Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Теоретико-методологические основания исследования коэволюции микро- и макромира 16
1.1. Методология парадигмы синергетики 16
1.2. Фрактальность диссипативных структур микро- и макромира 37
1.3. Теория катастроф как теория диссипативной самоорганизации микро- и макромира 55
ГЛАВА II. Онтологические основания синергетической парадигмы коэволюии микро- и макромира 75
2.1. Формы коэволюции микро- и макромира 75
2.2. Процессы самоорганизации макромира на разных этапах эволюции 102
2.3. Проблема коэволюции микро-макро асимметричной Вселенной 124
Заключение 153
Литература
- Фрактальность диссипативных структур микро- и макромира
- Теория катастроф как теория диссипативной самоорганизации микро- и макромира
- Процессы самоорганизации макромира на разных этапах эволюции
- Проблема коэволюции микро-макро асимметричной Вселенной
Фрактальность диссипативных структур микро- и макромира
Феномен подобности объектов самой различной природы, пространственной повторяемости получил название фрактальности. В.В.Тарасенко1 расширил поле приложений фракталов, методов их изучения с логикой. Фрактальный подход привел к новым интерпретациям картины мира в философии, новым результатам в космологии и физике элементарных частиц. В.С. Готт, А.Ф. Перетурин2 в XX в. занимались изучением процессов усложнения и развития материи, исследовали вероятностный переход возможности в действительность.
В диссертационном исследовании мы опирались на философские концепции и теоретические положения Г.Г. Малинецкого, Е.И. Князевой, С.П.Курдюмова, В.П. Бранского, С.Д. Хайтуна, К.Х. Делокарова, Н.Н.Моисеева, В.В. Тарасенко, В.Г. Буданова, В.С. Степина, Р.Е. Ровинского, А.П. Назаретяна, В.А. Амбарцумяна, Э.М. Чудинова, Г.И. Наана, В.С.Барашенкова, А. Турсунова, А.Д. Урсула, М.А. Дрюка, С.А. Лебедева, А.М.Коршунова3 и др.
Нам оказались полезными идеи философов Республики Башкортостан: Б.С. Галимова, А.Ф. Кудряшева, А.В. Лукьянова, Р.Х. Лукмановой, Н.М.Урманцева1 и др. В синергетической парадигме процесса коэволюции микро- и макромира существует еще ряд недостаточно исследованных аспектов, которые и составили проблемное поле настоящего диссертационного исследования.
В качестве объекта диссертационного исследования выступает синергетическая парадигма коэволюции микро- и макромира.
Предметом исследования являются онтологические и гносеологические аспекты синергетической парадигмы коэволюции микро- и макромира.
Цель исследования состоит в осуществлении философского анализа синергетической парадигмы коэволюции микро- и макромира. Реализация этой цели предполагает решение следующих задач исследования: - исследовать методологические основания парадигмы синергетики; - обосновать фрактальность диссипативных структур микро- и макромира; - проанализировать теорию катастроф как теорию диссипативной самоорганизации микро- и макромира; - выявить формы коэволюции микро- и макромира; - исследовать процессы самоорганизации макромира на разных этапах эволюции; - исследовать проблему коэволюции микро-макро асимметричной Вселенной.
Методологическая основа исследования. В основе методологии исследования лежит системный подход. В диссертационной работе используется метод междисциплинарного научного синтеза, синергетический подход, поскольку он раскрывает принципы самоорганизации системы. Автор применяет элементы диалектического подхода, принципы объективности.
