Физическая картина мира в аспекте классической, неклассической и постнеклассической рациональности

Хотя логика построения единой теории электрослабого взаимодействия укладывается в известные рамки построения физических теорий, она имеет определённые особенности, связанные в первую очередь с выбором группы симметрии, которая в данном случае выступает как исходная клеточка формирующейся теоретической структуры. Причём выбор группы симметрии в данном случае SU (2) x U (1) не детерминируется имеющимся эмпирическим или теоретическим материалом. Но такая постулированная абстрактная математическая симметрия не имеет конкретного физического содержания и непосредственной предметной области, хотя на её основе оказалось возможным выразить физическую симметрию калибровочной изотопической инвариантности. Следующий этап связан с поиском механизма нарушения этой симметрии. Подобный механизм был разработан Хиггсом. В рамках такого механизма ответственным за нарушение исходной симметрии выступают так называемые хиггсовские бозоны. В результате абстрактная математическая симметрия SU (2) x U (1) обрела конкретный физический смысл.

Успехи, связанные с построением единой теории электрослабого взаимодействия, позволили сформулировать идею о том, что все известные фундаментальные взаимодействия являются компонентами единого универсального супервзаимодействия. На основе этой идеи в современной квантовой теории поля удалось сформулировать программу создания единой теории сильного и электрослабого взаимодействий.

На возможность построения такой теории указывает то, что эффективные константы этих взаимодействий сближаются, становятся однопорядковыми по мере роста импульса, переданного взаимодействующим частицам. Трудность в нахождении лагранжиана состоит в том, чтобы определить группу спонтанно нарушенной калибровочной симметрии, которая потенциально содержит в себе группы симметрии, отвечающие за сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия. В рамках построения такой теории среди исследователей начало складываться понимание того, что пренебречь гравитацией на этом пути нельзя. «Представляется интересным обратить внимание, - пишет С. Вайнберг, - на следующее поразительное обстоятельство: хотя при получении формулы…, которая даёт оценку энергетического масштаба, характерного для теорий большого объединения, никак не учитывалась гравитация, получился результат, который всего лишь немногими порядками отличается от планковой массы, равной 10¹⁹ Гэв. Этот факт подсказывает нам, что, быть может, существует определённая связь между гравитационным взаимодействием и спонтанным нарушением калибровочной симметрии большого объединения. Очень возможно, что слишком наивна сама идея такого объединения калибровочных теорий без включения гравитации». Вайнберг С. За рубежом первых трёх минут // Успехи физических наук. 1984. Т. 134. Вып. 2. - С. 352.

Построить такую единую теорию пытаются на основе суперсимметрии, которая должна связать между собой квантовые поля, обладающие различной статистикой. Первые попытки были связаны с расширенной супергравитацией, которая содержит в себе спонтанно нарушенную локально-калибровочную симметрию См.: Окунь Л.Б. Современное состояние и перспективы физики высоких энергий // Успехи физических наук. 1981. Т. 134. Вып. I. - С. 34. и вмещает в себя всю группу симметрии всех известных физических взаимодействий. Все известные суперсимметричные модели чаще всего используют три способа нарушения глобальной суперсимметрии и локальный суперсимметрии. См.: Высоцкий М.И. Суперсимметричные модели элементарных частиц - физика для ускорителей нового поколения // Успехи физических наук. 1985. Т. 136. Вып. 4. - С. 594. Важной особенностью таких теорий является принципиальная возможность компенсации расходимостей не только в первом порядке, но и во всех остальных.

Другие попытки в этом плане связаны с построением суперсимметричной теории одномерных суперструн. Такая теория строится в десятимерном пространстве-времени, в котором пространственно-временные измерения скручены (компактифицированы) в области с размерами 10^-33 см. «И только с возникновением теории суперструн и инфляционной космологии произошли существенные подвижки в решении этого вопроса за счет квантовых флуктуаций вакуума в раздувающейся Вселенной, которые и вызвали первичные гравитационные возмущения. В целом же теория образования данной структуры достаточно сложна (в первую очередь математически) и еще далека от своего разрешения». Тарароев Я.В. Современная космология - взгляд извне // Вопросы философии. 2006. № 2. - С. 146. Суперструны органичено вписываются в современную теорию элементарных частиц, основанную на калибровочных теориях поля и суперсимметрии. Выяснилось, что суперструнные теории переходят в квантовую теорию поля с фиксированной группой. См.: Нестеренко В.В. Релятивистские струны: от мыльных плёнок к объединению фундаментальных взаимодействий // Природа. 1986. № 11. - С. 19. Такое положение снимает проблему выбора группы симметрии для объединения известных физических взаимодействий. Это одно из основных преимуществ теории суперструн. Самое сложное в таком подходе - это то, что до сих пор нет экспериментальных подтверждений существования суперструн.

Теорию суперструн пытаются построить на основе таких групп симметрии, как SO (32) E₈ х Е_8. Такая теория имеет важное математическое преимущество по сравнению с теорией в одиннадцатимерном пространстве. Оно состоит в том, что переход к четырёхмерной Вселенной, обладающей «врождённым» свойством киральности, возможен лишь в том случае, если исходить из теории с чётным числом пространственных измерений. Другая особенность теории, основанной на SO (32)-симметрии, состоит в том, что такую теорию можно построить как чисто гравитационную, из которой можно извлечь и все другие фундаментальные физические силы. Что касается теории, основанной на группе E₈ х Е₈ (модель замкнутых струн), то в ней возникают два мира - по одному на каждую группу, в каждом из которых существует свой собственный идентичный набор фундаментальных взаимодействий. При всей привлекательности подхода, связанного с построением теории супеструн как возможной единой теории элементарных частиц, до сих пор не удалось построить полнокровную экспериментально подтверждаемую количественную теорию.

