Академия Тринитаризма -- Дискуссии - Публицистика -- Истодин К -- Феномены самоприменимости

АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА

Истодин К.
Феномены самоприменимости. Самоорганизация и антиэнтропийность жизни

Согласно II началу термодинамики всякая структура и упорядоченность с течением времени должны неизбежно исчезать. Это всем известная, отрицательная, традиционно рассматриваемая, сторона его проявления. А есть ли положительные моменты проявления этого закона? Как это ни парадоксально, есть — действие II начала всячески способствует не только усложнению, но и самоорганизации — структуризации и иерархическому усложнению материального субстрата (иначе, развитию). Мало того, Развитие, как вселенский процесс, с самого начала начинает «эксплуатировать» проявления этого закона!

Существует представление, что в самом начале своего развития Вселенная находилась в компактном (сильно сжатом) состоянии, с чудовищно высокой температурой, т.е., с высокой плотностью энергии в единице объема. Естественно предположить, что в таком состоянии субстрат изначального структурного уровня материи не имел какой-либо определенной структуры, т.е., он был достаточно однородным (аморфным) и все движения в нем были хаотичны. Если там возникали какие-либо элементы структуры, наподобие известных нам элементарных частиц, то они не могли существовать даже непродолжительное время, так как разрушались под действием невообразимо высокой температуры и давления. Это, в общем, известная идеализация.

Материи, на любом структурном уровне, видимо, свойственна тенденция как к уменьшению концентрации энергии (расширение), так и к равномерному распределению ее по всему доступному ей обьему. Так или иначе, но как полагают ученые, Вселенная, с какого-то момента, начала взрывообразно расширяться, понижая при этом, свои температуру и давление (см., например, [1]) В ходе расширения условия смягчились и появилась возможность для структуризации материи с образованием «элементарных» частиц, т.к., снизившаяся плотность энергии уже не способна была их разрушать. Вполне естественно предположить, в рамках концепции самоприменимости, что эти частицы представляют собой самоподдерживающиеся образования, существующие за счет проявления определенных потенций возбужденных состояний энергетического поля (полей). Например, как следует из электродинамики Максвелла, изменяющееся электрическое поле порождает изменяющееся магнитное, а изменяющееся магнитное — в свою очередь, изменяющееся электрическое. Мало того, из той же теории следует, что силовые линии магнитного поля стремятся навиться на силовые линии электрического, а силовые линии электрического — на силовые линии магнитного. Это создает предпосылки для самоприменимости (или взаимообусловливаемости) электрического и магнитного полей.

Возбужденное состояние в виде флуктуаций электрического или магнитного поля, соответствующие частицам, естественным образом «пришли» из предыстории, из более раннего энергетически насыщенного состояния и при уменьшении концентрации энергии, пытаясь рассеяться, эти флуктуации самолокализовались в силу свойств электромагнитного поля, о которых уже сказано. (В случае электрона или протона вполне возможно, что локальная флуктуация, возмущение электрического поля, стремясь рассеяться в близлежащие точки пространства, вызывает появление такой конфигурации магнитного поля, которое не дает флуктуации ни рассеиваться по другим направлениям кроме первоначально спровоцированного, ни увеличиваться в «объеме».)

Для воспроизводства причинного цикла (самоприменимости), обеспечивающего устойчивость возникающих элементов структуры, необходимы затраты энергии. Поскольку элементарные частицы подчиняются законам квантовой механики, то энергия, используемая на самоподдерживание, не может рассеиваться, убывать плавно. Она излучается только строгими порциями и, поэтому, может циркулировать, образуя частицу, очень долго не убывая, и, по той же причине, для своего существования не требует подкачки энергии.

С другой стороны, с образованием частиц энергия как бы консервируется в структуре материи. Но законсервированная в частицах — это только часть первоначальной энергии. Другие, движимые энергией цепочки взаимодействий, которые не были связаны в структуре циклической причинной связью, являются носителями оставшейся (свободной) части энергии, которая продолжает рассеиваться. Это может быть кинетическая энергия, электрическая или магнитная какого-то конечного множества, групп частиц и т.п. Она представляет собой энергетический фон структуризующейся материи.