Методология диалектики позволяет использовать фундаментальные философские принципы: всеобщей связи и развития, причинности, системности, анализа и синтеза, принципы самодвижения и самоорганизации.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: - доказано, что фундаментальным принципом синергетической парадигмы коэволюции микро- и макромира является онтологизация фазового перехода, в котором аттрактор становится базисом для другого фазового перехода, поскольку базис и аттрактор равнозначны в едином ступенчатом коэволюционном процессе развития; - выявлены особые связи у элементов диссипативной системы: коллективность, самоподобие, узнаваемость, а также отношение дополнительности теории фракталов и теории диссипативных систем; - определены детерминирующие факторы процесса коэволюции микро- и макромира, которыми являются базисные структуры микромира, поскольку диссипативные процессы протекают не только на макроуровне, но являются и микроскопическим феноменом, а также отношение дополнительности теории катастроф и теории диссипативных систем; - обосновано, что коэволюция самоорганизующихся диссипативных структур микро- и макромира происходит нелинейным образом в течение некоторого промежутка времени, а также позволяет описывать сложные системы посредством параметра порядка, циклически подчиняющего себе все другие компоненты их поведения; - обосновано, что эмерджентная коэволюция микро- и макромира приводит к усложнению взаимосвязей между элементами в структуре, увеличению информации о системе; - установлено, что процесс коэволюции микро- и макромира характеризуется фрактальным временем, что позволяет конструировать пульсирующие космологические модели микро-макро асимметричной Вселенной как сетевой организации сложной системы.
Положения, выносимые на защиту: 1). Исходя из единства микро- и макромира, синергетика акцентирует переход с бытия на становление. Принципы синергетики выступают в качестве методологических императивов. Основным подходом к решению глобальных проблем является поиск способов коэволюции сложных систем. С увеличением сложности системы, растет и ее неустойчивость. Поэтому важным сегодня становится поиск путей устойчивого коэволюционного развития материальных структур, находящихся на разных уровнях развития. В парадигме коэволюционной картины взаимосвязанные элементы рассматриваются как единая динамическая система. Вектор парадигмы коэволюции миро- и макромира стремится к устойчивому объединению простых структур в более сложные, что увеличивает темп их совместного развития. В рамках парадигмы синергетики происходит смена мировоззренческой ориентации научного сообщества. Это позволяет рассматривать теорию самоорганизации как новую научную парадигму.
Теория катастроф как теория диссипативной самоорганизации микро- и макромира
На философию постмодернизма оказывает большое влияние парадигма самоорганизации как междисциплинарная сфера научного знания2. При переходе системы от динамического режима одного семейства аттракторов, к семейству «хаотических» аттракторов говорят, что система испытывает бифуркации. Различают «мягкие» и «катастрофические» бифуркации3. Переход осуществляется непрерывно при «мягких» бифуркациях. И соответственно переход осуществляется скачком при «катастрофических» бифуркациях. Бифуркация может привести систему в новое устойчивое состояние.
Н. Новотны ввела понятие эмерджентного интерфейса4 для решения проблемы сложности. В изначальном физическом смысле интерфейс – это поверхность раздела двух фаз вещества или границей раздела живого и неживого. Нам думается, что она говорит о фазовом переходе, распространив его на социальные явления в том числе. Новотны приходит к выводу, что интерфейс порождает качественно новые свойства и эффекты, которые отличаются от свойств, ассоциированных с ним поверхностей. Эмерджентность означает возникновения свойств, объектов, которые ведут себя как «граничные объекты», но не имеют четкой границы, поэтому не поддаются категоризации и классификации. Рост сложности в данном случае происходит из-за трудностей интерпретации.
Фазовые переходы – это явления в природе, при которых происходит переход вещества из одного агрегатного состояния в другое или скачкообразное изменение свойств и характеристик вещества в момент фазового перехода1. Самой простой моделью фазовых переходов является модель Изинга2
Для описания процессов образования структур в процессе фазового перехода используется малое число моделей. Процессы самоорганизации, протекающие в фазовых переходах являются основным свойством изучаемых сред. В настоящее время некоторые ученые склоняются к тому, что теорию сложных систем можно рассматривать как общую теорию самоорганизации в средах различной природы. Однако нам думается, что такое явление как самоорганизация все-таки имеет право на существование и играет важную роль для объяснения многих процессов в различных сферах знания. В естествознании самоорганизация связана с турбулентностью. Модель турбулентности была предложена Л.Д. Ландау. Критерием между регулярной структурой и хаосом является устойчивость возникающих в процессе течения образований по отношению к малым возмущениям3. В свое время на связь между статистическим подходом и неустойчивостью указывал Анри Пуанкаре.
