Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

В.С. Голубев
Структурная энергия и социоприродная эволюция

Oб авторе


Структурная энергия соотносится с работой «сборки» эволюционирующей системы из простых веществ. Критерий эволюции – рост структурной энергии. Согласно триалектике прогресс реализуется на основе разрешения существующих в мире противоположностей путем их гармонического синтеза. Эргодинамическая модель рассматривает жизнь как аккумулирование свободной энергии источника в форме структурной энергии. Предложены уравнения, описывающее изменение со временем структурной энергии живых систем.

Ключевые слова: эволюция, прогресс, регресс, триалектика, структурная энергия.


Постановка проблемы

Проблеме эволюции посвящено бездна исследований. Особняком в них стоит направление, основанное на эргодинамическом (энергетическом подходе) [1-4]. Cпецифика данного подхода состоит, в частности, в следующем. Вводится новая величина – структурная энергия, являющаяся главной количественной характеристикой развития. Доказывается, что отправной точкой прогрессивного развития на Земле являются некоторые процессы неживой природы, в частности, рудообразование на подвижном геохимическом барьере [2] (заметим, что возможность прогрессивного развития в неживой природе отвергалась многими исследователями, в том числе, В.И.Вернадским). Тем самым показывается, что нет неодолимого разрыва между неживой и живой природой.

Цель данного сообщения: 1) дальнейшее развитие теории социоприродной эволюции на основе ее синтеза с триадной парадигмой развития; 2) разработка эргодинамической модели жизни.


Эволюция и триадная парадигма развития

Обычное определение развития как направленного движения от простого к сложному, от низшего к высшему, от менее упорядоченного к более упорядоченному является эмпирических обобщением, основанным на данных естественных и общественных наук. Данное обобщение теоретически описывается в терминах удельной (в расчете на единичную составляющую системы) структурной энергии Ф. Условием прогресса является ее рост со временем t [1]:


dФ/dt > 0       (1)


Структурная энергия соотносится с работой термодинамически обратимого процесса «сборки» эволюционирующей системы из «простых веществ». Удельная структурная энергия относится к системе, имеющей однородные составляющие и дается в расчете на одну составляющую.

Структурная энергия является потенциалом эволюции: чем она больше, тем большую работу (при прочих равных условиях) совершает система. Мир энергий триадичен. Для его полной характеристики, наряду с кинетической и потенциальной энергией, следует дополнительно использовать структурную энергию. Если кинетическая и потенциальная энергия характеризуют действующие и возможные количественные изменения в системе, то структурная энергия – характеристика качественных изменений эволюционирующей системы. Мир, где действует только кинетическая и потенциальная энергия, это – не эволюционирующий мир. Мир систем, обладающих структурной энергией, – эволюционирующий мир.

Рассчитать структурную энергию в энергетических единицах (Дж, эрг) удается лишь для некоторых простых систем (структурная энергия рудообразования, фотосинтеза) [2]. Между тем, человечество через рынок выработало способ определения ценности того или иного объекта (фактически, запасенной в нем структурной энергии) в категориях стоимости. Поэтому структурная энергия выражается нами и в стоимостных единицах (долл., долл./чел. и др.).

Следующие три эмпирических обобщения касаются механизма реализации условия (1).

1) Бытие (реальное или идеальное) есть одновременное сосуществование, единство противоположностей.

2) Движение от одной противоположности к другой есть последовательность трех стадий: сначала прогресс, затем равновесие (Ф = Фmax) и, наконец, регресс.

3) Максимальный прогресс (Ф = Фmax) отвечает рождению «нового» (состояние равновесия) путем разрешения противоположностей на основе их гармоничного синтеза.

4) Три составляющих развития – две противоположности и «новое» – означают, что мир функционирует на основе триалектики.

В свете изложенного условия (1) не достаточно для характеристики социоприродного развития. Оно констатирует неограниченный прогресс, что противоречит эмпирическим обобщениям феномена эволюции. В общем случае имеем три стадии развития эволюционирующей системы:


прогресс            dФ/dt > 0, (0 < t < T1);        (2)

равновесие        dФ/dt=0, (Т1 < t < T2);        (3)

регресс             dФ/dt < 0, (t > T2),              (4)

где (Т2 Т1) – длительность равновесной стадии.


Выведем уравнение, описывающее изменение структурной энергии эволюционирующей системы. Проблема заключается в том, чтобы найти приемлемый способ описания триадной парадигмы. Положим, имеется величина n, в единицах которой измеряется разрешающаяся противоположность. Например, противоположность государственная-частная собственность – в их долях, богатство-бедность – через децильный коэффициент и т.п.