Следует отметить, что в основе современных теорий фундаментальных физических взаимодействий лежат различные группы симметрии. Долгое время разобщенными симметриями теорий различных фундаментальных взаимодействий служили глобальные симметрии, преобразования которых не зависят от их положения в пространстве и времени. Если же говорить о физической сущности глобальной симметрии, то в области квантовой механики это означает одновременное мгновенное изменение волновой функции во всех точках Вселенной. По мнению Барашенкова В.С., «одновременное изменение фазы сразу во всех точках пространства по своему характеру близко к аказуальному принципу дальнодействия, так как любая попытка физической проверки осуществимости такой операции потребовала бы сверхсветовых скоростей сигналов». Барашенков В.С. Законы симметрии в структуре физического знания / Физическая теория (философско-методологический анализ). - М., 1980. - С. 338.

Это говорит о том, что глобальная симметрия может рассматриваться исключительно как формальная операция. Она, по утверждению М.Д. Ахундова, возрождает некий аналог абсолютного пространства и времени Ньютона и противоречит картине мира современной физики. См.: Ахундов М.Д. Пространство и время в физическом познании. - М.: Мысль, 1982. - С. 225.

Отсюда необходимость того, чтобы изменение фазы происходило не мгновенно, а распространялось от точки к точке. Такая калибровочная симметрия оказалась очень плодотворной, связывая в единый концептуальный узел квантовые характеристики физических величин (изотопический спин, странность и т. д.) с пространством и временем. С помощью принципа локально-калибровочной симметрии оказалось возможным вводить взаимодействия чисто аксиоматически, определяя их форму в соответствии со свойствами симметрии теории. Калибровочные преобразования впервые были найдены при изучении свойств уравнений квантовой механики и уравнений Максвелла. Их методологическая значимость проявилась при построении квантовой электродинамики. Обобщение принципа локально-калибровочной симметрии на группу SU (2) изотопических преобразований продемонстрировало возможность его обобщения на более сложные группы. Утияма, например, расширив понятие калибровочной инвариантности и рассмотрев локальную версию группы Пуанкаре, показал калибровочный характер гравитационного взаимодействия.

Выяснилось, что в основе каждого взаимодействия лежит некоторая симметрия, и принцип локально-калибровочной инвариантности становится определяющим принципом построения квантовой теории поля. Причём, будучи локализована, подобная симметрия приводит к необходимости введения соответствующего калибровочного поля, ответственного за данный механизм взаимодействия.

В этом случае вопрос о природе взаимодействий заменяется вопросом о природе симметрий, поэтому выяснение природы симметрии (динамической), а именно такая симметрия лежит в основе каждого фундаментального физического взаимодействия, становится важной задачей всей физики высоких энергией. В плане раскрытия природы этой симметрии был предложен ряд подходов, в которых были предприняты попытки физической геометризации свойств внутренней симметрии, хотя преобразования внутренней симметрии, в принципе, не связаны с пространственно-временными преобразованиями. Но Т. Райский впервые попытался пространство изотопического спина представить как реальное пространство с таким же статусом как обычное пространство и предположил возможную реальную связь между изотопическим и реальным пространством. Природа связи в этом случае определяется тем обстоятельством, что физическая реальность существует в шестимерном пространстве, а не в четырёхмерном пространстве-времени. Оказалось, что такой подход не обеспечивает полной геометризации внутренних симметрий. Поэтому был предложен подход, в котором обобщению подвергается обычная группа Пуанкаре в рамках одиннадцатимерного пространства-времени Минковского. Такой подход оказался достаточно плодотворным в том плане, что удалось объединить пространственно-временные преобразования с преобразованиями внутренней симметрии. См: Янг Г. Эйнштейн и физика второй половины ХХ века // Успехи физических наук. 1980. Т. 132. - С. 54-62. Дело в том, что определённая последовательность операций внутренней симметрии приводит к изменению пространственно-временного состояния. Речь идет о том, что последовательное существование двух операций изменения спина приводит к пространственному смещению частиц.

Суть внутреннего пространства в этом случае состоит в том, что число измерений одиннадцатимерного пространства-времени в результате спонтанного нарушения симметрии уменьшается до четырёх, то есть семь пространственных измерений «скручиваются» в результате размерной редукции. Эти «скрученные» измерения и задают сущность внутренней симметрии. В этом случае природа фундаментальных физических взаимодействий сводится к искривлению пространственно-временного континуума в этих семи «скрученных» измерениях одиннадцатимерного пространства-времени. В этом подходе получила развитие программа Эйнштейна, которая реализуется на пути перехода от пространства-времени к суперпространству, в каждой точке которого определены не только обычные (четыре) координаты, но и дополнительный набор координат, заданных антикоммутирующими переменными. Следует отметить, что переход от четырёхмерного пространства-времени к расслоенному пространству, в принципе, означает признание удивительной возможности, состоящей в том, что физическое пространство, определяемое взаимодействиями, может быть многомерным и даже бесконечномерным.

Другой подход объяснения сущности внутренних симметрий основан на теории суперструн, в которой получают объяснения следующие вопросы: почему существует четыре типа взаимодействия? почему эти взаимодействия имеют столь различные свойства? почему существует именно три семейства элементарных частиц? По мнению её приверженцев, «она представляет собой мощную парадигму понятий, которая впервые даёт ответ на поставленные выше вопросы». Грин Брайан. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытие размерности и поиски окончательной теории. - М., 2004. - С.17-18. В этих подходах хотя и не получено полного понимания природы внутренних симметрий, но достигается установление глубокой связи между внутренними и пространственно-временными симметриями. В них же получено понимание того, что группы внутренней симметрии в своих структурах определенным образом связаны с топологическими свойствами пространства-времени. См: Казаков Л.И. Суперструны, или За пределами стандартных представлений // Успехи физических наук. 1986. Т. 15. Вып. 4. - С. 562.

