Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева

Учебное пособие

Теоретические основы прогрессивных технологий

Выполнили:

В.П. Жереб

А.А. Снежко

Красноярск 2011

УДК 50 (075.8)

ББК 20 я7

Ж59

Рецензенты:

кандидат химических наук, доцент М.Н. Васильева (Сибирский федеральный университет);

кандидат философских наук, доцент Е.А. Жирнова (Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева)

Жереб В.П.

Ж59 Теоретические основы прогрессивных технологий : учеб. пособие / В. П. Жереб, А. А. Снежко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. ? Красноярск, 2011. - 128 с.

На основе теоретических концепций, сложившихся в различных областях естествознания, дается представление о рациональных моделях реальности, их логическом фундаменте, абстрактных объектах и формах количественного описания.

Для студентов экономических специальностей.

УДК 50 (075.8)

ББК 20 я7

© Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, 2011

© Жереб В. П., Снежко А. А., 2011

Оглавление

Предисловие

Введение

1. Глобальные проблемы человечества. Контрольные вопросы и задания

2. Освоение реальности и устойчивость человечества

2.1 Образная и рациональная формы освоения реальности. Религия и наука

2.2 Общие представления об устойчивости: устойчивость и стабильность. Устойчивость - атрибут реальности. Проблема устойчивого развития человечества

Контрольные вопросы и задания

3. Наука как форма рационального освоения реальности человечеством

3.1 Методологические научные принципы

3.2 Научные теории, гипотезы и рациональные модели реальности

3.3 Аксиомы, постулаты, фундаментальные законы и фундаментальные принципы

Контрольные вопросы и задания

4. Фундаментальные научные принципы

4.1 Фундаментальный принцип сохранения

4.2 Фундаментальный принцип диссипации

4.3 Фундаментальный антропный принцип

4.4 Классификация рациональных моделей реальности

Контрольные вопросы и задания

5. Основные положения консервативной модели реальности

5.1 Абстрактный объект консервативной модели и характеристики его состояний

5.2 Законы сохранения в классической механике

5.3 Механическое равновесие и его устойчивость

5.4 Проблема противоречивости движения (апории Зенона Элейского) и ее разрешение И. Ньютоном

Контрольные вопросы и задания

6 Реальное пространство и пространство в консервативной модели реальности

6.1 Три пространственных масштаба и основные свойства пространства реальности

6.2 Основные свойства пространства в консервативной модели

6.3 Природа относительности в консервативной модели. Принцип относительности Галилея

Контрольные вопросы и задания

7. Реальное время и время в консервативной модели реальности

7.1 Проблема непостижимости реального времени и три аспекта его рационального представления

7.2 Инвариантность законов классической механики относительно инверсии времени

7.3 Третий закон И. Ньютона. Механическое равновесие. Концепции дальнодействия и близкодействия

7.4 Закон Кулона. Завершение консервативной модели реальности в электродинамике

Контрольные вопросы и задания

8. Понятие фазового пространства. Представление устойчивости объекта в фазовом пространстве

8.1 Способы описания объектов

8.2 Фазовые портреты маятников и проблема математического моделирования реальности

8.3 Состояние объекта в фазовом пространстве и предопределенность

Контрольные вопросы и задания

9. Возможности и ограничения консервативной модели реальности

9.1 Теория относительности

9.2 Квантовая механика

9.3 Классическая физика и наблюдаемый облик цивилизации. Мировоззренческое значение представления о консервативности реальности

Контрольные вопросы и задания

10 Становление диссипативной модели реальности

10.1 Теория теплоты Ж.-Б. Ж. Фурье. Особенности причинно-следственной связи в законе распространения теплоты

10.2 Теорема С. Карно и невозможность создания вечного двигателя второго рода

Контрольные вопросы и задания

11. Основные положения диссипативной модели реальности

на примере термодинамики

11.1 Принцип возрастания энтропии и гипотеза «тепловой смерти» Вселенной. Становление фундаментального принципа диссипации

11.2 Статистический смысл энтропии. Формула Л. Больцмана. Понятие об информации5

11.3. Термодинамическая система и характеристики ее состояния. Локализованные и распределенные системы

11.4 Энергетический профиль термодинамической системы. Состояния стабильного и метастабильного равновесий. Лабильное состояние системы

Контрольные вопросы и задания

12. Устойчивость состояния равновесия системы в диссипативной модели реальности

12.1 Устойчивость реальности и ее представление в диссипативной модели. Устойчивость состояния равновесия. Принцип Ле Шателье

12.2 Правило фаз Гиббса. Критерий максимального разнообразия и устойчивости сложных систем

12.3 Третий закон термодинамики (принцип недостижимости температуры абсолютного нуля)

Контрольные вопросы и задания

13. Фазовое пространство диссипативной модели. Фазовые диаграммы состояния равновесия физико-химических систем

13.1 Основы физико-химического анализа

13.2 Фазовые диаграммы состояния равновесия физико-химических систем

Контрольные вопросы и задания

14. Термодинамика неравновесных процессов

14.1 Термодинамическая система в неравновесных условиях. Информационный смысл внешнего воздействия

14.2 Состояния «вблизи» и «вдали» от равновесия. Линейная и нелинейная термодинамика неравновесных процессов

Контрольные вопросы и задания

15. Явление самоорганизации в неравновесных системах «вдали» от равновесия. Природа диссипативных структур

15.1 Пространственные диссипативные структуры. Гидродинамический эффект Бенара и макроскопическая упорядоченность

15.2 Пространственно-временные диссипативные структуры. Реакция Белоусова. Брюсселятор