В данном случае координата n выступает как независимая переменная, так что вместо (1) имеем, согласно триалектике, следующие условия:


dФ/dn > 0, (0 < n < n0);

dФ/dn<0, (n0<n<nmax),        (5)

где nmax – максимальное значение n, отвечающее одной из противоположностей (eсли n в долях, то nmax = 1); n0 – отвечает гармоническому синтезу противоположности (равновесию, когда структурная энергия максимальна).


При n < n0 имеет место прогресс, при n > n0регресс. Будем рассматривать эволюцию условно как процесс концентрирования «рассеянного вещества» Земли и использовать для ее описания известное из термодинамики выражение для работы концентрирования [2]. Используя этот подход, запишем выражение для элементарной работы эволюции (на единичном пути эволюции) в виде:


А0 = а ln(nmax/n), а = const.        (6)


Тогда работа на пути (0 – n) будет:


A = an ln(nmax/n).        (7)


При этом структурная энергия системы Ф увеличивается на величину произведенной работы, так что будем иметь:


Ф = Ф0 + an ln(nmax/n).        (8)


Уравнение (8) дает максимум Ф, отвечающей значению n = n0:


n0 = nmax /e.        (9)

где е = 2,718… – число Непера.


Координата n0 делит путь эволюции в пропорции 0,37:0,63, близкой пропорции «золотого сечения» (0,38:0,62).

Уравнение (8) дает описание триадной парадигмы, включающее в себя характерные ее свойства. А именно, при движении от одной противоположности к другой прогресс сменяется регрессом. В состоянии гармонического равновесия противоположностей структурная энергия системы максимальна. Координата равновесия отвечает соотношению, практически совпадающему с «золотой пропорцией».

Изложенное позволяет обсудить соотношение триалектики и диалектики. Диалектика рассматривает развитие на основе принципа единства и «борьбы» противоположностей. Триалектика трактует развитие как разрешение противоположностей путем рождения «нового», являющегося гармоничным синтезом разрешающихся противоположностей.

Триалектика является более продвинутым знанием по сравнению с диалектикой, поскольку она дополнительно, по сравнению с диалектикой, описывает феномены компромисса и гармонии. Диалектика снимается триалектикой. При этом диалектика выступает как частный случай триалектики. Развивая Гегеля, Фридрих Энгельс сформулировал три закона диалектики. Первый закон «единства и борьбы противоположностей» является частным случаем триалектики, когда противоположности не разрешаются. Триадная парадигма развития при отсутствии компромисса вырождается в диадную. Второй закон диалектики «переход количественных изменений в качественные» также включен в триалектику. Количество – это компромиссы, их накопление, качество – переход от компромиссов к гармонии («совершенному компромиссу»). Возникновение «нового» происходит путем накопления, углубления компромисса и, наконец, обретения нового качества – состояния гармонии. Наконец, третий закон диалектики «развитие как отрицание отрицания» содержит три составляющих: тезис – антитезис – синтез и поэтому относится, по существу, к триалектике.

Обсудим следующую проблему, которая не рассматривалась в наших более ранних работах. Мы рассматриваем национальное богатство (страновый капитал) как структурную энергию социума, включая в него частные капиталы: физический, человеческий, социальный, культурный, природный, демографический, финансовый [1-4]. Но структурная энергия, как свободная энергия, аккумулированная социумом, включает в себя и другие составляющие, в частности, все то, что составляет военно-промышленный комплекс (ВПК). Но цель ВПК – уничтожение, в случае войны, странового капитала противника. В ходе войны уменьшается страновый капитал обеих воюющих сторон, что есть обоюдный регресс. Значит, не вся структурная энергия может считаться фактором прогресса социума.

Условие прогресса (1) не несет этической нагрузки. Если же иметь ввиду прогресс в этическом, гуманитарном плане, то следует рассматривать структурную энергию социума как сумму двух составляющих: «структурной энергии прогресса» Ф+ и «структурной энергии регресса» Ф (структурная энергия ВПК). Тогда условие (1) определим как эргодинамический критерий прогресса и введем наряду с ним критерий эргогуманитарного прогресса в виде двух условий:


dФ+/ dt > 0        (10)

-/ dt < 0        (11)


Cогласно данным неравенствам прогресс имеет место при росте «структурной энергии прогресса» и одновременном уменьшении «структурной энергии регресса».