Следует, однако, подчеркнуть, что в калибровочных формах квантово-полевого подхода не удалось полностью устранить фундаментальные противоречия между исходными принципами специальной теории относительности и нерелятивистской квантовой механикой. Калибровочный метод хотя и оказался высоко эмпиричным из-за его способности согласовать теоретические предсказания с результатами экспериментов, а также существенно упростил логическую основу теории взаимодействующих полей, однако эта простота базируется на довольно сложных физических понятиях. Речь в данном случае идёт, во-первых, об общей мотивировке локально-калибровочных преобразований, апеллирующих к ненаблюдаемости фазы комплексного квантового поля, во-вторых, о ненаблюдаемости цветовой степени свободы, лежащей в основе калибровочной симметрии в квантовой хромодинамике, а также ненаблюдаемости квантов её (квантовой хромодинамики) исходных полей: кварков и глюонов и, наконец, о существенном усложнении используемого в этих теориях математического аппарата (теории групп Ли и метода фундаментального анализа). В калибровочной форме квантово-полевого подхода достигнут только формальный синтез принципов специальной теории относительности и нерелятивистской квантовой механики, что служит наглядной причиной сохранения искусственной процедуры перенормировки, неясности конфаймента и механизма Хиггса.

Характер указанных трудностей наводит на мысль о том, что используемый в этих теориях понятийный аппарат неадекватно отражает всю специфику микромира. Известно, что калибровочная концепция основывается на представлениях о макроскопичности пространства и времени. Напрашивается вопрос: изменяются ли свойства пространства и времени при переходе от макромира к микромиру? Можно привести ряд аргументов в пользу идеи о том, что при переходе от макромира к микромиру изменяются топологические свойства пространства и времени. В пользу этого говорит и тот факт, что при переходе от макромира к мегамиру, согласно общей теории относительности, происходят существенные изменения свойств пространства и времени. Если увеличение масштаба приводит к изменениям свойств пространства и времени, то и уменьшение масштабов по логики вещей также должно сопровождаться характерными изменениями пространственно-временных свойств.

Одной из таких радикальных идей, связанных с модификацией пространственно-временных представлений в микромире, является, как отмечали и раньше, идея, которая приводит к содержательно новому понятию микроскопической пространственно-временной симметрии. См.: Бранский В.П. Теория элементарных частиц как объект методологического исследования. - Л.: Изд. Ленинградского университета, 1989. - С. 257. В основе такой симметрии должна лежать квантованная группа Пуанкаре, которая выступает как математическое выражение нового физического принципа. Квантованная группа Пуанкаре принципиально отличается от обычной группы Пуанкаре тем, что, во-первых, она дискретна и состоит из конечного множества элементов, во-вторых, в ней отсутствуют различия между дискретными и непрерывными преобразованиями. Переход от обычной группы к квантовой группе Пуанкаре, по мнению Бранского В.П., позволяет ввести понятие внутреннего пространства в форме мультиплетного «пространства» аналогично спинову пространству в теории Е. Вингера. В рамках таких обобщений микроскопическая пространственно-временная симметрия становится физической основой внутренних симметрий. И тогда внутренняя симметрия есть всего лишь макропроявление микроскопической пространственно-временной симметрии, её предельным значением при переходе от дискретного к непрерывному пространству-времени. Если неприводимому представлению обычной группы Пуанкаре как бы соответствует отдельная частица, то такому же представлению квантованной группы Пуанкаре соответствует суперпозиция таких частиц. Это обстоятельство и объясняет само существование внутренней симметрии и определяет характер её связи с обычной пространственно-временной симметрией.

Такой подход безусловно нуждается в глубоком теоретическом, философском и методологическом анализе. Но уже сейчас можно сказать о том, что на этом пути возможно получение важных результатов по созданию истинно единой теории элементарных частиц - квантовой теории относительности. Такая уверенность продиктована тем, что этот подход на новом уровне синтезирует квантово-полевой подход в калибровочной форме и геометрический подход, основанный на квантовании «плоского» пространства-времени Минковского. Само же квантование «плоского» пространства-времени не может быть каким угодно, оно должно проводится с учётом калибровочного подхода. «Поэтому калибровочный подход даёт определённое направление в квантовании специальной теории относительности. Это направление должно быть таким, чтобы калибровочный подход явился бы следствием «макроскопизации» определённым образом квантованной специальной теории относительности». См.: Абдулкадыров Ю.Н. Роль принципа симметрии в научном познании. - Махачкала, 2007. - С. 99.

В последнее время группой физиков предпринимаются попытки построения так называемой торсионной физики, которая рассматривается как наука о торсионных полях, обусловленных кручением пространства. Задача кручения пространства на уровне уравнений общей теории относительности впервые была поставлена Э. Картаном. Из его теории следовало, что константа торсионного взаимодействия должна быть пренебрежимо малой. Однако в теории Картана была допущена неточность, связанная с отсутствием угловой системы координат. Впоследствии Шипов Г.И., используя угловую систему координат и коэффициенты кручения Т. Риччи, построил теорию физического вакуума. См.: Шипов Г.И. Теория физического вакуума. - М., 1997. - С. 238.