15.3 Бифуркация и нарушение симметрии

Контрольные вопросыи задания

16. Становление антропной модели реальности

16.1. Моделирование человечества и перспективы развития научной рациональности

16.2. Теория этногенеза Л. Н. Гумилева и проблема изменения критериев цивилизации

Контрольные вопросы и задания

Заключение

Библиографические ссылки

Библиографический список

Предисловие

Дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий» объединяет три самостоятельные области естествознания - физику, химию и биологию (с ориентацией на биотехнологии) в одном учебном курсе, преподаваемом в одном семестре с ограниченным объемом часов. Однако вузовские дисциплины физика, химия и биология - это самостоятельные и фундаментальные учебные курсы со своей методологией и сферой применимости - кругом реальных объектов, которые успешно описываются в рамках каждой из названных дисциплин, а также со своими давно сложившимися традициями преподавания в высшей школе. Читатель вправе задать вопрос: возможно ли преподавание в высшей школе некоей «синтетической» дисциплины, образованной из классических областей естествознания, без утраты научной строгости, достаточной полноты и, самое главное, полноценности и полезности полученных знаний для будущего специалиста; не предстанет ли материал преподаваемой дисциплины бесформенной и эклектичной смесью, плохо усваиваемой студентами и, в лучшем случае, бесполезной для будущих специалистов? Такая опасность существует, она вполне реальна, если не удастся в преподавании этой дисциплине осуществить переход к более фундаментальным обобщениям, позволяющим объединить указанные области естествознания на общей основе.

В предлагаемом учебном пособии такой основой является разработанная одним из его авторов концепция рациональных моделей реальности [1]. Основной смысл этой науковедческой концепции состоит в утверждении, что в науке со времен И. Ньютона происходит формирование и периодическая смена рациональных моделей реальности - особых общенаучных теоретических представлений наддисциплинарного уровня общности, опирающихся на фундаментальные научные принципы и претендующие на описание всей реальности как единого целого. Предлагаемая концепция позволила без утраты научной строгости объединить методологические представления, складывавшиеся в науке с древнегреческих времен (представления о сущности реальности, о единстве мира и единой формы его теоретического описания и т. п.), с конструктивными моментами, содержащимися в современных науковедческих концепциях ХХ в. [2; 3] (понятие «парадигма» Т. С. Куна, научные проекты И. Лакатоса, ограниченность теоретических представлений К. Поппера и т. п.), в систему непротиворечивых представлений, решающую роль в которой играет представление о трех фундаментальных научных принципах, имеющих общенаучное значение и наддисциплинарный уровень общности: принципе сохранения, принципе диссипации и антропном принципе. Каждый из указанных фундаментальных принципов «вырос» из соответствующей дисциплинарной фундаментальной закономерности, т. е. является обобщением на всю реальность своего прототипа - физического закона или принципа. Однако признание фундаментальности каждого из них связано не только с несколько более общей его формулировкой, но и с новой, ранее неизвестной сущностью реальности, которую каждый из них выделяет и оформляет в некоторую закономерность фундаментального (т. е. аксиоматического, очевидного) характера.

Основные положения этой концепции последовательно раскрываются в материале предлагаемого учебного пособия. Однако следует обратить внимание еще на одну особенность этой концепции - возможность выявить единство и различия между религией и наукой как необходимыми человечеству формами образного и рационального освоения реальности, обеспечивающими его (человечества) устойчивость.

Одним из важнейших достоинств концепции рациональных моделей реальности является разрешение проблемы теоретической несовместимости естественнонаучного и гуманитарного знания, более всего известной как «проблема двух культур». Катастрофические перспективы этой проблемы для современной цивилизации и ее связь с глобальными проблемами человечества ярко представил известный английский философ, писатель и общественный деятель Чарльз Перси Сноу [4]. Определив дедуктивный характер любого теоретического знания и выделив три различные рациональные модели реальности - консервативную, диссипативную и антропную, удалось показать общность структуры всех научных теорий и особенность гуманитарных наук, формирующих антропную рациональную модель реальности.

Специфический круг проблем, рассматриваемых в дисциплине «Теоретические основы прогрессивных технологий», не позволяет обойтись без использования некоторых философских и науковедческих понятий. Поскольку учебное пособие предназначено для студентов первого курса, не изучавших еще философии, при рассмотрении этих понятий неизбежны упрощения, опирающиеся на школьные представления из курса обществоведения.

Предлагаемое учебное пособие выходит впервые, поэтому авторы с благодарностью принимают все указания на обнаруженные ошибки, недостатки, а также любые замечания, способствующие его улучшению.

Введение

Дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий» входит в цикл «общематематических и естественнонаучных дисциплин» Государственного образовательного стандарта профессионального высшего образования РФ для экономических специальностей вузов и призвана решать основную задачу - «научить будущего специалиста систематизации и структуризации знаний с целью выделения в огромном потоке информации фундаментальных закономерностей и универсальных принципов» [5]. Ее изучение закладывает основы общенаучной фундаментальной подготовки будущего специалиста и должно способствовать «формированию представлений о современной естественнонаучной картине мира, воспитанию основных приемов познавательной деятельности, без которых не может обойтись ни один специалист, в какой бы области он не работал» [5].

Однако до настоящего времени в фундаментальных науках и в науковедении, в частности, отсутствовали концепции теоретического характера, которые могли бы стать основой общенаучного фундамента представлений о реальности. Имеющиеся представления о науке [3] не позволяют непротиворечивым образом описать феномен науки: ни его структуру и границы научного знания, его возможности и ограничения, ни перспективы рационального освоения реальности.