Запись эргодинамического критерия прогресса в виде (1) не отвечает изложенному. Можно представить случай, когда структурная энергия социума растет лишь за счет роста Ф - при одновременном уменьшении Ф+. Эту ситуацию нельзя отнести к прогрессу с этической точки зрения это регресс (вероятно, такая картина имела место в Германии во время второй мировой войны). Можно записать системный критерий прогресса в виде:


п / dt > 0, Фп = Ф+ - Ф        (12)


Сюда, как частный случай, входят условия (10), (11). Вместе с тем, условие (12) включает и ситуацию, при которой растут обе величины Ф+ и Ф -. Но при этом рост Ф+ опережает рост Ф -. Этот случай – промежуточный между критериями (1) и (10), (11).

Таким образом, рост вооруженности мира - это глобальный регресс. Атомная бомба не является частью национального богатства. Необходимое условие истинного прогресса - уменьшение расходов на военно-промышленный комплекс (ВПК). Но ни в мире в целом, ни в отдельных странах этого не происходит. Военные расходы для мира в целом в интервале лет 2009 – 2015 колеблются в пределах 2,2 – 3% от ВВП (данные Всемирного банка). Фактически имеет место стагнация военных расходов. При этом рассуждения политиков о том, что мы (например, Россия) вооружаемся лишь для того, чтобы защититься от возможного нападения, - пропаганда. Ибо противная сторона (США, Европа) также полагают, что, вооружаясь, они защищаются от возможного нападения (со стороны России, в данном случае).

Будущее такого мира неопределенно. Ибо любое, на первый взгляд, случайное и ничтожное обстоятельство может стать спичкой, зажигающей пожар войны. Это подтверждается историей. Мир вступит на путь социогуманитарного развития [1-4], когда начнется постепенное разоружение. Это – главная повестка мира. В итоге мир придет к политике «разумного компромисса» (в идеале, «разумной дружбы») [4].

Для анализа перспектив мирового развития выведем уравнение для изменения физического капитала мира со временем. Для простоты сохраним прежнее обозначение, понимая под Ф мировой физический капитал. Структурная энергия является потенциалом для совершения работы процесса воспроизводства Ф. В рамках линейной модели для удельной мощности Р процесса воспроизводства имеем [1]:


Р = а Ф, a = const        (13)


При этом часть работы расходуется на процессы функционирования социума, а часть – на наращивание его структурной энергии (национального богатства). Запишем следующее уравнение для приращения Ф :


= k Р dt        (14)

где k - постоянная величина, меньшая единицы.


Подставляя (13) в (14), будем иметь:


= r Ф dt , r = ak        (15)


Интегрирование (15) дает экспоненциальный рост Ф со временем:


Ф = Фо e rt.        (16)

где Фо - структурная энергия в исходный момент времени t =0.


На основе изучения изменения материального производства в историческом времени установлен ([5] и др.) экспоненциальный рост материального производства в истории мира (тем самым подтверждается теоретическая зависимость (16)). Однако, как считают ряд исследователей (к ним присоединяется и автор), такой рост должен иметь предел. Этот предел, по мнению авторов [5,6], уже достигнут, и поэтому нас ожидают непредсказуемые, возможно, катастрофические перемены.

Автор стоит на позиции эволюционизма, полагая, что с помощью разума человек осуществит эти перемены постепенно, эволюционным путем. Ресурсные, экологические и этические ограничения на развитие приведут к постепенному замедлению роста физического капитала мира.

Опишем это в рамках логистической модели, которая широко используется в экологии [7]. Положим, что действуют различного рода факторы, тормозящие рост физического капитала. Математически это учитывается в уравнении (15) путем введения соответствующего члена, замедляющего рост Ф, так что:


dФ/ dt = r Ф [1 – Ф/ Фmax ]        (17)


Интеграл уравнения (17) имеет вид:


Ф = Фо Фmax / [Фо + (Ф max - Фо ) е - rt]        (18)


Уравнение (18) дает кривую роста с начальным ускорением, затем замедлением и переходом на асимптоту Ф+ = Ф+max .

Уравнение (18) описывает один из возможных вариантов будущего развития. Реализуется ли он или другой, зависит от деятельности человечества. Для реализации рассмотренного варианта главным действующим лицом в мире должен стать «человек социально-духовный», который руководствуется установками социогуманизма: не только «бытие определяет сознание», но и «сознание определяет бытие»; «все в меру» и др. [1-4]. Рост «сознания» ограничит рост «бытия» (отрицательная обратная связи в связке бытие-сознание). Материальные потребности людей стабилизируется, материальная цивилизация заместится духовной. Это приведет к постепенному замедлению роста мирового физического капитала с переходом на асимптоту, что и отвечает уравнению (18).