Установление общего темпа развития входящих в целое частей становится важным в синергетике4. Источником роста разнообразия форм организации материи становится бифуркационный механизм. Фазовый переход означает консервативную самоорганизацию для обратимых структур в состоянии равновесия. Фазовый переход необратимых структур – диссипативная самоорганизация. Различным аттракторам соответствуют паттерны фазовых переходов. Со временем, упорядоченное течение переходит в детерминистический хаос, соответствующий фрактальному аттрактору сложных систем5. Хаос выступает как механизм смены различных режимов развития системы, как средство усложнения организации переходов от одной устойчивой структуры к другой.
Открытость системы является необходимым условием для ее самоорганизации. Диссипативные процессы – макроскопическое проявление хаоса. Хаос на микроуровне – сила, выводящая на аттрактор1. Эффект создания структур в открытой нелинейной среде связан с локализацией диссипативных процессов на микроуровне системы.
Система, достигшая критического состояния иерархизации, становится неустойчивой. Далее происходит обратный процесс – распад сложной системы на более простые. Предельное состояние по отношению к иерархизации можно назвать простым аттрактором, а предельное состояние по отношению к деиерархизации – странным аттрактором. К простому аттрактору стремится порядок, а к странному – хаос. При чередования иерархизации и деиерархизации осуществляется суперотбор, в том числе и отбор самих факторов отбора2. Энтропия является физической величиной, характеризующей близость системы к хаосу3. В синергетике этот принцип возрастания энтропии обобщается на изолированные системы произвольной природы. Динамику открытой физической системы можно представить, как последовательное изменение положения фазовых точек. Траектории движения таких фазовых точек называются фазовыми кривыми.
Процессы самоорганизации макромира на разных этапах эволюции
В ХХ в. Анри Пуанкаре предложил программу изучения нелинейных систем. Одним из направлений синергетики является исследование бифуркаций. Бифуркация – изменение числа решений при вариации параметров исследуемых уравнений. Этот термин введен К. Якоби еще в 1834 г. А.Пуанкаре предположил, что в огромном множестве нелинейных систем число бифуркаций для них невелико. Развитие теории катастроф подтверждает эту идею.
Возьмем реальный газ, находящийся при температуре, близкой к критической, при которой могут образовываться мельчайшие капельки жидкости. Капельки жидкости представляют собой сгустки молекул, т. е. являются флуктуациями плотности. В идеальном газе эти сгустки молекул неустойчивы, тогда как в реальном газе, вследствие взаимодействия между молекулами, они образуют достаточно устойчивые комплексы связанных между собой частиц. При малом понижении температуры (ниже критической) и уменьшении объема, занимаемого газом, флуктуации начинают разрастаться, и газообразное вещество превращается в жидкость, т. е. переходит в новое состояние. Разрастание флуктуаций возможно в открытых системах, находящихся в сильно неравновесном состоянии, причем между элементами системы должно существовать согласованное взаимодействие. Процесс образования новых структур в результате согласованного действия их элементов называется самоорганизацией. Свойство самоорганизовываться есть у системы в целом, но нет у отдельных ее частей. Образование капелек из пара – самоорганизация первого типа – представляет собой образование структур из первично однородно распределенного вещества. В результате самоорганизации первого типа образуются статические структуры. Самоорганизация второго типа представляет собой образование качественно новых структур. Это временные и пространственно-временные структуры – паттерны, которые требуют постоянной подпитки энергией и обмена веществом. Такие структуры являются динамическими и являются диссипативными структурами. Например, превращение ламинарного течения в турбулентное, намагничивание или потеря намагниченности вещества, изменение агрегатных состояний, электризация, изменение симметрии кристалла.