Обычно при изложении общенаучных представлений не выходящего за рамки концепции Т.С. Куна, его последователей и оппонентов [2], рассматривают их как междисциплинарные, или даже - трансдисциплинарные. На наш взгляд, существенно большей результативности в создании общенаучного фундамента представлений о реальности можно достичь, если придать дисциплине «Теоретические основы прогрессивных технологий» общенаучный, или точнее, наддисциплинарный характер, основанный на представлениях о формировании в науке особого типа теоретических обобщений - рациональных моделей реальности.

В предлагаемом учебном пособии выделение рациональных моделей реальности позволяет изучаемой дисциплине занять самостоятельное и особое место в системе научного знания. Несмотря на то что в этом представлении используются теоретические концепции, сложившиеся в различных областях естествознания, прежде всего в физике, дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий» не может быть сведена ни к физике, ни к химии, ни к биологии, ни к какой-либо другой отдельной области естествознания. Широкое использование положений фундаментальных физических теорий в курсе «Теоретические основы прогрессивных технологий» неизбежно и вполне оправдано тем, что физика во все времена имела особый, фундаментальный статус в науке. Отличие же места, которое занимает эта дисциплина в системе научного знания, от других областей естествознания определяется ее наддисциплинарностью, тем, что предметом дисциплины «Теоретические основы прогрессивных технологий» являются сложившиеся в науке рациональные модели реальности, их логический фундамент, логическая структура, абстрактные объекты этих моделей и формы количественного описания их состояния. В круг проблем, которые рассматриваются в этой дисциплине, также входит проблема пределов применимости этих рациональных моделей, т. е. определение той сферы, того масштаба реальности, состояние которых может удовлетворительно прогнозироваться с использованием таких моделей.

Рациональной моделью реальности мы будем называть такую общенаучную теоретическую конструкцию, которая имеет особый, наддисциплинарный статус в науке и обеспечивает удовлетворительный прогноз состояний всей реальности как целого на необходимую перспективу. Как и любая научная теория, рациональная модель реальности имеет дедуктивную природу и представляет собой логически обоснованную, внутренне непротиворечивую и эмпирически проверенную форму закономерностей причинно-следственных отношений, т. е. отвечает всем требованиям, предъявляемым к научной теории. Однако, в отличие от дисциплинарной научной теории, позволяющей прогнозировать состояние объекта в рамках какой-либо области научного знания (физики, химии, астрономии, экономики и др.), рациональные модели реальности претендуют на описание всей реальности как самостоятельного объекта науки. Такое наддисциплинарное положение в науке рациональных моделей реальности обеспечивается их логическим фундаментом, образованным фундаментальными научными принципами, в отличие от обычных научных теорий, логическую основу которых составляют либо аксиомы или постулаты, либо фундаментальные законы - частные проявления в конкретной области знания наиболее общих фундаментальных принципов.

На первый взгляд может сложиться впечатление, что дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий» претендует на то положение, которое обычно принято отводить философии науки. Но если философия создает картину реальности, используя как образные, так и рациональные представления, то дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий» занимается строго теоретическим исследованием общенаучных представлений, существующих в форме наддисциплинарных рациональных моделей реальности.

Общенаучный уровень представлений наддисциплинарного характера открывает широкие возможности для применения строгих теоретических подходов в тех областях человеческой деятельности, которые традиционно относились к гуманитарным и где, казалось, это было невозможно. Дисциплина «Теоретические основы прогрессивных технологий» позволяет понять, при каких условиях можно применять рассматриваемые в ней модели для рационального описания и эффективного прогнозирования состояния различных явлений нефизической природы, например экономических, этнических, экологических и других подобных им процессов. Во второй половине ХХ в., в связи с обострением глобальных проблем человечества стало ясно, что для поиска путей их разрешения только качественного, а часто просто умозрительного, опирающегося на здравый смысл, анализа этих проблем явно недостаточно.

В предлагаемом учебном пособии показано, что те проблемы, с которыми некогда сталкивалось человечество в прошлом, находили свое разрешение исключительно в результате создания такой научной, как правило, физической, теории, логическим основанием которой становились новые, ранее неизвестные закономерности причинно-следственных отношений реальности, которые, с одной стороны, были очевидны или являлись обобщением всего предшествующего опыта человечества, с другой стороны, имели такой уровень обобщения, который обеспечивал им как минимум дисциплинарную фундаментальность, т. е. уровень фундаментальной закономерности. Такими закономерностями в механике стали законы сохранения полной энергии, импульса и момента импульса, в термодинамике - принцип возрастания энтропии в изолированной системе. Каждая новая закономерность причинно-следственных отношений реальности имела более глубокий, сущностный характер и позволяла при более широких обобщениях выделить новую сущность реальности и связанный с ней фундаментальный научный принцип, в полном соответствии с известным методологическим научным принципом, сформулированным У. Оккамом.

Такие физические теории впоследствии становились прообразом новой модели реальности. Так было с классической механикой, которая стала не только теоретической основой проектирования машин, повысивших в десятки и сотни раз производительность труда человека, но и послужила технической и интеллектуальной основой формирования индустриальной цивилизации, характеризующейся отличным от средневекового обликом городов (благодаря возникновению новых возможностей у архитектуры), созданием современных средств коммуникации, транспорта и т. п.

Аналогичная ситуация, но несопоставимо более значительная по масштабу последствий для современной цивилизации, произошла после возникновения термодинамики, которая не только стала теоретической основой создания тепловых машин и современной энергетики, но и положила начало целой эпохи в науке - системному подходу и системным представлениям об устойчивости, без которых невозможно было бы осознание современных глобальных проблем человечества.

Одной из основных идей предлагаемого учебного пособия, стержнем его рациональных представлений является утверждение о том, что устойчивость является атрибутом реальности. Поэтому любая часть реальности обладает устойчивостью, необходимо только в процессе освоения реальности выявить условия, от которых эта устойчивость зависит и обеспечить наиболее эффективное управление ею. Это относится и к человечеству как природному явлению, и к государству, и к семье, и к любому объекту реальности. Актуальность такого подхода очевидна, особенно в свете глобальных проблем человечества. Любое прогнозирование, сопоставление альтернативных вариантов развития, или, как теперь принято говорить, - сценариев будущего, требует формулирования строгих, т. е. качественно и количественно определенных критериев устойчивости и сравнения их значений для различных сценариев. Обращение к понятию «рациональная модель реальности», как нам представляется, дает возможность выделить основные черты таких строгих научных подходов, существенно упростить их освоение студентами в специальных дисциплинах.

В предлагаемом курсе изучению форм и способов представления устойчивости в разных моделях реальности, как правило, полностью посвящены и практические занятия.

1. Глобальные проблемы человечества

В ХХ в. человечество достигло такого уровня зрелости, что осознало единство и общую природу большого числа проблем, названных глобальными проблемами человечества. Глобальность этих проблем проявляется в том, что, с одной стороны, эти проблемы касаются всего человечества и нет ни одного государства и ни одного этноса, которые могли бы их избежать, с другой стороны, неразрешение этих проблем приведет к гибели всего человечества.

«Римский клуб» и моделирование реальности

Для анализа и поиска научного решения глобальных проблем человечества в 1968 г. известный итальянский предприниматель и общественный деятель Аурелио Печчей [3] собрал в Риме группу из тридцати промышленников, ученых, экономистов, отставных политиков и общественных деятелей. Эта встреча положила начало существованию Римского клуба (РК) - неформальной общественной организации, целью которой является формирование понимания новой глобальной системы, в которой живет нынешнее человечество, и новых глобальных проблем, которые этой жизни угрожают.

Первый проект РК «Сложное положение человечества» по инициативе члена клуба профессора Массачусетского технологического института (США) Дж. Форрестера был предложен небольшой исследовательской группе, которую возглавил его ассистент Деннис Медоуз. Кроме него в эту группу входили его жена Донелла Медоуз, Йорген Рэндерс и Вильям Беренс.

Разработав с помощью системной динамики Дж. Форрестера [6] модель МИР-3, члены этой исследовательской группы выполнили прогнозирование состояния человечества до 2100 г. (рис. 1.1) [7]. В отчете для РК содержались результаты прогноза развития мировой экономики до 2100 г. при условии, что никаких радикальных изменений в ней не произойдет.

Запасы невозобновимых природных ресурсов (кривая 1) приблизительно к 2025 г. достигнут такого низкого уровня, что это приведет к существенному спаду в трех основных сферах человеческой деятельности: производстве промышленной продукции (кривая 3), производстве продуктов питания (кривая 4) и сфере обслуживания (кривая 5). Результатом такого изменения состояния мировой экономики будет сокращение почти на треть численности населения мира (кривая 2). Из биологии известно, что если размер популяции какого-либо вида биосферы сокращается на одну треть в пределах одного поколения, то популяция может не восстановить свою численность и оказывается на грани исчезновения. Именно такая опасность грозит человечеству! Напомним, что этот прогноз был сделан еще в 1972 г. при условии, что в мировой экономике не произойдет радикальных изменений, связанных с поиском новых путей развития.

Рис. 1.1. Стандартный компьютерный расчет модели мира

1 - невозобновимые ресурсы; 2 - численность населения; 3 - производство промышленной продукции; 4 - производство продуктов питания; 5 - производство услуг на душу населения

Поиск недраматических сценариев развития мирового хозяйства с использованием компьютерного моделирования показал, что технического или технологического решения этой проблемы не существует. Иными словами, нет возможности избежать катастрофы только за счет поиска новых сберегающих технологий и новых технических решений. Но было показано, что избежать катастрофического будущего можно только при условии смены критериев прогресса, критериев цивилизации!

Анализ сложившихся к настоящему времени мировых тенденций показывает, что вся деятельность современной цивилизации ориентирована на удовлетворение человеческих потребностей. Именно поэтому у философов современная цивилизация называется потребительской цивилизацией. Речь идет не только о потребностях каждого отдельного человека, но и об удовлетворении потребностей той сложившейся инфраструктуры, которая определяет облик цивилизации. Смена критериев прогресса означает, что показатели прямого, количественного роста необходимо дополнить критериями, отражающими повышение устойчивости человечества.

Устойчивость человеческого общества имеет более сложную природу, чем устойчивость организма, но аналогом иммунной системы организма у человечества является мораль. Фундаментом и источником морали во все времена являлась религия. Современная цивилизация начинала складываться как христианская цивилизация после Нагорной проповеди Иисуса Христа, недаром нынешнее летоисчисление идет от Рождества Христова. Стержнем христианской морали является любовь, прежде всего любовь к Творцу; постоянное стремление к постижению его духовной сущности. Одним из рациональных следствий этого является широкая сфера интересов, уходящая за границы Вселенной - по пространству и ориентированная на вечность - по времени. Но почти столетнее торжество ХХ в. в развитых странах светской идеологии, а также скрытого (или явного, как в СССР) атеизма привело к сокращению сфер интересов отдельных личностей и, в конечном счете, породило глобальные проблемы человечества (рис. 1.2).



