Процессы самоорганизации и эволюции систем

Идея о том, что развитие всегда связано со становлением порядка и организованности в системах, интуитивно сознавалась очень давно. Доказательством тому могут служить космогонические мифы древних народов, а также первые космологические гипотезы античных ученых. Для обозначения порядка древние греки употребляли слово «космос», которое они употребляли совсем в другом смысле, нежели тот, к которому привыкли мы. Если для нас Космос чаще всего ассоциируется с представлением о ближней области Вселенной, то античные греки под ним подразумевали любой порядок и гармонию, в том числе упорядоченность окружающего мира. Противоположным по смыслу к термину «космос» было для них понятие «хаос», которое обозначало беспорядок и дезорганизацию.

Особенность древних мифов о происхождении Вселенной и первых космогонических гипотез состоит в том, что в них космос, олицетворяющий упорядоченную Вселенную, возникал из первобытного хаоса, который представлялся в виде бесформенной, неорганизованной и нерасчлененной материи. Сам процесс перехода от хаоса к космосу в различных мифах и гипотезах интерпретировался по-разному. В первых мифах речь шла о разделении единого океана на небо и землю. В последующих мифах — о выделении слитых в первобытном хаосе таких первоначал или стихий, как вода, земля и огонь. Из этих стихий впоследствии образовались Солнце, звезды, а уже из них — минералы, растения и животные.

«Переход от неорганизованного хаоса к упорядоченному космосу, — читаем мы в „Мифах народов мира“, — составляет основной внутренний смысл мифологии, содержащейся уже в архаических мифах творения»¹.

Во многом аналогичные взгляды мы находим в первых космологических гипотезах, выдвинутых античными философами. Пожалуй, наиболее развернутую гипотезу подобного рода предложил Платон в диалоге «Тимей», в котором он признает, что начало процесса сотворения мира остается невыясненным, о нем можно лишь догадываться. В то же время он, как и его предшественники, считал, что до начала этого процесса материя находилась в беспорядочном, хаотическом и пассивном состоянии. Необходима была поэтому активная организующая сила Демиурга, который привел ее в движение, придал ей упорядоченность и организацию.

Эта основная идея о «косной» материи и деятельной, организующей форме получила дальнейшее развитие в космогонии его ученика Аристотеля, который также признавал, что началом построения мироздания было выделение из хаоса и обособление четырех основных стихий: воздуха, воды, земли и огня. Примечательно, что античная гипотеза о возникновении упорядоченного, организованного мира из неупорядоченного хаоса была воспринята, хотя, конечно, и в сильно видоизмененной форме, новейшей космологией. Речь здесь идет не о деталях и подробностях, а именно об основной идее возникновения порядка из хаоса, которая перекликается с современными идеями синергетики, о чем свидетельствует название книги И. Пригожина и И. Стенгерс «Порядок из хаоса»².

По современным представлениям космологическая эволюция дает начало всем процессам и формам развития материальных систем во Вселенной. Хотя в настоящее время выдвигаются различные гипотезы ее происхождения и эволюции, но в качестве стандартной модели принимается гипотеза «Большого взрыва», которая впервые была выдвинута Г. Гамовым для объяснения открытий, сделанных во внегалактической астрономии. В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл обнаружил, что свет, идущий от далеких галактик, в спектроскопе смещается в красную сторону. Это явление, названное впоследствии «красным смещением», стали интерпретировать как «разбегание галактик».

с. 6.

Топоров А. Космогонические мифы // Мифы народов мира. — М., 1982. — Т. 2. —.

Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. — М., 1986.

По стандартной модели материя, сосредоточенная в сингулярной области и находившаяся под огромным давлением, испытала «Большой взрыв». После этого взрыва Вселенная начала расширяться и постепенно охлаждаться. О том, что собой представляла Вселенная до взрыва, никаких надежных данных не существует, высказываются лишь предположения и гипотезы. Относительно более достоверными являются представления об эволюции Вселенной после взрыва и начавшегося ее расширения. Предполагают, что спустя 0,01 секунды после взрыва материя представляла своеобразную смесь вещества и излучения, состоящую в основном из электронов, позитронов и фотонов, которые непрерывно взаимодействовали между собой: электроны и позитроны превращались в фотоны, а последние, сталкиваясь, друг с другом, образовывали пару электрон и позитрон. Следовательно, на этой стадии происходило непрерывное превращение вещества в излучение и, наоборот, излучения в вещество. После дальнейшего расширения Вселенной и соответственно понижения ее температуры возникли более тяжелые ядерные частицы — протоны и нейтроны. Самым главным результатом этой стадии микроэволюции Вселенной было образование крайне незначительного перевеса вещества над излучением. Но именно из этого излишка в результате дальнейшей эволюции возникло все богатство и разнообразие материальных образований и форм, начиная от атомов, молекул, кристаллов, минералов и кончая галактиками.

Таким образом, современная космология утверждает, что эволюция Вселенной сопровождалась непрерывным упорядочением и самоорганизацией возникающих в процессе ее расширения материальных систем. Из микросистем возникли макросистемы, а от них в ходе космологической эволюции и действия гравитационных сил появились звезды и планетные системы. В дальнейшем появились галактики, которые образовали грандиозное их скопление, названное метагалактикой. Таким образом космологическая эволюция по современным представлениям связана с возникновением и развитием самоорганизующихся систем все увеличивающейся сложности.

Подобное же упорядочение и совершенствование систем можно ясно проследить в ходе эволюции живых организмов на Земле.

Идеи и принципы эволюции, сформулированные в фундаментальном труде Ч. Дарвина «Происхождение новых видов» (1859), стали основой эволюционной парадигмы в биологии. Впоследствии первоначальная теория Дарвина подверглась значительным дополнениям, исправлениям и изменениям в синтетической теории эволюции. Наряду с последней появились также некоторые альтернативные теории эволюции. Тем не менее такие основные элементы дарвиновской теории, как идеи изменчивости, наследственности и естественного отбора составляют содержание всех новейших концепций эволюционной биологии. В свою очередь эти идеи опираются на существование в живой природе открытых неравновесных систем, которые для адаптации к окружающей среде должны были вступить во взаимодействие с ней, а тем самым, с одной стороны, подвергнуться самоорганизации, а с другой, — оказывать воздействие на среду, так или иначе изменяя ее. Во всех биологических теориях эволюции обычно подчеркивается именно воздействие среды на организмы и их системы, заставляющее их приспособиться к существующим или изменяющимся условиям. Однако часто остается в тени обратное влияние живых систем на среду их обитания. Это явление, получившее название коэволюции, имеет существенное значение для экологических исследований.