Альтернативную теоретическую модель торсионного поля предложил и А.Е. Акимов, который использовал решение релятивистского квантового уравнения, полученное П. Дираком. Квантовый вакуум, по его мнению, содержит волновые свёртки электронов и позитронов, обладающие нулевыми значениями массы, заряда и спина. Возмущение вакуума по спину, вызванное внешним источником, и приводит к возникновению нового вида фундаментальных взаимодействий - торсионных полей. Кручение физического пространства, по мнению многих исследователей, столь же фундаментальное свойство нашего мира, как и его искривление, предсказываемое теорией относительности. Специфика торсионных полей состоит в том, что в силу их информационного характера связанная с ними поляризация вакуума по спину не приводит к изменению его энергетических характеристик. Это означает, что действующий локально источник торсионного поля вызывает нелокальное возмущение вакуума, которое можно интерпретировать как квантовую информационную телепортацию. Такое удивительное физическое свойство торсионного поля позволяет рассматривать его как универсальную информационную сеть, охватывающую всю Вселенную и обеспечивающую коммуникационное взаимодействие между всеми материальными объектами независимо от их физической природы и масштаба. Кроме того, в силу определённых свойств торсионные поля могут обеспечивать передачу информации не только на большие расстояния, но и между объектами, разделенными значительными промежутками времени. Этим объясняется другое фундаментальное свойство торсионных полей. Речь идет о том, что «эффект торсионного фантома придаёт вакууму свойство квазистационарного банка семантической информации». Философия науки / Под ред. С.А. Лебедева. - М., 2004. - С. 632. В этой связи представляет интерес гипотеза Налимова В.В., который считает, что существует семантическое пространство независимо от мира материи. Все свойства в этом пространстве изначально имеют одинаковый статистический вес, иными словами, их множество представляет собой семантический вакуум. Физическим референтом семанистического пространства является квантовый вакуум, а в качестве переносчика информации выступает торсионное поле.

Несмотря на определённый скептицизм в научных кругах в отношении плодотворности такого подхода, известный специалист по нелинейной науке Э. Ласло даёт торсионной физике и гипотезе семантики квантового вакуума положительную оценку, считая, что Вселенная, описываемая теорией с передачей сигнала по вакууму, значительно более взаимосвязана, чем мир теории относительности Эйнштейна. Открытие этого поля, по мнению Э. Ласло, означает фундаментальный сдвиг в картине мира. См.: Haszlo Y. The Whispering Pound A Personal Guide to the emerging Vision of Science. Rockport Мa, 1996.

3. Нелинейная физическая картина мира: генезис и идейные основы

3.1 Парадигма самоорганизации и новые стратегии научного поиска

Современный этап развития науки и технологической деятельности выдвинул в качестве объектов изучения сложные саморазвивающиеся системы, в которые в качестве особого компонента включен сам человек. Эти системы в корне отличаются не только от малых (простых) систем, но и от больших (сложных) саморегулирующися систем. Известно, что для описания простых систем достаточно, чтобы суммарные свойства их частей исчерпывающе определяли свойства целого. Кроме того, часть внутри целого и вне целого обладает одними и теми же свойствами, и связи между элементами подчиняются классической причинности. Пространство и время здесь предстают как нечто внешнее по отношению к таким системам, а состояния их движения никак не влияют на характеристики пространства и времени. Отмеченные категориальные мысли составляли своеобразную матрицу описания механических систем. «Категориальная сетка описания малых систем, - по мнению B.C. Степина, - была санкционирована философией механицизма в качестве философских оснований науки этой эпохи». Степин В.С. Саморазвивающиеся системы и постнеклассическая рациональность // Вопросы философии. 2003. № 8. - С. 5. Следует также отметить, что простые механические системы - это не только машины и механизмы, часы, но и биологические и даже социальные объекты. В этом плане показательны попытки О. Конта построить теорию общества как социальный механизм.

Переход от простых систем к изучению больших систем на базе классических представлений потребовал значительной перестройки всего категориального аппарата. Перестройка вызвана, прежде всего, тем, что большие системы в отличие от простых приобретают целый ряд новых характеристических признаков. Речь в первую очередь идет о целостности сложных систем, которая предполагает наличие особого блока управления, а также прямые и обратные связи между ними и подсистемами системы. Большие системы по своей природы гомеостатичны. В них обязательно имеется программа функционирования, которая определяет управляющие команды и корректирует поведение системы на основе обратных связей.

Категориальная сетка описания сложных саморегулирующихся систем обретает новое содержание. Здесь целое не исчерпывается свойствами частей, поскольку возникает новое системное качество целого, а причинность не может быть сведена исключительно к лапласовской. Более того, новые разделы физики используют существенные понятийные куски старых разделов. Кроме того, конкуренция и последующее вытеснение типичны лишь для «незрелой» (допарадигмальной) стадии развития раздела физики, т. е. до сложившегося ядра раздела физики. В физике принципиальные нововведения упаковываются в новый раздел, который пристраивается к старым, а не отменяет их. Статистическая физика не отменяет термодинамики, а релятивистская и квантовая механики не отменяют классическую механику, а лишь определяют границы области её применимости См.: Липкин А.И. Парадигмы, исследовательские программы и ядро раздела науки в физике // Вопросы философии. 2006. № 6. - С. 99.. Возникают также новые смыслы в пространственно-временных описаниях больших, саморегулирующихся систем.