Рис. 1.2 Области человеческих интересов

Однако кроме проблемы поиска новых критериев цивилизации, существует еще более трудноразрешимая проблема: как, каким путем необходимо изменить существующие критерии прогресса; как можно изменить уже сложившиеся стереотипы поведения человечества на новые, обеспечивающие его устойчивость.

Контрольные вопросы и задания

1. Назовите глобальные проблемы человечества. В чем выражается их глобальность?

2. Поясните природу глобальных проблем по результатам проекта «Пределы роста».

3. Как избежать драматического сценария развития человечества?

2. Освоение реальности и устойчивость человечества

Прежде чем приступить к изучению материала, дадим определение понятия реальность. Итак, реальностью будем называть все воспринимаемое нами непосредственно или с помощью принятых в науке технических средств. Иными словами, реальностью для нас будет все, что мы можем наблюдать.

У понятия реальность есть несколько синонимов - действительность, видимость и т. п. Мы же для строгости изложения будем пользоваться только термином реальность.

2.1 Образная и рациональная формы освоения реальности. Религия и наука

Долгое время единственным воплощением реальности для человечества был так называемый микромир, т. е. то, что наблюдается непосредственно. С появлением микроскопа и затем телескопа произошли важнейшие изменения в человеческом восприятии окружающего мира - радикально расширились масштабы реальности и в сферу реальности были включены микро- и мегамир. Здесь сама собой напрашивается аналогия с ребенком: до некоторого времени мир для младенца ограничивается пределами той комнаты, где стоит его кроватка, - детской - это и есть для него непосредственно воспринимаемая реальность. И какое радикальное изменение представлений вплоть до потрясения вызывает у ребенка знакомство с другими помещениями квартиры, с улицей, с другим городом и миром вообще.

Определяя реальность через ее наблюдаемость, мы следовали традиции, заложенной Исааком Ньютоном, который еще в XVII в. ограничил реальность только наблюдаемыми явлениями, избавив науку от разного рода «ненаблюдаемых» качеств объектов реальности.

Наблюдаемость как свойство реальности неразрывно связано с другим ее важным качеством - устойчивостью, т. е. наблюдаться могут только те явления, которые обладают способностью проявлять себя, выделяться хотя бы на некоторое краткое время. Вот почему время может рассматриваться как количественная характеристика устойчивости.

Далее было бы удобно разделить всю реальность, все наблюдаемые явления на природные и те, что представляют собой продукты цивилизации - все, что создано человечеством.

Человек и человечество - природные явления, которые должны жить и существовать в изменяющейся окружающей реальности, т. е. они должны адаптироваться - это главное условие устойчивости. Успешная адаптация человечества обеспечивается освоением реальности - превращением связанной с ним части реальности в свою часть. У отдельного человека это проявляется как расширение сферы интересов. В начале жизни, в младенческом возрасте это естественное стремление освоиться в этом мире и научиться управлять своим телом (например, брать игрушку рукой, ходить, говорить и др.), т. е. реализовать заложенные в нас природные способности.

Аналогичные процессы происходят и при освоении реальности, существующей вне нашего организма. Однако наша устойчивость в этом случае определяется нашей способностью предугадывать изменения непосредственно связанной с нами реальности, прогнозировать ее состояния. Эта потребность хорошо выражена в русской поговорке: «Знал бы, где упаду, - соломки бы подстелил». Поэтому, осваивая реальность, существующую как внутри, так и вне нас, мы хотим иметь возможность прогнозировать происходящие в ней изменения для того, чтобы и самим изменяться и, если это возможно, воздействовать на окружающую среду, изменяя ее в прогнозируемом, но безопасном для нас направлении. Эта же цель заложена в самой сущности человечества - оно может существовать только осваивая реальность.

Освоение реальности - это процесс превращения лежащей в сфере наших интересов части реальности в «свою часть» - создание условий, при которых мы владеем ею, как частью собственного тела - рукой, языком и т. п., т. е. имеем возможность ею управлять для достижения вполне определенных целей. Таким образом, чтобы жить, и человеку, и человечеству необходимо осваивать реальность.

На первый взгляд может показаться, что для человека и для человечества эти процессы полностью аналогичны. Аналогией в науке принято называть процесс переноса знаний с одного объекта на другой, подобный первому [8]. При этом предполагается, что объект, который используется для получения знаний - аналог, более доступен для исследования, например, он проще устроен, легче наблюдаем и более устойчив и т. п. Но самое главное требование к аналогу - он должен быть подобен изучаемому объекту. С условиями или критериями подобия мы знакомимся еще в школьной геометрии - в разделе «Планиметрия» при изучении подобных треугольников. Тогда же становятся понятными преимущества метода аналогий - ведь геометрия возникла как наука об измерении земли - основного источника благосостояния в Древнем мире. Но вместо трудоемкой работы по измерению площадей земельных участков ученики в геометрии осваивают закономерности сопоставления геометрических фигур, которые подобны по форме реальным участкам земли. Разработанные в геометрии научные методы и полученные в ней закономерности не только заложили основы научного знания, но и убедительно продемонстрировали гуманистический потенциал строгой дедуктивной теории в разрешении одного из главных конфликтов в жизни человечества - конфликта из-за земли. Такие же продуктивные аналогии имеют место и в других науках, но только при условии соблюдения требования подобия между реальным объектом и его аналогом.