Во всех этих случаях происходит самоорганизация. Для протекания процесса самоорганизации необходимо, чтобы выполнялись следующие условия: открытая система должна находиться в сильно неравновесном состоянии; между элементами системы должна существовать сильная нелинейная связь, которая определяет коллективность, кооперативность, согласованность движения; система должна иметь достаточно высокий уровень флуктуации, склонной к разрастанию; система должна быть склонна к бифуркациям. Приток энергии к системе должен обеспечить достижение системой критического состояния (точки бифуркации) с последующим выходом из этого состояния скачком по типу фазового перехода. В теории самоорганизации под структурой понимают всякое установление состояния упорядоченности не только в пространстве, но и во времени. Важнейшими характеристиками диссипативных структур являются: время жизни, область локализации и фрактальная размерность. Приведенные выше условия характерны для работы тепловых насосов, являющихся ярким примером возникновения таких структур в условиях фазовых самоорганизующихся процессов испарения-конденсации. Этот самоорганизующийся природный процесс используют в качестве рабочего процесса в тепловых насосах и холодильных машинах, где отдельные более быстрые молекулы, имеющие наноразмеры, преодолевая поверхностное натяжение жидкости, самопроизвольно превращают ее в пар или газ1. Унося часть энергии, отобранной от жидкости, они могут передать ее при конденсации в другом месте. Затрачивая работу на замкнутое перемещение жидкости и пара можно передавать теплоту от менее нагретого тела к более нагретому. Это открытие сделал в 1752 г. лорд Томсон-Кельвин, назвав его динамическим отоплением. Такой вид обогрева, реализованный в тепловом насосе, позволяет использовать теплоту среды для обогрева.
Тогда чем можно объяснить необычно высокую эффективность использования тепловым насосом энергоносителя – электрической энергии. Это можно объяснить только использованием в нем рабочего процесса, принципиально отличающегося от рабочего процесса традиционной тепловой машины – термодинамического цикла Карно, основанного на использовании температурного градиента. Этим рабочим процессом теплового насоса и холодильной машины является самоорганизующийся природный процесс – фазовый переход испарение-конденсация. Он обеспечивает возможность использования этими преобразователями теплоты среды, что дает принципиальное повышение (в разы по сравнению с традиционными тепловыми машинами) эффективности использования энергоносителя. Когда философ интересуется какой-то частью науки, его задача состоит в том, чтобы выделить исходные понятия, проверить, определяются ли должным образом все другие понятия через исходные, выделить аксиомы, теории, убедиться в том, что множество аксиом непротиворечиво, интерпретировать аксиомы и построить модели, обнаружить недочеты в построении теории. Владение философией относится к языку, средство анализа языка – логика, философия отождествляется с логикой. В данном параграфе мы рассмотрим математическую теорию катастроф и теорию диссипативных систем и попытаемся выяснить, упирается ли проблема соотношения теорий в процесс их столкновения или они взаимодействуют по принципу дополнительности научных программ.
Проблема коэволюции микро-макро асимметричной Вселенной
Поскольку философский принцип причинности можно рассматривать как следствие принципа несотворимости и неуничтожимости материи и движения, проявляющегося в виде разнообразных законов сохранения, без анализа специфики квантовых законов сохранения не может получить должного решения и проблема причинности в микромире. Интерес представляет специфика проявления в микромире присущего всей материи общего свойства отражения и передачи информации. Существенное отличие квантово механической интерпретации показаний приборов от принятой в классической физике неоднократно обсуждалось в литературе (в работах Н. Бора, В.Гейзенберга, Л.И. Мандельштама, В.А. Фока, Д.И. Блохинцева, М.Э.Омельяновского и др.)1. Особенности квантово-механической интерпретации показаний приборов определяются спецификой законов сохранения в микромире. Комплекс философских проблем физики микромира внутренне связан с природой законов сохранения микромира, специфика которых, в философском плане исследована еще мало.
