Эко Мир

Архив статей
Категории
Вход
Вход в систему:
логин:
пароль:
»  Регистрация на сайте
»  Забыли пароль?
 
Статистика
пример самоорганизации в природе

Идея эволюции, впервые прозвучавшая в XIX в. в учении Ч. XX в. появилось новое научное направление – синергетика – теория самоорганизации, претендующая на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация, как в живой, так и в неживой природе. Следует отметить, что в классической науке (XIX в.) господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию, что в энергетическом смысле означало неупорядоченность, т.е. хаос. Такой взгляд на вещи сформировался под воздействием образцовой физической дисциплины – равновесной термодинамики. Дальнейшее развитие науки доказало, что материи присуща не только разрушительная, но и созидательная тенденция. Она способна самоорганизовываться и самоусложняться. Примерами таких процессов является эволюция Вселенной от элементарных частиц до сегодняшнего состояния, формирование живого организма, механизм действия лазера, рост кристаллов, рыночная экономика и т. д.

Изучение реакции Белоусова-Жаботинского имеет значение не только теории активных сред. Эта реакция используется как модель для исследования грозного нарушения работы сердца – аритмии и фибрилляций. А в недавнее время были начаты эксперименты со светочувствительной модификацией этой реакции, когда динамика в этой системе зависит от интенсивности света. Оказалось, что такую реакцию можно использовать как вычислительную машину для хранения и обработки изображения. Светочувствительная модификация реакции Белоусова-Жаботинского может служить прототипом вычислительного комплекса, который возможно, придет на смену ЭВМ.

В этой точке (ее называет точкой бифуркации) эволюционный путь системы как бы разветвляется, какая именно ветвь развития будет выбрана – решает случай! Но назад возврата нет. Процесс этот необратим. Развитие таких систем имеет принципиально непредсказуемый характер. Можно просчитать варианты ветвления путей эволюции системы, но какой именно из них будет выбран случаем – однозначно спрогнозировать нельзя.

Следовательно, формирование диссипативных структур можно представлять как самоорганизацию, лишь в смысле перехода некой среды (потока) из одного состояния в другое — из менее упорядоченного во внешне более упорядоченное, которое к тому же не является новационным. С внешне формальной стороны (то есть не по своей природе) образование диссипативных структур не отличается от других примеров образования волн и периодических колебаний в физических и химических средах.

Первый приходящий на ум пример, иллюстрирующий рассматриваемую чистую схему самоорганизации (то есть, как самосборки) — это процесс кристаллизации. Вообще, самоорганизацию кристаллов можно рассматривать как частный случай самопроизвольного образования систем из атомов химических элементов. То есть все химические реакции, в результате которых образуются молекулы (структурированные системы атомов), можно рассматривать как примеры чистой самоорганизации.

И возвращаясь опять к синергетике, повторю главные выводы из предшествующих суждений. Применить формализм самоорганизации диссипативных структур к новационному появлению и последующему воспроизводству биологических или социумных систем принципиально невозможно, поскольку последние не являются средами со стохастически распределенными элементами, а представляют собой сложные системы с фиксированными структурами. И вообще, самостоятельную проблему самоорганизации систем выделить трудно — она распадается на ряд специально научных проблем: воспроизводство локальных систем, новационный системогенез, то есть появление систем de novo, и проблему новационно-эволюционного становления Мира. (О варианте разрешения проблемы самоорганизации см. сужд.)

Можно привести примеры самоорганизации и из области физики. К таковым можно отнести объединение разрозненных элементарных частиц (нуклонов и электронов) в атомы, образование спутниковых гравитационных систем — вращающихся друг вокруг друга массивных тел.

Многошаговые процессы с оптимизацией некоторой целевой функции, подобные эволюции и самоорганизации тезауруса, часто встречаются в задачах динамического планирования, распределения ресурсов, оптимизации транспортных перевозок и др. Реализация первого способа возможна в конечных алгоритмах динамического программирования с известной целью и результатом оптимизации (экспертные системы, интеллектуальные игры и др.). Второй способ оптимизации проще, менее рискованный, чем первый, особенно при неопределенно большом числе шагов и неопределенном конечном результате оптимизации. Обратим внимание, что задачи распределения ресурсов и оптимизации транспортных перевозок, по существу, являются основными в биологических и интеллектуальных процессах метаболизма. Соответственно, мало оснований полагать, что природа для решения задач самоорганизации выбирает сложные пути (созидание) вместо простых (эволюция). Наблюдаемая сложность природы изначально проста. Задача рациональной науки – понять эту простоту.

Строго говоря, этапы самоорганизации и самообучения системы не поддаются разделению во времени, характер отношений между ними – диффузный. Действительно, организация (упорядочивание) как ограничение разнообразия невозможно без познания последнего, без поиска и отбора ценных данных, без использования первичных механизмов памяти. Самоорганизация не прекращается на этапе самообучения, как при освоении приобретенных метаболитов не прекращаются обменные процессы между системой и средой. В связи с этим при рассмотрении процесса самообучения вряд ли есть смысл отделять его от самоорганизации. Этапы самообучения (запоминание, восприятие, усвоение и др.) можно интерпретировать как самоорганизацию тезауруса. На информационном уровне важно лишь учитывать, что процесс самообучения складывается из усвоения (запоминания), хранения и воспроизведения знаний. Если нарушен хотя бы один из этих этапов, самообучение может не состояться.

Самообучение системы начинается после приобретения ею от среды порции информационного разнообразия в виде некоторых данных, ценность которых неизвестна. Алгоритм самообучения состоит в отборе данных по некоторым критериям ценности и в связывании отобранных данных, ценных для системы, в информацию – первичное знание о приобретенном разнообразии. Это знание помещается для хранения в тезаурус (базу знаний), который был создан системой в своей памяти на самом раннем этапе самоорганизации. Однако самообучение на этапе связывания ценных данных не заканчивается. Подпрограмма селекции по критериям ценности продолжает работать, "осмысливая" первичное знание, ибо смысл знания – конечная цель самообучения. В результате система "познаёт" приобретенное информационное разнообразие и за счет этого увеличивает свою внутреннюю информацию (самопознание).

Конечно, обнаружение прироста разнообразия и обнаружение сигнала связи не одно и то же. В частности, однозначно утверждать, что порог обнаружения прироста разнообразия в развивающихся системах изменяется только в сторону повышения, было бы, по крайней мере, неосторожно. Если система способна развиваться бифуркационно, то бифуркации, резко изменяющие закономерное развитие или стагнацию системы, могут случиться в любой момент времени и дать толчок как увеличению, так и уменьшению чувствительности системы к изменению разнообразия. Выявить механизмы порогового обнаружения изменения распознавания не так-то просто. Но они существуют, если верить результатам тонких термохимических исследований живой клетки биологами. Эти механизмы объединяют с обнаружением сигналов общие объективные ограничения – наличие помех и конечного порога обнаружения. Внутренние и внешние шумы, наряду с ухудшением качества обнаружения прироста разнообразия, ухудшают и избирательность алгоритмов распознавания и классификации новых элементов системы, т.к. в шумах "размываются" границы между характерными признаками этих элементов, что справедливо для любых алгоритмов и их схемных решений, будь то алгоритмы наблюдения, мышления, познания или игры. Конечный порог обнаружения не позволяет распознать слишком малый (субпороговый) прирост разнообразия, меньший уровня порога; система способна распознать новое разнообразие и адекватно отреагировать на него порцией информации, если оно отличается от прежнего разнообразия не менее чем на конечную величину порога обнаружения.

        С физической точки зрения, когда в жидкости возникает конвекция, при которой ансамбли из миллионов молекул внезапно приходят в согласованное движение, образуя конвективные ячейки в форме правильных шестиугольников, означает, что большинство молекул начинают двигаться с почти одинаковыми скоростями. Однако такое поведение молекул противоречит и положениям молекулярно-кинетической теории, и принципу порядка Больцмана из классической термодинамики. Почему же беспорядочное движение молекул резко изменило свою хаотичную природу? И.Пригожин рассматривал неустойчивость Бенара, как яркий пример спонтанной самоорганизации структур, или образование порядка из хаоса. Он характеризует возникшую ситуацию как флуктуацию, стабилизируемую путем обмена энергией с внешним миром. Причем Пригожин предполагает, что, если в классической термодинамике тепловой поток считается источником потерь (диссипации), то в ячейках Бенара он становится источником порядка.

        Однако помимо диссипативной энергии существует еще и динамическая энергия, которую время переносит от системы к системе, по утверждению Козырева.  Во всех рассматриваемых нами примерах самоорганизации время играет структурообразующую роль. Порядок из хаоса возникает благодаря волнам времени, которые втекают в систему в виде динамической энергии. Неся в себе колебательную природу движений, волны времени оказывают влияние на материю на молекулярном уровне. В некоторых случаях хаотичное движение молекул в условиях резонанса становится циркулирующим и упорядоченным в пространстве, в других – периодичным во времени, в-третьих – возникают неподвижные картины интерференции, как при воздействии на биологические системы. Этот принцип проявляется на всех уровнях мироздания.

        Пригожин показал, для того, чтобы в некоторой системе начались процессы самоорганизации, она должна быть, как минимум выведена из стабильного, равновесного состояния. В ячейках Бенара неустойчивость имеет простое механическое происхождение. В химических системах ситуация сложнее. Здесь стационарное состояние системы представляет собой ту стадию ее развития, когда прямая и обратная химические реакции взаимно уравновешиваются и изменения концентрации реагентов прекращаются.

        Понятно, что главную роль во всех этих процессах играет превращение энергии. Но ученые давно обнаружили, что все виды энергии, в конечном счете, превращаются в тепловую энергию, которая в дальнейшем рассеивается в пространстве. Такую энергию назвали диссипативной. Это наблюдение легло в основу основного физического закона термодинамики, которое получило название второго начала. (Естественно, что первым началом термодинамики является закон сохранения энергии). Так вот, второе начало термодинамики устанавливает, что все процессы в природе самопроизвольно могут происходить только с увеличением хаоса и беспорядка. Хочу подчеркнуть, что закон только устанавливает этот факт, но никак не объясняет. В дальнейшем был введен термин – энтропия, который количественно характеризовал меру хаоса в системе. Поэтому второе начало стало звучать несколько иначе, а именно, все процессы самопроизвольно могут идти только в сторону увеличения энтропии, т.е. в сторону увеличения беспорядка и хаоса.

546.001ms

Похожие статьи
Популярные статьи
Поиск
Опрос
Помогла ли Вам информация, размещенная на этом сайте?
Всего ответов: 76
Реклама от Google

Организация Объединенных наций в 2002 году объявила о своей новой поставленной цели. В чем же она заключалась? В том чтобы к концу десятилетия снизить, насколько это будет возможным, темпы исчезновения многих видов и природных экосистем. В связи с этими событиями, 2010 год был официально признан Международным годом био-разнообразия.

Но несмотря на все усилия, которые были предприняты, поставленная цель так и не была достигнута в 2010 году. "Би-би-си" писала о том, что большинство видов животных и растений, в связи человеческой деятельностью, вымирают в 1000 раз быстрее, чем если бы это происходило естественно. А газета "Нью Зиленд геральд" и вовсе заявляла о конкретных данных. Заключались они в том, что каждое пятое растение, каждая седьмая птица, каждое пятое млекопитающие, каждое третье земноводное — все они находятся под угрозой вымирания. Есть о чем задуматься, правда?

Наша планета умирает на глазах. Скольких видов животных и растений уже давно не существует в реальности. Мы можем теперь только их разглядывать на картинках или читать про них в книгах. Но процесс исчезновения еще не остановился. Более того, можно сказать, что он набирает обороты. Каждый день, каждый час — на нашей Земле исчезает бесследно еще один какой-нибудь вид. К примеру, по статистике девять птенцов киви из десяти не доживают года. Плачевно!

И виной всему этому становимся мы - люди. Конечно многие могут подумать, что основная проблема — это многочисленные заводы и предприятия. Бесспорно — они губительно влияют на окружающий нас мир. А если подумать о каждом человеке в отдельности? О себе лично? Что я делаю для того чтобы природа вокруг меня не исчезала? Как я отношусь к миру, который меня окружает? Ведь последнее время куда не посмотри — везде мусор! А что твориться на побережьях, в лесу, в местах отдыха? Порой ступить не куда, так как везде бутылки, окурки и т. п. На этими вопросами необходимо задуматься каждому человеку.

  В начале статьи мы говорили о том, что ООН предпринимала шаги, чтобы остановить вымирания видов на Земле, но цели не достигло. И это произошло только потому, что всем людям надо этого захотеть и предпринять определенные шаги. Только в этом случае возможно мы еще сможем уберечь то, что осталось на сегодняшний день в окружающим нас мире.
World-ECO.ORG © 2015 Правила пользования сайтом