Но вернемся к проблеме аналогии между человеком и человечеством. Очевидно, что человек - часть человечества. В однородных объектах многие свойства целого сохраняются в его части. Так, основные свойства морской воды сохраняются в каждой ее капле. Нет необходимости съедать всю кастрюлю супа, чтобы определить его вкус - достаточно и ложки. И капля моря, и ложка супа являются аналогами свойств соответствующего целого, или, как говорят в аналитической химии, представительной выборкой. Однако жизненный опыт подсказывает, что в сложных явлениях часть не всегда является удачной аналогией целого, а проблема выделения представительной выборки требует специального анализа в каждом конкретном случае.

Вот и в нашем случае следует выделить существенные различия между такими природными явлениями, как человек и человечество. Далее мы подробнее рассмотрим эти различия, а сейчас следует отметить, что человек - это пространственно определенное (чаще используют термин локализованное) явление, т. е. у него имеются хорошо определяемые и связанные с самой природой человеческого организма пространственные ограничения (например, поверхность тела), позволяющие отделить человека от окружающей среды. Иными словами, человека, как и любой другой организм, мы можем легко наблюдать и представлять, пространственно выделяя из окружающей среды, а человечество - это пространственно неопределенный (чаще используемое название распределенный) объект, не имеющий связанных с его природой пространственных ограничений, т. е. каких-либо четко определяемых в пространстве границ. По этому признаку распределенности аналогом человечества является семья, в которой распределение ее членов по пространству (например, отъезд детей на учебу в другой город) не означает распада семьи. Таким образом, и человечество, и семья, и ряд других природных явлений в силу их распределенности не всегда наблюдаются как выделенные в пространстве, но относительно четко воспринимаются как устойчивые во времени явления.

Уже только этих замечаний достаточно, чтобы быть осторожными при проведении аналогий между локализованным и распределенным объектами вообще и человеком и человечеством в частности. Поэтому формы освоения реальности и механизмы обеспечения устойчивости у человека и человечества, в силу этих существенных отличий, имеют различное воплощение.

Процесс освоения реальности человеком целостен и физически неразделим. Однако современный уровень развития психологии познания позволяет разделить этот процесс, в зависимости от того, что играет в нем определяющую роль - чувства или разум, на две взаимосвязанные формы - образную и рациональную. Поэтому впредь будем исходить из того, что освоение реальности осуществляется в двух формах: образной и рациональной.

Образное представление предшествует любому другому представлению реальности. Главная роль при этом отводится чувственному восприятию, которое предшествует рациональному. Образная форма освоения реальности характерна как для человека, так и для человечества.

Ребенок, начиная осваивать реальность, создает свое собственное представление о ней и о том, как удобно и безопасно в ней находиться. Его представление о реальности основывается только на особом - духовном - постижении конкретных явлений, выражаемых, как правило, в чувствах и эмоциях. У зрелых людей это духовное начало позже проявляется как неизживаемая потребность и стремление к творчеству в любом виде деятельности, а редкие, художественно одаренные люди способны выражать это духовное начало в художественной форме. Этот этап освоения реальности совершенно необходим - без него не было бы устойчивости, так как духовное начало лежит в основе стереотипа устойчивого поведения человека.

С определенного возраста у ребенка возникает потребность в рациональном освоении реальности - формировании жизненного опыта, т. е. в установлении сначала очевидных для узкой сферы реальности, а потом и более глубоких причинно-следственных связей. Обычно в детстве эта потребность находит свое наиболее полное удовлетворение в процессе систематического обучения ребенка в школе. В этот период, начиная с шести-семилетнего возраста, в хорошо организованном процессе обучения ребенок осваивает первые абстрактные представления, имеющие отношение к реальности, так как, только начиная с этого возраста, человек способен формировать в своем сознании рациональную картину реальности, основанную на причинно-следственных отношениях. На определенном этапе развития человека рациональная форма освоения реальности становится ведущей. Она обеспечивает дальнейшее расширение и обобщение жизненного опыта, возможность продуктивной творческой деятельности. В повседневной жизни зрелого человека разум, рациональные представления уже играют определяющую роль.

И если процесс освоения реальности человеком целостен и практически неразделим, то у человечества он протекает в разных цивилизационных формах и представлен разными социальными институтами - наукой и религией.

Так же, как и отдельный человек, все человечество сначала строит свои представления о реальности на чувствах. Образное освоение реальности человечеством завершается в религии. Религия основывается только на вере, опирается на религиозный опыт и формирует у человечества целостное представление о единстве наблюдаемой части вселенной - реальности и о том, что ее формирует и определяет. Поэтому рациональная непостижимость веры очевидна. «Верую, потому что абсурдно» - эту фразу приписывают Тертуллиану.

Следует отметить, что христиане отличаются развитой духовной жизнью, глубоким эмоциональным отношением к реальности и ее изменениям, обладают развитой интуицией. Жизнь православного христианина определяется максимально широкой сферой интересов, поскольку полностью ориентирована на постоянную творческую деятельность - на постижение сущности - замысла Творца.

Христианство вот уже две тысячи лет обеспечивает устойчивость человечества, поэтому христиане практически не подвержены стрессу. Как только полноценная христианская вера утрачивает свою определяющую роль в обществе (что проявляется в распространении ересей, атеизма), спустя некоторое время, обычно через три поколения, общество утрачивает свою устойчивость. Христианская мораль аналогична иммунитету здорового человеческого организма.