Вместе с тем, это не означает, что национальное богатство мира перестанет расти. Ибо на рост человеческого, социального, культурного и других капиталов ограничений нет. Человечество займется благоустройством своего природного Дома и совершенствованием своего внутреннего мира. Что это будет так, а не иначе, косвенно свидетельствует следующее. Земля не получает из космоса сигналов других более древних цивилизаций. Они уже «выросли из детства»: отказавшись от экспансии в космос, они занялись своими внутренними проблемами.


К эргодинамической модели жизни

Энергетическая сущность процессов эволюции на Земле сводится к явлениям рассеяния и концентрирования экзогенной и эндогенной энергии (Солнца и Земли, соответственно). Концентрирование энергии на фоне ее рассеяния имеет место в процессах жизни (в обобщенном смысле, включая эволюционирующие процессы неживой природы [2]). Данное явление описывается в рамках триадной парадигмы развития. Согласно ей противоположности (в данном случае рассеяние-концентрирование энергии) разрешаются путем рождения «нового», являющегося гармоническим синтезом разрешающихся противоположностей. Феномен жизни и есть такое разрешение. В нем гармонично сочетаются указанные противоположности: концентрирование энергии происходит на фоне ее рассеяния. Системы жизни функционируют на потоках экзогенной и эндогенной энергии, аккумулируя ее часть в форме структурной энергии.

Рассмотрим эргодинамическую модель жизни. Согласно эргодинамике, свободная энергия источника аккумулируется в эволюционирующих системах в форме структурной энергии. Структурная энергия соотносится с работой сборки системы из простых веществ. Схематически перенос свободной энергии в триаде источник (И)-система (С )-приемник (П) представим схемой последовательных процессов:


И → С → П        (19)


Пусть исходный момент времени t=0 - «начало» функционирования эволюционирующей системы.

Постоянный источник. Этот случай имеет отношение к биосфере в целом, для которой источник солнечной энергии остается практически постоянным за все время ее функционирования. В любой момент времени t имеем величину свободной энергии источника е0, структурной энергии системы – Ф = (е1 – е2), диссипируемой энергии приемника – е2. В качестве приемника выступает земная кора, куда захороняются недоокисленные гетеротрофами органические соединения, образуя рассеянное органическое вещество горных пород и месторождения горючих ископаемых [7]. Поэтому биосфера не «загрязняет» окружающую среду.

Полагая, что энергообмен происходит по линейному закону, запишем следующую систему дифференциальных уравнений для определения неизвестных величин е1 и е2:


d(e1 – e2)/dt = k1e0 – k2(e1 – e2)         (20)

de2/dt = k2(e1 – e2)        (21)

где к1 и к2 – кинетические коэффициенты энергообмена.


Интегрирование уравнений (20), (21) ведется стандартным методом. Для начальных условий t = 0 e12 = 0 имеем уравнение для структурной энергии биоты:


Ф = e1 – e2 = Ф0 (k1/k2) ( 1 – e -k2t )         (22)

причем Ф0 =e0.


Согласно (22) структурная энергия Ф растет, асимптотически приближаясь к величине (Ф0k1/k2 ). Существует, таким образом, восходящая линия развития, когда структурная энергия биоты растет. Она переходит в практически стационарную стадию.

Прогресс биосферы имеет место, если растет со временем удельная структурная энергия Фуд (в расчете на единицу массы биоты). Решение проблемы упирается в вопрос, менялась ли и как масса биоты в геологическом времени. Геологические данные свидетельствуют о том, что такие изменения неоднократно происходили в течение фанерозоя (последние 570 млн лет). Это явление, получившее название биосферных ритмов, открыто доктором геолого-минералогических наук Ю.М.Малиновским [8]. Теоретически явление обосновано автором [7].

В периоды восходящего развития (dФ/dt >0) происходило увеличение массы биоты без ее усложнения (уд /dt= 0 или уд /dt < 0). И наоборот, при уменьшении массы биоты имел место прогресс (уд>0). Этим объясняется соответствие главных эпох эволюции живых систем (отмирания старых и зарождения новых) глобальным биосферным ритмам, которые определенным образом связаны с эпохами вулканизма и тектоно-магматической активизации [7].