Исследования сложных саморегулирующихся систем особенно активизировались с возникновением кибернетики, теории информации и теории систем, хотя, как отмечает B.C. Степин, «многие особенности их категориального описания были выявлены предшествующим развитием биологии и, в определенной мере, квантовой физики» Степин В.С. Саморазвивающиеся системы и постнеклассическая рациональность // Вопросы философии. 2003. № 8. - С. 7.. В процессе возникновения квантовой физики появилась необходимость существенной переработки всего категориального аппарата классической физики. Кроме того, был сформулирован принцип дополнительности и появились представления о вероятностной причинности, в которых прослеживаются черты описания сложных саморегулирующихся систем.

Сложные саморазвивающиеся (самоорганизующиеся) системы характеризуются открытостью, обменом энергией, веществом и информацией с внешней средой. В таких системах «формируются особые информационные структуры, фиксирующие важные для целостности системы особенности её взаимодействия со средой. Эти структуры выступают в функции программ поведения систем» Там же. - С. 7.. «Под самоорганизацией понимается целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы» Раджабов О.Р., Гусейханов М.К. Формирование естественно научной картины мира. - М.: Наука, 2006. - С. 198.. Самоорганизация - это свойство системы так реагировать на изменения условий существования, чтобы путем локальных изменений структуры сохранить глобальную устойчивость и обеспечить тем самым условия своего дальнейшего существования и усложнения путем образования новых структур.

Выделяют различные формы самоорганизации систем: диссипативная самоорганизация (образование структур с рассеиванием использованной энергии), консервативная самоорганизация (образование структур кристаллов, биополимеров и т. д.), дисперсионная самоорганизация (образование солитонных структур, т. е. структур, состоящих из устойчивых уединенных волн - солитонов) и другие.

Решающее значение для создания теории самоорганизации имели развитие и разработка методологии следующих научных дисциплин:

1. термодинамики необратимых процессов в открытых системах;

2. нелинейной механики, электрофизики и физики лазеров;

3. химической кинетики сильно неравновесных процессов;

4. нелинейной динамики популяции в экологии;

5. нелинейной теории регулирования, кибернетики и системного анализа.

До середины XX в. в естествознании сложились различные противоположные концепции объяснения процессов эволюции живой и неживой природы. В самом деле, если в теории Дарвина эволюция приводила к совершенствованию и усложнению живых систем в результате их адаптации к изменяющимся условиям среды, то в классической физике она связывалась с дезорганизацией и разрушением системы. Такое представление вытекало из второго начала термодинамики, согласно которому закрытая система постепенно эволюционирует в сторону беспорядка, дезорганизации и увеличения энтропии.

Хотя части рассматриваемых физических систем строго подчиняются известным законам механики, квантовой механики и электродинамики, существует величина, называемая энтропией, которая не сводится к свойствам составных частей тела, а описывает свойства всей системы в целом. Энтропия - один из важных примеров, подтверждающих правильность тезиса о том, что целое представляет собой нечто большее, чем сумму своих составных частей. Следовательно, по степени возрастания энтропии можно судить об эволюции замкнутой системы, а тем самым и о времени её эволюция. И действительно, в термодинамическом смысле эволюция предстает процессом непрерывной дезорганизации или разрушения изначального порядка. В этом смысле эволюция Вселенной представляет собой непрерывный процесс перехода от порядка к хаосу.

А биологическая концепция утверждает, что процесс развития идет, наоборот, от хаоса к порядку. Оказалось, что отмеченная противоположность космологической и биологической форм развития является непринципиальной. Это выяснилось в ходе построения новой термодинамики, в которой вводится понятие открытой системы, способной обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Новая термодинамика, которую именуют неравновесной или нелинейной, была создана усилиями брюссельской школы во главе с И. Пригожиным. См.: Пригожин И. Время, структура и флуктуация // Успехи физических наук. 1980. Т. 131. Вып. 2. - С. 135-207. Открытая система по своей сути не может быть равновесной в силу того, что её функционирование требует интенсивного, непрерывного обмена энергией и веществом с внешней средой. В результате такого взаимодействия система извлекает порядок из окружающей среды и вносит беспорядок в эту среду. Неравновесность в системе естественно возрастает, что приводит к разрушению прежней взаимосвязи между элементами системы, но при этом между элементами системы, как правило, возникают новые связи, которые приводят к так называемым кооперативным или самоорганизующимся процессам. Такое направление исследований немецкий физик Г. Хакен назвал синергетикой См.: Хакен Г. Синергетика. - М.: Мир, 1980. - 404 с. (в переводе с древнегреческого означает совместное, кооперативное действие), что хорошо передает смысл и цель нового научного подхода к изучению явлений.

Начало теории синергетики было предложено Т. Хакеном еще в 1960-х гг. в результате попыток объяснить когерентность поведения атомов в лазере. Впоследствии он расширил смыслообразующие интервалы этого понятия и представил синергетику как универсальный подход к объяснению явлений в физике, химии и биологии, развивая общую идею о том, что переход от хаоса к порядку в различных системах (от физических до социальных) подчиняется одним и тем же фундаментальным принципам. Позиция Г. Хакена в полном подходе четко выражается в следующем его высказывании: «Синергетика как интердисциплинарное исследование касается кооперации индивидуальных частей системы, которая продуцирует макроскопические пространственно-временные или функциональные структуры» Haken H. Synergetics: anoverview // Rep. Progr. Phes. 1989. V. 52. - P. 515-553.. В рамках этого направления формируются новые принципы суперпозиции, сборки сложного эволюционного целого развивающихся структур из простых частей. Целое в таком контексте не сводится к сумме механических частей: имеет место перекрытие областей локализации с дефектом энергии. Одним из принципов согласования частей в целое в этом случае может быть установление их общего темпа развития, сосуществование структур разного возраста в одном темпомире. Такой тип связи рассматривается и в «термодинамической» версии самоорганизации (С.П. Курдюмов, Е.Н. Князева) См.: Князева Е., Курдюмов С. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры. - СПб.: Алатея, 2002. - С. 111.. К числу основоположников теории синергетики как совокупности принципов функционирования самоорганизующих систем многие авторы См.: Степин В.С. Теоретическое знание. - М., 2000. - С. 650-679. относят бельгийского физико-химика И. Пригожина, сформировавшего концепцию диссипативных структур в контексте химической кинетики и термодинамики См.: Пригожин И. От существующего к возникающему. - М.: Наука, 1985. - 346 с..