Рациональное освоение реальности человеком становится возможным после достижения определенного уровня духовного развития - образного освоения реальности, когда человек способен усваивать, а затем и формировать абстрактные образы, т. е. когда сложились определенные чувства, когда человек владеет собой. Единство мира чувствуется нормальным человеком. Однако люди наделены также способностью анализировать, т. е., расчленяя целое, стремиться разумом хотя бы схематично, в форме первично-вторичных или причинно-следственных отношений понять его природу. Чувственное восприятие первично и более глубоко. Рациональное представление позволяет в абстрактной форме «увидеть» только определенную модель. Процедура рационального освоения реальности может рассматриваться как постижение закономерностей причинно-следственных связей в процессе последовательного абстрагирования - отказа от частностей конкретных образов в пользу более общих закономерностей. Формулирование общих закономерностей обеспечивает необходимый уровень прогнозирования состояния реальности, тот уровень устойчивости объекта - либо человека, либо человечества, без которого невозможно их существование.

Отмеченную двойственность процесса освоения реальности человечеством в формах религии и науки можно рассматривать как следствие «незрелости» человечества и, прежде всего, его рациональной формы - науки, что не может не заботить широко мыслящих ее деятелей. В воспоминаниях выдающегося физика, одного из создателей современной квантовой теории, лауреата Нобелевской премии Вернера Гейзенберга приводится его беседа с другим выдающимся физиком ХХ в., тоже нобелевским лауреатом Вольфгангом Паули о роли религии и науки. Обсуждая отношение Макса Планка к религии и науке, в. Гейзенберг заключает: «Таким образом, обе сферы, объективная и субъективная стороны мира, у него четко разъединены - но мне такое разделение немного не по душе. Я сомневаюсь, что человеческие общества могут долгое время жить с таким резким отграничением знания и веры» [9].

2.2 Общие представления об устойчивости: устойчивость и стабильность. Устойчивость - атрибут реальности. Проблема устойчивого развития человечества

Стабильность. Несмотря на кажущуюся очевидность понятий устойчивость и стабильность, дать им точное и однозначное определение не так уж просто. Еще сравнительно недавно эти понятия рассматривались как синонимы. Так, И. Пригожин [8] отмечает, что в термине «стабильность» присутствует оттенок статичности, неизменности. Однако если в русском языке еще можно различить смысловые оттенки терминов «устойчивость» и «стабильность», то в английском оба термина сливаются в один [10]. Поэтому мы в последующем изложении стабильностью будем называть способность объекта или явления сохранять свою полную неизменность во времени.

Если рассматривать одну из главных задач науки - поиск закономерностей связи между причиной и следствием в форме зависимости

y = f(x),

где x - аргумент, выступающий как причина; y - как следствие, связанное с причиной функциональной зависимостью f(x), то в нашем случае, относящемся к понятию стабильность, эта функциональная связь будет представлять собой темпоральную (от латинского tempo - время), т. е. связанную со временем зависимость y = f(), где - время.

Очевидно, что графически эта связь для стабильности будет представляться прямой (рис. 2.1), параллельной оси абсцисс, и описываться зависимостью

y = const.(2.1)

Рис. 2.1 Графическое представление стабильности в координатах y = f()

Из этого выражения следует, что стабильность является не только независимым от времени, но и не связанным со временем явлением. Иными словами, для стабильности такая переменная, как время , отсутствует, т. е. стабильность является вневременным понятием. Последнее заявление позволяет сделать далеко идущие выводы.

Во-первых, еще в Древней Греции [11] было известно, что реальность характеризуется существованием в пространстве и во времени, т. е. вневременные понятия не относятся к реальности, или, иначе говоря, стабильность не характерна для реальности! Стабильность нельзя связывать с какими-либо свойствами или характеристиками реальности. Ни одно из свойств реальности не может быть стабильным!

Но, представляя законы сохранения, например, закон сохранения полной энергии механического объекта, законы сохранения импульса и момента импульса в механике, мы прибегали к использованию аналитических выражений E_полн = const; L = const; P = const соответственно.

В этом примере проявляется важнейшая особенность любой формы рационального описания реальности - ее ограниченность. В данном случае, мы, очевидно, сталкиваемся с ограниченностью по времени. Эту темпоральную ограниченность удобно продемонстрировать на следующем примере (рис. 2.2).

Рис. 2.2 Гипотетическая зависимость свойства K реального объекта от времени (-••-••) и ее аппроксимация ( )зависимостью K = const в интервале ₁ - ₂

Допустим, что на рис. 2.2 точками представлена некая неизвестная ранее экспериментальная зависимость какого-либо свойства K реального объекта от времени .

Соединив экспериментально полученные значения свойства K для разных значений времени штрихпунктирной линией, мы получили сложную зависимость изменения этого свойства со временем. Однако достаточно внимательно посмотреть на полученную кривую, чтобы выявить участок в интервале времени от ₁ до ₂, где наблюдается отличное от других временных интервалов распределение экспериментальных значений свойства. Для описания этого свойства в указанном интервале периодической (гармонической функцией, такой как sinx или cosx) зависимостью у нас не хватает экспериментальных данных. Так, каждый минимум и максимум на штрихпунктирной кривой не обеспечен достаточным количеством экспериментальных точек, поэтому имеющееся их распределение можно связать с разбросом результатов из-за погрешностей эксперимента (K). Таким образом, в интервале времени ₁...₂ полученная зависимость K = может с удовлетворительной точностью описываться как независимая от времени величина K = const. Это выражение является формой описания экспериментальных (или полученных с помощью наблюдения) данных, ограниченных как интервалом наблюдения, так и условиями наблюдения. Если удастся повысить точность и чувствительность экспериментальных данных или, радикально изменив условия, получить ранее неизвестные характеристики объекта, то, возможно, потребуется пересмотр сделанных экспериментальных выводов и созданных на их основе теорий и количественных моделей.