Что касается человеческого сообщества, то здесь ситуация несколько иная. Оно оказалось способным задействовать в историческом времени разные источники энергии, чем и была обусловлена его эволюция. Так, при первобытнообщинном строе была задействована свободная энергия, аккумулированная в объектах собирательства; при воспроизводящем хозяйстве – уже существенно большая энергия, аккумулированная в продуктах этого хозяйства. В каждом из последующих технологических укладов использовались все новые энергетические ресурсы, с чем и связан материальный прогресс человечества в целом [9]. При этом каждый уклад можно охарактеризовать уравнением (22) со своим значением е0. Часть энергии источника, не использованная системой, диссипирует в окружающую среду, становясь источником ее загрязнения.

Конечный источник. Развитие отдельного живого существа (индивида) подчиняется иным закономерностям, что обусловлено конечным временем его жизни. Последнее отвечает триадной парадигме, являясь разрешением противоположности бессмертие-смерть через гармонический синтез: смертность индивида и вечность жизни в целом. Конечное время жизни индивида обусловлено тем, что индивид способен освоить лишь конечное количество свободной энергии Э0.

В данном случае приемник, как нечто внешнее по отношению к системе, отсутствует. Происходит уменьшение структурной энергии Ф внутри системы, диссипация Ф из-за нарушения структур и функций организма. Тогда в любой момент t имеем величину свободной энергии источника (Э0 – е1), структурной энергии – Ф = (е1 – е2), энергии диссипации – е2. Запишем следующую систему дифференциальных уравнений для определения неизвестных величин е1 и е2:


- d(Э0 – e1)/dt = k10 – e1)        (23)

d(e1 – e2)/dt = k1(e0 – e1) – k2(e1 – e2)        (24)


Интегрирование уравнений (23), (24) для начальных условий t = 0 e12 = 0 дает:


Э = е1 – е2 = е0 е 1t        (25)

Ф = e1 – e2 = Ф0 [k1/(k2 – k1)](e –k1t – e -k2t)        (26)


Согласно (25) энергия источника асимптотически стремится к нулю. Структурная энергия, в соответствии с (26), сначала растет, затем происходит уменьшение Ф – старение организма. Энергия диссипации растет, асимптотически стремясь к величине Ф0.

При достижении энергии диссипации некоторого максимального значения (и, соответственно, минимальное значение Фmin приобретает структурная энергия) организм перестает функционировать и отмирает.

Максимальное значение Ф определяется отношением констант энергообмена r:


Фmax = (Ф0/1-r){exp[-r lnr/(r-1)] - exp[-lnr/(r-1)]}, r = к12        (27)


Время То, при котором структурная энергия максимальна, есть:


То = ln r/(r-1)k1 (28)


Для человека, как показывают фактические данные по изменению смертности с возрастом [10], величина Т0 (начало старения) лежит в интервале 14-16 лет.

Что касается экологического аспекта человеческой деятельности, то сущность феномена человека – способность благодаря наличию разума целенаправленно изменять вмещающую природную среду, делая ее более приспособленной для проживания. Это – видовое свойство человека (как и жизни вообще, которая на основе стихийных механизмов делает среду более пригодной для жизни [7]). Заметим в связи с этим, что призывы экологов «защищать» природу противоречат самой сущности человека. Следует не защищать природу, а наращивать структурную энергию глобальной системы природа-человек-общество, которая является потенциалом развития.


Литература

1. Бушуев В.В., Голубев В.С. Основы эргодинамики. М., Энергия, 2003; второе издание. М., ЛЕНАНД, 2012.

2. Бушуев В.В., Голубев В.С. Социоприродное развитие. М., Энергия, 2007.

3. Бушуев В.В., Голубев В.С. Человек и время в эволюционирующем мире. М., ЛЕНАНД, 2014.

4. Голубев В.С. Природа-человек-общество: Развитие и гармония, М., ЛЕНАНД, 2016.

5. Панов А.Д. Сингулярная точка истории. Журн. «Общественные науки и современность», № 1, 2005.

6. Назаретян А.П. Нелинейное будущее: сингулярность XXI века как элемент мегаистории. Журн. «Век глобализации», № 2, 2015.

7. Голубев В.С. Введение в синтетическую эволюционную экологию. М., Папирус Про, 2001.

8. Малиновский Ю.М. Синфазная стратиграфия фанерозоя. М., Недра, 1982.

9. Бушуев В.В., Голубев В.С., Орлов И.Б. Введение в системную теорию капитала. М., ЛЕНАНД, 2013.

10. Донцов В.И., Крутько В.Н., Труханов А.И. Медицина антистарения. Фундаментальные основы. М., Красанд, 2010.



В.С. Голубев, Структурная энергия и социоприродная эволюция // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.23201, 27.03.2017

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru