция между продолжительностью жизни родителей и детей, то она не доказывает связь долголетия с наследственностью, так как причиной данного феномена могут быть факторы, обусловленные условиями жизни. Поэтому более перспективным может оказаться установление взаимосвязей между продолжительностью жизни, с одной стороны, и энтропией – как родителей, так и потомков, с другой.

Чем больше энтропия после минимума, тем меньше у организма остается времени для достижения ее максимальной величины, т.е. до смерти. Каждый конкретный организм в процессе индивидуального развития проходит энтропийный жизненный путь по параболе, которая имеет вид:

где T – время жизни, a, b, c, n – параметры уравнения.

Если даже для всех индивидуумов параметры параболической зависимости отличаются только смещением по оси энтропии (параметр c уравнения), то и в таком случае организм с меньшей энтропией в любой точке на оси времени обладает большими перспективами в плане продолжительности жизни.

У индивидуумов с более высокой энтропией значения коэффициента a уравнения и, возможно, показателя степени n, также больше. Следовательно, организмы, у которых энтропия в данный момент времени выше, имеют меньше шансов прожить долгую жизнь.

Известно, что у многих видов женские особи живут дольше мужских. Одной из причин данного феномена может быть наличие у самок эстрального цикла, связанного с созреванием фолликула, образованием яйцеклетки (овуляцией) и утилизацией продуктов распада последней в случае ее невостребованности, т.

е. когда не произошло оплодотворения. У приматов этот цикл носит название «менструальный». ЭЭ закономерно возрастает в периоды, соответствующие месячным кровотечениям и овуляции (соответственно начало и примерно середина менструального цикла), когда по многим другим признакам и критериям увеличивается напряженность организма.

Динамика ЭЭ указывает на стрессорное тренирующее эндогенное воздействие менструального цикла, т. к. характеризует периодическое изменение напряженности организма в физиологических пределах. Такая долговременная тренировка не может не сказаться положительно на функциональном состоянии организма и, напротив, может способствовать большей продолжительности жизни женщин по сравнению с мужчинами. Вероятно, женские особи, по крайней мере, млекопитающих, а не только приматов, имеют аналогичное преимущество, поскольку, исключая менструальное увеличение кровенаполнения сосудов эндометрия и, например, расслоение клеток эндометрия, которое совпадает с овуляцией, эстральный цикл принципиально не отличается от менструального и также должен сопровождаться закономерными изменениями энтропии организма и оказывать тренирующее действие (Герасимов И.Г., 2001).

3. Биологические системы и их эволюция с позиций неравновесной термодинамики Описание функционирования биологических динамических систем (БДС) с позиций неравновесной термодинамики, приближающее виртуальную картинку физического мира к реальной, основывается на понятии производства энтропии, как меры хаоса. Фундаментальные исследования показали, что функция производства энтропии отображается функцией Ляпунова (И.

Пригожин, И.Г. Герасимов). Функция Ляпунова (ФЛ) в изолированной системе постоянно возрастает со временем, положительно (или отрицательно) определена, ассиметрически устойчива в равновесном состоянии, являющемся аттрактором (зоной притяжения) этой функции.

Под устойчивостью стационарного состояния системы понимают ее невосприимчивость к случайным флуктуациям, то есть случайным кратковременным изменениям значений управляющих параметров системы (концентраций компонентов, температуры окружающей среды, скорости протока реагентов через реактор и т.п.). Если стационарное состояние системы является устойчивым, то случайные флуктуации не будут оказывать существенного воздействия на поведение системы. Если же стационарное состояние неустойчиво, тогда под воздействием случайных флуктуаций система самопроизвольно перейдёт в качественно новое состояние.

Для исследования устойчивости систем существует два метода, разработанных русским математиком А.М. Ляпуновым.

Первый метод Ляпунова основан на определении корней характеристического уравнения системы дифференциальных уравнений, описывающей физико-химическую систему. Второй метод Ляпунова основан на исследовании физико-химической системы с помощью функции Ляпунова.

Мы имеем некоторое стационарное состояние системы X ( x1, x2...xN ). Если найдется функция V(x, x, … x ), которая равна нулю в стационарном состоянии и знакоопределена в его окрестности, т.е.

то такую функцию называют функцией Ляпунова. Второй метод Ляпунова заключается в исследовании знака производной от функции Ляпунова dV/dt. Если в окрестности рассматриваемого стационарного состояния знак функции Ляпунова V отличается от знака ее производной dV/dt, то такое стационарное состояние устойчиво; если же знаки функции Ляпунова V и ее производной dV/dt совпадают, то стационарное состояние неустойчиво (http://cisserver.muctr.ru/alk/sinergetika/):

Энтропия в виде ФЛ представляет собой сумму квадратов элементов матрицы, в которой диагональные члены (ДЧ) соответствуют вероятностям, а внедиагональные члены (ВЧ) – корреляциям.

Такая матрица может соответствовать матрице коэффициентов связанных между собой линейных потоков и сил. Эта связь определяется принципом Озангера, на котором основывается термодинамическое описание равновесного состояния открытой БДС.

В открытых БДС термодинамические силы вызывают термодинамические потоки (пример – броуновское движение), которые являются линейными функциями термодинамических сил.

В равновесном состоянии матрица коэффициентов потоков и сил определена положительно, симметрична, произведения двух сопряженных ДЧ всегда больше произведения соответствующих ВЧ (ДЧ1+ДЧ2>ВЧ1хВЧ2) (Шрайберг Я.Л., Гончаров М.В., 1995;

Герасимов И.Г., 1996).

При трансформировании корреляционной матрицы (Rматрицы) в БДС получается ЭЭ величина. Проведены исследования по необходимости и достаточности для расчета ЭЭ размерности матрицы, оказавшейся равной 3, по роли информационной составляющей ее – ДЧ, по состоянию системы при ее переходе в двумерное состоянии (Ершов А.П., Шанский Н.М., 1991).

При расчете ЭЭ матрица симметрична и положительно определена, что соответствует двум свойствам матрицы Озангера, а третье ее свойство (ДЧ1+ДЧ2>ВЧ1хВЧ2) – выполняется не всегда. Это сопряжено со сложной регуляцией быстрых нелинейных хаотических параметров, приводящей к медленным, линейным, причинно обусловленным, детерминистским взаимодействиям.

Численное выражение представления эквивалентной энтропии величиной в результате трансформирования корреляционной матрицы (R–матрицы), предложено И.Г. Герасимовым.

При этом высказана гипотеза, что БС в течение жизни подвергаются эволюции. Исходно – одинаковое состояние составляющих элементов (высокая энтропия, сжимающее многообразие).

Затем – максимально различное состояние элементов системы (оптимальная минимальная энтропия из-за расширяющего многообразия). Наконец – вновь одинаковое состояние элементов системы (высокая энтропия, биологически старое состояние, сжимающее многообразие). Установлена также необходимая и достаточная размерность матрицы и степень участия в ней информационной составляющей. Вводится понятие стохастической энтропии, наряду с информационной и статистической.

Делается вывод (на основе вычисления эквивалентной энтропии), что после шестидесяти лет происходит «омоложение системы», так как эквивалентная энтропия в этот период уменьшается, а знаки корреляций соответствуют таковым в третьем десятилетии жизни. Однако, цена такого омоложения – гибель части индивидуумов, обеспечивающая омоложение популяции.

Индивидуальное омоложение происходит за счет гибели части клеток, элементов системы. Это оказывается возможным и не противоречащим принципам термодинамики, потому что открытые системы являются частью большей системы, подчиняющейся второму началу термодинамики. А в самих открытых системах локальные изменения могут быть разнообразными. И как не вспомнить слова Леонардо да Винчи: «Жизнь нашу создаем мы смертью других».

Для биологических открытых систем важным понятием является «норма хаотичности». Несмотря на то, что диссипация ассоциируется с понятием рассеяния различных видов энергии, затухания движений, с потерей информации, – в открытых системах диссипация служит источником образования структур.

Под структурами подразумеваются их различные виды: временные, пространственные и пространственновременные структуры (автоволны). Именно в них и осуществляются кооперативные явления. При образовании диссипативных структур важна роль коллективных, совместных действий, получивших терминологическое звучание – синергетика.

В природе и обществе суммарное выражение процессов изменения и развития заключается в определении – эволюция.