Мы рассмотрели временные (темпоральные) ограничения для представлений, использующих законы сохранения, однако для этих законов существуют и ограничения по пространству. На это указывает, например, формулировка закона сохранения полной энергии механического объекта: «Полная энергия изолированного механического объекта или совокупности изолированных механических тел не изменяется при любых изменениях их состояния». Уже сам факт изоляции механической системы является, очевидно, ограничением по пространству.

Из приведенных примеров следует, что стабильность, несмотря на отсутствие этого свойства у реальности, широко используется как удобная абстракция для рационального описания реальности. Но такое описание, как и любое другое связанное с наукой представление, является по своей природе ограниченным по пространству и по времени.

Устойчивость. Буквальный смысл понятия устойчивость отражает способность устоять под каким-либо разрушающим влиянием. Поэтому достаточно полное определение устойчивости мы будем связывать со способностью объекта сохранять свое состояние (свою качественную^**Т. е. противоположную количественной. определенность) под влиянием внешних воздействий или внутренних изменений.

В этом определении неясным понятием является качественная определенность.

Проиллюстрируем это несколькими примерами. Для одного стола его качество - стол, вид мебели; количество - один. Так вот, способность стола оставаться мебелью определяется его прочностью, возможностью не развалиться под влиянием какой-то достаточно большой внешней нагрузки и оставаться столом, например, не рассыпаться при протекании внутренних процессов.

В некоторых менее общих случаях устойчивость можно определить как способность явления или процесса сохранять свое состояние более или менее неизменным под влиянием внешнего воздействия или внутренних возмущений.

При этом, как следует из первого (более общего) и второго определений устойчивости, неизменными (в большей или меньшей степени) являются качественные характеристики и характеристики состояния объекта или процесса, а другие, количественные, могут изменяться. Как правило, сама возможность сохранения качественной определенности какого-либо объекта может быть реализована за счет вполне определенных количественных изменений. Это можно определить как способность к адаптации. В старинной русской пословице «Кряхти да гнись: упрешься - переломишься» ярко выражена сущность устойчивости как направленных количественных изменений, обеспечивающих сохранение качества объекта или явления.

Примерами функциональной связи количества и качества может служить:

- наличие у современного автомобиля амортизаторов и эластичных шин, обеспечивающих его устойчивость во время движения;

- способность к размножению (количественному изменению), обеспечивающая возможность выживания биологического вида (т. е. сохранение качества) под влиянием неблагоприятных внешних воздействий и внутренних возмущений, например эпидемий и т. д.

Примеры можно продолжить, но уже приведенных достаточно, чтобы заключить, что устойчивость, в отличие от стабильности, является характерной чертой реальности: очевидно, что если бы реальность не обладала устойчивостью, она бы сразу перестала существовать. Качества, которые являются характерными, неотъемлемыми качествами явления, принято называть атрибутами. Устойчивость является атрибутом реальности.

Это означает, что все природные объекты и реальность в целом обладают общим качеством, которое называется устойчивостью. Если под устойчивостью следует понимать способность объекта сохранять свое состояние (свою качественную определенность) под влиянием внешних воздействий и внутренних изменений, то очевидно, что количественной мерой устойчивости является время, в течение которого сохраняется, т. е. может наблюдаться, данное состояние. Сама возможность наблюдения объекта указывает на некоторый уровень его устойчивости во времени.

Любой природный объект обладает устойчивостью, но в объектах разной природы она проявляется по-разному.

В биологии уже к началу ХХ в. сложилась теория иммунитета, которую создали выдающийся российский физиолог Илья Ильич Мечников и выдающийся немецкий физиолог Пауль Эрлих. За разработку этой теории они были удостоены в 1908 г. Нобелевской премии. Эта теория впервые на основе глубокого экспериментального исследования раскрыла механизм иммунитета - активной формы проявления устойчивости живых организмов. Эта устойчивость поддерживается благодаря особой реакции организма, который с помощью антител ограждает себя от антигенов - губительных факторов окружающей среды (микробов, инородных веществ). То, что представляет опасность для организма, отторгается, уничтожается или изолируется (например, осколок от мины может очень долго находиться в теле и совершенно не беспокоить человека, так как иммунитет изолировал осколок от всего организма плотной белковой тканью). Но иммунитет может и не отторгать инородные объекты, если они химически и биологически инертны и не представляют опасности для организма - на этом основан выбор материала для имплантатов, заменяющих утраченные фрагменты организма (например, имплантаты могут изготавливаться из наиболее инертного материала - монокристалла Al₂O₃ - сапфира или другого вещества - неорганической основы костной ткани - гидроксилапатита).

Позже было установлено, что иммунитет зависит от состояния организма. Одним из факторов, понижающих уровень иммунитета, является стресс (от англ. stress - напряжение). Канадский биолог Ганс Селье, первым открывший и разработавший основные положения синдрома стресса, рассматривал его как часть общего адаптационного синдрома и определял как особое состояние организма, характеризующееся неспецифической (т. е. нехарактерной, неправильной) реакцией на внешние воздействия. Дважды нобелевский лауреат, выдающийся американский химик и общественный деятель Лайнус Полинг доказал, что уровень иммунитета человека пропорционален уровню витамина С в организме. Установлено, что в состоянии стресса содержание этого витамина в организме снижается в 30 тыс. раз. При пониженном иммунитете падает способность организма к адаптации, он становится доступен всем бактериям и вирусам.

...