Исследование Солнечной системы космическими аппаратами позволило заново открыть планеты, известные с древности. До последнего времени исследовался только один объект – Солнечная система. В последние годы удалось открыть планетные системы и у других звзд. Изучение этих новых объектов позволит продвинуться в понимании нашей собственной планетной системы. Физические процессы, действующие в Солнечной системе, контролируются многообразием различных факторов, которые определяли е возникновение и эволюцию и действуют вплоть до нашего времени.
Существует «стандартная» аккреционная модель формирования планет в которой сохраняются противоречия в связи с открытием экзопланет. В самых общих чертах схема аккреционной теории подтверждается наблюдениями, в том числе, на космическом телескопе им. Хаббла. Обнаружено около 150 протопланетных дисков, дающих представление о том, как выглядела протосолнечная туманность 5 млрд. лет назад. Дальнейшее исследование протопланетных дисков обнаружило серьзные противоречия с аккреционной теорией. В конце XX в. была предложена гипотеза гравитационной нестабильности. Согласно этой гипотезе, возникающие в протопланетном диске нестабильности могут вызвать гравитационный коллапс, способный образовать планету всего за 10-50 тыс. лет. Аккреционная теория разработана более детально, но и е радикальная ревизия стала неизбежной, прежде всего в отношении временной шкалы явлений1. Проблема заключается в том, что газовая составляющая протопланетных дисков (водород с примесью гелия) довольно быстро диссипирует, сохраняясь в количестве, достаточном для образования планет-гигантов, не более 3 млн. лет, а через 10 млн. лет газовая составляющая исчезает почти полностью, тогда как аккреционная теория требовала для образования планет около 100 млн. лет. В результате ревизии аккреционной теории стало понятным, что именно вода, другие летучие и так называемая «линия льдов» относятся к важнейшим факторам формирования будущей планетной системы.
В космогонии (науке о происхождении и эволюции Солнечной системы) есть множество белых пятен, устранение которых необходимо для понимания деталей эволюционного процесса. Среди проблем, стоящих перед современной планетной наукой, – исследование первородного вещества, из которого были созданы тела Солнечной системы. Образцы такого вещества сохранились в малых телах: астероидах, кометах и пылевой компоненте. Другой проблемой является поиск внеземной жизни либо е следов. Сейчас внимание исследователей направлено на те объекты, на которых имеются условия, необходимые для существования жизни. В современной астрофизике чрные дыры считаются привычными объектами1. Существует мнение, что чрная дыра расположена в ядре Галактики2. Чрные дыры также присутствуют в квазарах, вызывая их мощное излучение.
Во вращающейся чрной дыре, описываемой метрикой Керра, возникает феномен, который позволяет увидеть вс будущее внешней по отношению к чрной дыре Вселенной. Кроме горизонта событий, как и в случае метрики Шварцшильда, здесь появляется новый горизонт (горизонт Коши) внутри чрной дыры – это граница предсказания эволюции физических полей исходя из начальных данных во внешней по отношению к чрной дыре Вселенной. Будущее космонавта, пересекающего такой горизонт, непредсказуемо из его прошлого. В метрике Керра горизонт Коши представляет собой нулевую (светоподобную) поверхность. К этому горизонту космонавт может приблизиться после пересечения первого горизонта (горизонта событий). Показано3, что в момент пересечения поверхности горизонта Коши «перед таким наблюдателем развернтся панорама всей истории внешнего мира в виде вспышки лучей света с бесконечно большим фиолетовым смещением». Как утверждается в работе4, бесконечно большое фиолетовое смещение означает такую концентрацию энергии, которая «приведт к перестройке пространства-времени и к возникновению истинной сингулярности пространства-времени». Необходим анализ эволюции сингулярности под действием падающего в чрную дыру излучения. В книге И.Д. Новикова, В.П. Фролова показано, что если учесть гравитационные возмущения к метрикам Рейснера-Нордстрма или Керра, то поверхность горизонта Коши становится сингулярной – возникает новая сингулярность, отличная и от пространственно-подобной сингулярности в метрике Шварцшильда, и от временно-подобной сингулярности в метрике Керра.