Эволюция во времени в замкнутых, закрытых системах реализуется в равновесном состоянии, которому присуще максимальное значение энтропии, хаотичности. В открытых системах эволюционные процессы идут по двум путям: либо происходит временная эволюция к неравновесному состоянию, либо она осуществляется через некоторую последовательность неравновесных состояний открытой системы из-за изменения управляющих параметров. При этом вектор эволюции может быть направлен либо на самоорганизацию, либо на деградацию.

Возможная роль человека, познающего законы и методы управления, заключена в изменении вектора направленности процессов в открытых системах, для воздействия на живой организм с лечебно-оздоровительными целями. Поэтому необходимы количественные критерии этой самой «нормы хаотичности» и степеней отклонений от нее под влиянием внешних и внутренних факторов. При этом процессы самоорганизации включаются в понятие – здоровье, а деградации – в понятие болезни. Без такого понимания основ теории открытых систем, синергетики, базирующихся на фундаментальных физических законах, все предлагаемые определения понятия здоровья и болезни, включая принятое ВОЗ, – представляются ограниченными, неполными. Все отклонения от нормы хаотичности можно условно считать болезнью. Приведение внешними управляющими воздействиями (лечением) открытой системы к норме хаотичности и есть процесс самоорганизации системы.

ГЛАВА IV

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ИЗОТРОПИЗМ –

СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП СОЦИАЛЬНОЙ

ТРАНСФОРМАЦИИ

В.М. Еськовым (2008) информационный изотропизм характеризуется как 6-ой синергетический принцип социальной трансформации.

Разработка новых подходов в рамках теории хаоса и синергетики при изучении различных явлений в естествознании приводит нас к глобальным проблемам эволюции человека. Ставится вопрос о возникновении человека и его перспектив на выживание в ближайшем и отдаленном будущем. Изучаются как определенные закономерности в этих процессах, так и хаотическая динамика, когда будущее нельзя прогнозировать. Если сравнить жизнь отдельного человека с жизнью всего человечества, то последнее вполне реализуемо и оправдано, т.к. для того и для другого характерно пребывание в хаосе из-за единичного и случайного возникновения и существования.

Эволюция вида Homo Sapiens (HS) и развитие человечества как социальной структуры всегда протекали в направлении структурирования материи и накоплении информации об этих процессах (т.е. структурирования и развития). Упорядоченные структуры более сложно организованы, т.к. взаимное расположение атомов, молекул или ионов в кристаллических веществах, например, обеспечивают им устойчивость в пространстве и времени. Кристаллы, твердые вещества на основе кристаллов могут существовать веками, сохраняя свои свойства и демонстрируя тем самым понятие памяти (о формах, размерах, строении). При этом изменение свойств среды (резкое повышение температуры, давления и т.д.) может изменить исходную структуру, породить рекристаллизацию, новые сплавы и новые свойства.

В жидкостях и газах такие процессы происходят постоянно, т.к. тепловые движения в них настолько сильны, что говорить об упорядоченности почти не имеет смысла (хотя для воды, например, можно говорить о короткоживущих кластерах). Отсутствие упорядоченности в жидкостях и газах объясняется отсутствием скоррелированных, согласованных взаимодействий между элементами. Жидкокристаллические структуры занимают некоторые промежуточные положения, т.к. в одних направлениях они изотропны (неупорядочены подобно обычным жидкостям), а в других направлениях – анизотропны, неоднородны (и сильно упорядочены). Такие жидкокристаллические структуры демонстрируют свойства, которые присущи живым организмам в отношении формы и размеров. Живые существа занимают некоторое (внешне кажущееся неустойчивым) промежуточное положение между анизотропными и изотропными состояниями материи, т.е. имеется неустойчивый баланс, промежуточное метастабильное состояние. При этом упорядоченность или однородность (а точнее сказать кратковременная устойчивость структуры и функций) возникают постоянно, локально и изменчиво. С этих позиций жизнь – это хаос с постоянно возникающими упорядоченными системами (в локальных областях пространства и в локальных интервалах времени) (Еськов В.М., Филатова О.Е., Фудин Н.А. и соавт., 2004). Однако, поскольку синергетика и изучает условия возникновения порядка из хаоса, то все живое обязательно должно стать предметом ее изучения.

