Нелинейности процессов в природе и механизме эволюции живой природы

6. Нелинейности процессов в природе и механизме эволюции живой природы.

Одной из общих закономерностей развития природы и общества, которые выявлены в последнее время, является нелинейность процессов развития. Она еще не осмыслена философами и не нашла отражения в концептуальном аппарате диалектики.

Идея всеобщности нелинейных процессов в природе и механизме эволюции живой природы впервые была высказана советским физиком Львом Исааковичем Мандельштамом более 70 лет тому назад. Вскоре она подтвердилась в работах академика Рема Викторовича Хохлова по нелинейной оптике и нелинейной акустике.

В 1931 году Ларс Онсагер, норвежский физик – теоретик,1 открыл первые общие соотношения неравновесной термодинамики в линейной, слабо неравновесной области. Если равновесная термодинамика была достижением XIX века, то неравновесная термодинамика возникла и развивалась в XX веке. У истоков нелинейной термодинамики природных объектов лежит совершенно удивительный факт, который на первый взгляд легко принять за неудачу: несмотря на все попытки, обобщение теоремы о минимуме производства энтропии для систем, в которых энергетические потоки уже не являются более линейными функциями сил, оказалось невозможным. Вдали от равновесия природная система по – прежнему может эволюционировать к некоторому стационарному состоянию, но это состояние, уже не определяется с помощью выбранного потенциала аналогичного производства энтропии для слабо неравновесных состояний. До тех пор пока состояние природного объекта определяется минимумом потенциала производства энтропии, его устойчивость гарантирована. Но когда термодинамические силы, действуя на систему, становятся достаточно большими и вынуждают ее покинуть линейную область, гарантировать устойчивость стационарного состояния или его независимость от флюктуаций было бы опрометчиво.

Такого рода явления хорошо известны в гидродинамике – теории течений. Например, давно известно, что при определенной скорости ламинарное течение может сменится турбулентным. Древнегреческие атомисты уделяли турбулентному течению столь большое внимание, что турбулентность с полным основанием можно считать основным источником вдохновения физики Лукреция. Иногда, писал Лукреций, в самое неопределенное время и в самых неожиданных местах вечное и всеобщее падение атомов испытывает слабое отклонение – «клинамен». Возникающий вихрь дает начало миру, всем вещам в природе. Долгое время турбулентность отождествлялась с хаосом или шумом. Сегодня наука утверждает, что это не так. В макроскопическом масштабе турбулентное течение кажется совершенно беспорядочным, или хаотическим, в микроскопическом масштабе оно высокоорганизованно. Множество пространственных и временных масштабов, на которых разыгрывается турбулентность, соответствует когерентному поведению миллионов и миллионов молекул. С этой точки зрения переход от ламинарного течения к турбулентности является процессом самоорганизации материи.

Понятие «хаос» играло существенную роль в мировоззрении философов древности, в частности представителей школы Платона. Отмечу лишь два сформулированных ими положения, сохраняющих свое значение при использовании понятия «хаос» в современной физике.

Идеи нелинейности широко вошли в современную физику, в частности в физику плазмы, в квантовую теорию поля, в квантовую электронику, обеспечив успешное развитие лазерной техники

 По представлениям Платона и его учеников, хаос есть такое состояние системы, которое остается по мере устранения возможностей проявления ее свойств.

С другой стороны, из системы, находящейся изначально в хаотическом состоянии, возникает все, что составляет содержание мироздания. Роль творящей силы – творца – Платон отводил Демиургу, который и превратил изначальный Хаос в Космос. Таким образом, все существующие структуры порождаются из хаоса.

В физике понятия «хаос», «хаотическое движение» является фундаментальным.

Высокая упорядоченность, основанная на согласованном поведении миллиардов молекул в химических реакциях, кажется неправдоподобной, и, если бы это нельзя было бы наблюдать, вряд ли кто – нибудь поверил, что такой процесс возможен. Предположим, что у нас имеются молекулы двух сортов: «красные» и «синие». При их соединении из-за хаотического движения молекул можно было бы ожидать, что в какой – то момент в левой части сосуда окажется больше красных молекул, в следующий момент больше станет синих молекул и т.д. Цвет реакционной смеси с трудом поддается описанию: фиолетовый с беспорядочным переходом в синий и красный. Иную картину мы увидим на самом деле, так называемые «химические часы» вся реакционная смесь будет иметь синий цвет, затем ее цвет резко изменится на красный, потом снова на синий и т.д., через правильные интервалы времени.1

 Но химические часы – не единственный пример самоорганизации процессов в природе.

Процессы самоорганизации происходят постоянно во всех неравновесных условиях. Одни из них приводят к установлению химических колебаний, другие – к появлению пространственных структур.

Сегодня наукой установлено, что биосфера Земли в целом, и ее различные компоненты, живые и неживые, существуют в сильно неравновесных

условия. В этом смысле жизнь, заведомо укладывающаяся в рамки естественного порядка, предстает перед нами как высшее проявление происходящих в природе процессов самоорганизации. Недавно были открыты ископаемые формы жизни, обитавшие на Земле примерно в ту эпоху, когда происходило первое горообразование. Самые древние из известных ныне ископаемых жили на Земле 3,8х109 лет; возраст Земли считается равным 4,6х109 лет назад. Раннее зарождение жизни, является аргументом в пользу идеи о том, что жизнь – результат спонтанной самоорганизации, происходящей при благоприятных условиях.

Обобщая, выше сказанное, можно утверждать, что в сильно неравновесных условиях процессы самоорганизации соответствуют тонкому взаимодействию между случайностью и необходимостью, флуктуациями и детерминистическими законами.