При определенных неравновесных условиях в открытой системе за счет внутренних перестроек могут возникнуть упорядоченные структуры. Эту особенность системы назвали самоорганизацией. Под влиянием действия крупномасштабных флуктуаций возникают коллективные формы движения, между которыми начинается конкуренция, происходит отбор устойчивых, возникают новые структуры. Устойчивые состояния не теряют устойчивости при флуктуациях параметров - влияние флуктуации погашается за счет внутренних процессов. Неустойчивые системы, наоборот, начинают усиливать флуктуации. Г. Хакен выделил роль коллективных процессов, коллективного действия многих подсистем. Отсюда и название складывающейся концепции.

Синергетика изучает механизмы взаимодействия в сложных открытых системах с положительной обратной связью. Это взаимодействие ведет к согласованному, кооперативному поведению подсистем и сопровождается образованием новых устойчивых структур и самоорганизацией системы. Самоорганизация выступает как источник эволюции систем, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы. Образование упорядоченных структур происходит в открытых системах при достижении определенного порогового значения в далеком от равновесия состоянии. На микроуровне при самоорганизации происходит процесс расширения или усиления флуктуации вследствие увеличения неравновесности системы под воздействием среды. Необходимым условием самоорганизации является ее диссипативность. Диссипативность на макроуровне и микроуровне различаются: в первом случае она проявляется как хаос, а во втором не как разрушающий фактор, а как сила, выводящая систему на тот или иной путь структурирования.

Известно, что И.Р. Пригожин пришел к своим идеям из анализа специфических химических реакций, которые приводят к образованию определенных пространственных структур с течением времени при изменении концентрации реагирующих веществ. Вместе со своими сотрудниками он построил математическую модель таких реакций.

В 1951 г. Белоусов Б.П. описал самоорганизующуюся химическую реакцию, в которой возникают самоподдерживающиеся колебания во времени. Более подробно такого рода реакции были исследованы группой ученых под руководством Жаботинского A.M. В этих реакциях малоновая кислота, как органическое вещество, окисляется броматами в растворе серной кислоты в присутствии определенного катализатора. В результате реакций раствор, в котором находятся эти вещества, начинает периодически менять свою окраску с голубого на красный так, что этот самоорганизующийся процесс можно рассматривать как своеобразные «химические часы». В дальнейшем было обнаружено возникновение периодических структур не только во времени, но и в пространстве или одновременно в пространстве и во времени. Механизмы таких реакций весьма сложны.

Теоретической основой модели стала нелинейная термодинамика, изучающая процессы, происходящие в нелинейных неравновесных системах под воздействием флуктуации. Если такая система удалена от точки термодинамического равновесия, то возникающие в ней флуктуации в результате взаимодействия со средой будут усиливаться и, в конце концов, приведут к разрушению прежнего порядка или структуры, а тем самым и к возникновению новой системы. Структура и системы, возникающие при этом, И.Р. Пригожин назвал диссипативными, поскольку они образуются за счет диссипации или рассеяния энергии, использованной системой, и получения из окружающей среды новой, свежей энергии См.: Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. - М.: Наука, 1979. - 512 с..

Примером сказанного является работа лазера. Если между двумя параллельными зеркалами создать неистощимый источник возбужденных атомов (рабочая среда - рубиновый стержень), количество фотонов по фазе друг с другом будет накапливаться по мере того, как свет будет блуждать туда и сюда. При этом вначале возбуждение атомов будет хаотическим, в дальнейшем будет происходить переход работы лезера от хаотического излучения к самосогласованному (самоорганизованному), коллективное излучение атомов становится упорядоченным, т. е. происходит самоорганизация, обладающая рядом замечательных свойств.

Известно, что термин «самоорганизующаяся система» впервые ввел в научный обиход У.Р. Эшби См.: Казаков Н. Концепция самоорганизации - междисциплинарная парадигма современной науки // Проблемы методологии постнеклассической науки. - М.: ИФРАН, 1992. - С. 111-117.. В настоящее время понятие самоорганизации, возведенное в ранг неотъемлемого признака существования различного рода неравновесных систем и явившееся одним из самых значительных откровений постнеклассической науки и философии, подвергается глубокому анализу. Следует отметить, что «характеристические признаки самоорганизации фрагментарно обнаруживаются в различных сферах эпистемологического пространства» Дрюк М.А. Синергетика - позитивное знание и философский импрессионазм // Вопросы философии. 2004. № 10. - С. 103.. Еще в начале XX века А.А. Богданов в своей монографии «Всеобщая организационная наука (текттология)» выявил общие закономерности организации самых различных систем и уровней, в частности соотношение устойчивого и изменчивого. Палющев Б. Системность и структурный подход как аспекты рационализма в познании // Проблемы методологии постнеклассической науки. - М.: ИФРАН, 1992. - С. 73-74. Далее эти идеи получили развитие в общей теории систем, сформулированной австрийским биологом Л. БерталанфиСм.: Bertlaffy HFn Outline of General System // British Journal for Philosophy of Science. 1950. V. 1. N 2. - P. 164-165. . Наибольшее развитие эти идеи получили в кибернетике как науке об управлении сложными системами со множеством прямых и обратных связей См.: Винер Н. Кибернетика и общество. - М.: Прогресс, 1968. - С. 520..

Кроме того, надо отметить, что гегелевское саморазвитие абсолютной идеи содержит и смысл самого понятия «самоорганизация». По мнению В.С. Степина, Гегель предвосхитил на метафизическом уровне общий принцип функционирования саморазвивающихся систем. Развертывая свои внутренние противоречия, объект порождает «свое иное», которое взаимодействует с породившим его основанием и наращивает новые уровни организации, формируя новое целое. Интересны в этом плане представления, которые развивают в своих работах С.П. Курдюмов и его школа. С.П. Курдюмов для раскрытия смысла понятия «самоорганизация» привлекает закономерности функционирования открытых нелинейных систем с использованием математического аппарата. Всякая самоорганизующаяся система, по его мнению, открыта, «но не всякая открытая система самоорганизуется, строит структуры» Князева В., Курдюмов С. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры. -СПб.: Алетемя, 2002. - С. 446. . Следует отметить также, что в концепции самоорганизации Курдюмова, в отличие от концепции Пригожина, хаосу отводится весьма скромное место. Диссипация как макроскопическое проявление хаоса рассматривается всего лишь как необходимый элемент саморазвития мира. В то же время Курдюмов на микроуровне рассматривает хаос как силу, выводящую на аттрактор, на тенденцию самоструктуирования нелинейной среды.

На основе математического использования понятия нелинейности он выявил ряд особенностей феномена самоорганизации. Одной из этих особенностей является дискретность путей эволюции саморазвивающейся системы. Это означает, что в данной нелинейной среде возможен не любой путь эволюции, а лишь строго определенный, специфический исключительно для неё спектр альтернативных направлений вероятных процессов. Если система, с точки зрения И. Пригожина, не «сама» выбирает и тем самым делает то или иное направление предпочтительным, то согласно Курдюмову, выбор пути эволюции осуществляется в момент бифуркации через случайность. «Конечно, если работает случайность, то имеют место блуждания, но не какие угодно, а в рамках вполне определенного детерминированного поля возможностей» Там же. - С. 48. Эти возможности, по мнению автора, обеспечиваются наличием спектра структур, возбуждаемых различной топологией начальных воздействий на нелинейную среду.

В развитие парадигмы самоорганизации новые оттенки вносит и интенсивно развиваемое в последнее время понятие «нестабильность». И. Пригожин в своей известной статье «Философия нестабильности», характеризуя сущность происходящих революционных перемен в науке, отмечает, что эти перемены связаны с переходом от детерминизма к нестабильности, то есть «нестабильность в некотором отношении заменяет детерминизм». Позиция Курдюмова в этом вопросе также отличается от позиции Пригожина, который рассматривает нестабильность и равновесие как два противоположных по содержанию и дополняющих друг друга режима развития процесса самоорганизации. Эти режимы периодически сменяют друг друга, чередуются во времени. Курдюмов полагает, «что протекание самоорганизующихся процессов в режиме нестабильности не ведет к отсутствию детерминизма как такового, как утверждает И. Пригожин. Речь идет о существовании иной, более сложной, парадоксальной закономерности, иного типа детерминизма». Там же. - С. 42. Таким образом, по верному замечанию М.А. Дрюка, «философия нестабильности», по Курдюмову, трансформируется в «философию детерминизма иного типа» Дрюк М.А. Синергетика: позитивное знание и философский импрессионизм // Вопросы философии. 2004. № 10. - С. 106. . Хотя в этих вопросах до сих пор нет достаточной ясности, особенно в отношении к живой материи, на наш взгляд, представляется очевидным вывод о том, что есть мостик между мертвой и живой природой, между самодостраиванием нелинейно эволюционирующих структур и высшими проявлениями творческой интуиции человека. При этом в неживой природе пока можно говорить лишь об аналоговых моделях поведения сложных самоорганизующихся систем. А путь от таких аналоговых моделей объекта, особенно в такой сложной, экстравагантной области, подобен пути «через тернии к звездам». Отсутствуют, по мнению М.А. Дрюка, «какие-либо основания проводить под знаком глобального эволюционизма идею чистейшего физического редукционизма, суть которого в том, что законы развития живого и неживого во многом сходны и ведут через самоорганизацию к самоусложнению систем» Указ. соч. - С. 106-107..

Живая система использует всю накопленную в течение процесса эволюции информацию и способна к воспроизводству. Она является одновременно приемником, хранилищем и передатчиком информации разного рода, в том числе и генетической, и поскольку эти ее функции определяют смысл ее существования, реакции такой системы на изменения внешних условий оптимальны. Самоорганизующиеся же системы, получая ограниченную информацию из локального пространственно-временного источника, ведут себя квазиоптимальным образом. «Живые системы отличаются от самоорганизующихся, по крайней мере, в двух аспектах: 1) для выработки оптимальных реакций они используют всю накопленную в течение процесса эволюции и закодированную на генном уровне информацию; 2) они способны к воспроизводству.

Понятие оптимальности реакции предполагает выбор такого пути развития, который обеспечивал бы продолжение жизни и ее воспроизводство. Разумная система в дополнение к этим качествам обладает еще и способностью прогнозировать развитие событий во внешней среде и принимать решения относительно выбора своих ответных реакций, поскольку отличает себя от среды. Более того, разумная система способна прогнозировать свои взаимоотношения с изменчивой средой и перестраивать ее в соответствии с собственной оценкой целесообразности таких действий. Степень разумности определяется масштабами планируемых перестроек окружающей среды и количеством учитываемых при этом факторов» Латыпов Н.Н., Бейлин В.А., Верешков Г.М. Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. - М., 2001. - С. 155..

Другой видный теоретик самоорганизации немецкий ученый М. Эйген доказал, что открытый Ч. Дарвином принцип отбора продолжает сохранять свое значение и на микроуровне. Поэтому он имел все основания утверждать, что генезис жизни есть результат процесса отбора, происходящего на молекулярном уровне. Он показал, что сложные органические структуры с адаптационными характеристиками возникают благодаря эволюционному процессу отбора, в котором адаптация оптимизируется самими структурами. «Предпосылками для осуществления такой самоорганизации макромолекул являются взаимодействие системы со средой или открытость для обмена веществом и энергией, автокатализ, мутации и естественный отбор» Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. - М.: Мир, 1973. - С. 286. Молекулярная самоорганизация и ранние стадии эволюции // Успехи физических наук. 1973. Т. 109. - С. 545-589..

Таким образом, медленно, но неуклонно в разных направлениях науки формировалось убеждение, что во всех этих исследованиях существует единое концептуальное ядро, которое служит общей их основой, оно и составляет парадигму исследования процессов самоорганизации. Если в кибернетике акцентируется внимание на анализе динамического равновесия в самоорганизующихся системах и делается упор на принцип отрицательной обратной связи, согласно которому всякое отклонение системы корректируется управляющим устройством после получения информации об этом, то в синергетике, в противоположность кибернетике, исследуются механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в процессе самоорганизации, а не сохранения или поддержания старых форм. Поэтому она опирается на принцип положительной обратной связи.

С понятием самоорганизации связывают некоторые надежды в плане объяснения содержания космологического антропного принципа. Полагают, что в рамках широкой теории, описывающей процессы организации в системе Вселенная-человек, антропный принцип получит объяснение или даже будет возведен в ранг закона. Подобная надежда обусловлена тем, что в современную эпоху можно констатировать наличие определенного результата такой самоорганизации. Тот факт, что жизнь, разум пришли к современному состоянию своих отношений с окружающей природой в процессе организации, не вызывает сомнений, исходя из исторического анализа этой организации на уровне геогенеза, биогенеза, социогенеза.

Современная космология показывает, что самоорганизация в системе Вселенная-человек имела место лишь на позднем этапе эволюции Вселенной. Полезно соотнести пространственно-временные масштабы процессов, происходящих на ранних стадиях эволюции Вселенной и в поздние эпохи, чтобы раскрыть эвристические возможности применения идеи самоорганизации для совместного объяснения космогенеза и биогенеза. Из результатов космологии с очевидностью следует, что собственно биогенез (как процесс развития и эволюции той формы живого, с которой человек имеет дело в масштабах Земли) мог начаться только после того, как во Вселенной возникли структуры типа галактик, звезд, планет.

Образование последних стало возможным только после отделения вещества от излучения. Из рассмотрения шкалы характерных этапов космологической эволюции легко вывести, что эпоха, в которую произошло образование крупномасштабной структуры Вселенной, галактик, звезд и планет, занимает малую часть всей шкалы эволюции (для наглядности можно привести такие две цифры: с момента отделения вещества от излучения до современного состояния Вселенной характерный пространственный масштаб увеличился в десять раз; с момента же начала космологического расширения, описываемого классической физикой, до современной эпохи тот же пространственный масштаб увеличился в 1061 раз). То же можно сказать и в отношении биогенеза. При всей концептуальной «мощи» теории самоорганизации, которая, по мнению некоторых ученых, призвана дать картину становления всей конкретной формы существования материального мира во всех ее проявлениях, в том числе и земной самоорганизации всей астрономической Вселенной. Оказалось, что она может быть эффективной только в ограниченном пространственно-временном масштабе.

При этом точку зрения, что общие законы, характеризующие целостные аспекты эволюционного процесса, проявляясь через физические свойства, могло обусловить существование в сверхплотном начальном состоянии многих потенций дальнейшей эволюции (в том числе возникновения жизни, разума), следует понимать только так, что начальные условия для процесса самоорганизации в системе Вселенная-человек определяются результатом космологической эволюции на момент времени отделения вещества от излучения, то есть определенным набором сформировавшихся к тому времени физических постоянных.

Поскольку космология пытается реконструировать эволюцию Вселенной, используя в качестве исходных данных современные значения наблюдаемых астрономических параметров, и строит теорию так, чтобы в процессе динамического развития из некоторого исходного состояния можно было вывести её современное состояние, то начальные условия самоорганизации действительно можно считать, с одной стороны, заложенными в начале расширения, а с другой стороны - обращенными во времени конечными условиями, соответствующими современной эпохе. Однако эти начальные условия не содержатся в теории, а являются начальными данными для самой теории.

Из приведенных рассуждений следует, что понятие «самоорганизация» может играть эвристическую роль при построении теории, объясняющей одновременно эволюционные процессы в системе Вселенная-человек, однако для построения такой теории требуются данные, находящиеся в информационной области этой теории. Такая информация конкретизирует в объектном аспекте уникальный характер самоорганизации, тем самым предметная область, подлежащая исследованию, сужается, становится конечной. На этом основании можно утверждать, что понятие «глобальный эволюционизм», предсказывающее понятие «самоорганизация», имеет объективный аналог. На самом деле, на каждом фиксированном этапе естественно-научного исследования понятие «глобальный эволюционизм» присутствует неявно в относительно универсальных понятиях, которые отражают наиболее существенные свойства объективной реальности.