Если в хаосе появляются некоторые силы, создающие упорядоченность (структурирование), то в нем появляются объекты, способные к длительному существованию (звезды, планеты, галактики в космосе) или даже к длительному саморазвитию. В последнем случае мы говорим о живых формах материи, которые (за счет самоорганизации) способны к самовоспроизведению, целенаправленному движению или даже к накоплению информации (J). Информация, как некоторая субстанция, обеспечивающая самоорганизацию и саморазвитие различных объектов, в настоящее время прочно вошла в понятие движущих сил природы.

Именно эти силы по классу J обеспечивают эволюцию вида Homo sapiens и динамичное развитие человеческого сообщества.

Однако, сейчас J связывают с мыслительной деятельностью отдельного человека или целого сообщества и ее противопоставляют (сравнительно) со стихийной (природной) деятельностью, которая описывается понятием энтропии (меры беспорядка в природных объектах) – S. Связь эта очень проста: J ~1/S или S~1/J, но в этом заложен глубокий смысл. В неживой природе все процессы очень часто протекают в сторону увеличения S, т.к. в космосе все системы стремятся к равновесию. Однако, возникновение планет, звезд, галактик является вообще говоря неравновесным процессом, т.к. локально возникают повышенные температуры, неравновесное (по плотности) заполнение веществом разных объемов пространства, которое можно рассматривать как флуктуации, т.е. отклонения от средних равнозначных состояний.

С позиций термодинамики изолированных систем (если космос рассматривается таковым!?) все процессы должны стремиться к равновесию: диффузия (направленный перенос вещества) должна обеспечивать выравнивание плотности вещества (его концентрации), теплопроводность (перенос энергии) – выравнивание температуры (энергии) в данных объемах пространства, вязкость (трение) должна выравнивать кинетические характеристики вещества (за счет обмена импульсов между движущимися слоями жидкости скорости этих слоев выравниваются) и т.д. Все эти процессы должны бы были приводить к однородностям в пространстве, что обеспечивало бы увеличение S, делало среду гомогенной, а флуктуации снижало бы до нуля. Иными словами, все эти процессы должны приводить к изотропии (по массе, температуре, разным физическим свойствам космоса).

Однако в космосе (за счет существования разных сил) этого пока не происходит, газовые и пылевые объекты образуют планеты и звезды, последние взрываются и опять порождают хаос, т.е. мир динамичный, возникают флуктуации температуры, давления, массы на макроуровне и в этом хаосе существует наша галактика, солнечная система и Земля. Как и всякая флуктуация, это существование кратковременное для жизни космоса, но оно породило много флуктуаций на микроуровне. Последнее обусловлено тем, что на Земле, например, возникла жизнь (как гигантская, постоянно поддерживающаяся флуктуация, способная к самовоспроизведению и повторению), в рамках которой начались антиэнтропийные процессы.

В рамках термодинамики неравновесных систем жизнь можно охарактеризовать как устойчивое существование гигантской флуктуации материи за счет высокого уровня ее самоорганизации, способности к самовоспроизводству, эволюции структуры (самоприспособляемости), а для вида HS и способности к накоплению J, что характерно для систем с высокой степенью коопераций (взаимодействия). Причем эта кооперация дает определенную информационную изотропность (т.е. способность распространять информацию на большие расстояния и на длительные временные промежутки). Изотропность информационных процессов способствует накоплению и расширению в пространстве структур, создающих и распределяющих J в пространстве и времени. Предполагается, что возникшая флуктуация J в виде разумной жизни на Земле должна «закристаллизовать» информационной изотропностью ближайшие Солнечные системы, галактику Млечный путь и далее объекты в пространстве космоса. Этот процесс можно уподобить зародышу кристалла в пересыщенной жидкой среде, когда его появление порождает упорядоченность во всем объеме. Однако надо помнить, что это все-таки флуктуационный процесс и как он возник случайно (разумная жизнь), так он может и схлопнуться (сколлапсируется разумная форма жизни).

Последние годы динамику J мы рассматриваем в пространстве и материально (посылаем космические корабли), и в аспекте диссипации ее носителей (расселением в космосе человека).