Такая же картина наблюдается при дальнейшем расширении и переходе на новый структурный уровень материи: часть энергии, составлявшей энергетический фон на предшествующем структурном уровне, связывается и консервируется в структуре объектов нового (текущего) структурного уровня, а другая, остающаяся несвязанной часть, образует энергетический фон уже на следующем уровне.

[Если рассматривать изолированно, вне связи с процессом развития какой-нибудь структурный уровень (а сейчас, в нашем ближайшем окружении, процесс бурного расширения и развития практически завершился), то создается одностороннее впечатление, что преобладают процессы, вызывающие переход энергии в фоновое состояние и неуклонный распад материальных структур (т.е., процессы, сопровождающиеся увеличением энтропии), т.е., все процессы определяются действием II начала термодинамики.]

Таким образом, если взять всю последовательную картину процесса развития, то структуризация материи с переходом от одного структурного уровня к другому, была бы невозможна без проявления этого закона, «излишняя», не связываемая в структуре, энергия не смогла бы рассеиваться. Посмотрим теперь, как процесс развития «эксплуатирует» II начало термодинамики.
«Негэнтропийность» жизни

В другом толковании этого закона энергия «высокого» качества — т.е., способная производить в некоторой системе полезную работу — рано или поздно превращается в энергию «низкого» качества (рассеивается, обесценивается, диссипирует...). Такое качественное превращение в целом справедливо для любых процессов, где бы они ни происходили и какими бы грандиозными по масштабам они ни были. Поэтому, в масштабе вселенной, можно представить это как своеобразный «поток» обесценивания энергии (не как поток энергии, а как поток, соответствующий переходу энергии из формы с «высоким» в форму с «низким» качеством). Этот поток, помимо простого рассеяния, может реализовываться через определенные процессы, например, через термоядерный синтез, процесс химического горения, фотосинтез и т.п. и т.д.

При термоядерном синтезе, например, излишек энергии, запасенной в ядрах исходных продуктов, при реакции высвобождается и рассеивается. Высвобождается энергия и во многих химических реакциях синтеза. Энергия, в процессах, выделяющих тепло, способствует предварительному разогреву исходных продуктов и делает возможным вступление их в реакцию. Так может происходить и во всех других случаях, когда, обратите внимание: высвобождающаяся энергия способствует высвобождению энергии. Такие процессы, возникнув при определенных условиях, становятся самоподдерживающимися — выделение энергии способствует выделению энергии (например, всевозможные реакторы или тот же двигатель внутреннего сгорания или просто обычное пламя свечи). Высвобождающаяся энергия обесценивается, попутно совершая «полезную работу» по высвобождению энергии. Это есть реализация принципа самоприменимости [2] в физической среде, обусловленная II началом термодинамики.

Энергия, так или иначе, рассеивается, но, как выяснилось, попутно могут возникать системы, пусть с примитивной организацией, которые существуют за счет обесценивания энергии. (Надо рассматривать дело не так, что, совершая полезную работу, энергия обесценивается, а так, что энергия в процессе диссипации, рассеяния способна совершать полезную работу, т.е., заранее не предопределено, что в процессе обесценивания она должна совершать работу.) Соответствующее этому «самообеспечение» систем можно представить как своеобразное устойчивое «завихрение», (локальное возвратное движение) на неотвратимом «потоке» обесценивания энергии. Это завихрение способно инициировать и постоянно приводить в действие (являться основой) и «жизнеобеспечивать» довольно сложные организации, обусловливая их «антиэнтропийность».

Другими словами, энергия, рассеиваясь, может совершать полезную работу по созданию и поддержанию функционирования некоторой структуры или системы взаимодействий. Когда структура материи достаточно усложнится, то самым естественным образом, на потоке обесценивания энергии могут развиться системы, организация (функциональная структура) которых окажется настолько сложной и гибкой, что они будут способны совершенствовать свою организацию при изменении условий высвобождения энергии, (при изменении окружающей среды) т.е., адаптироваться. Они создадут, внутри или во вне себя, подчиненные подсистемы, которые будут направлять («захватывать») поток обесценивающейся энергии через себя, — «оседлают» процесс обесценивания энергии. Оказывается, так действуют обычные земные биосистемы — от самых простых до сложных.

Главная особенность таких систем (появившаяся в результате адаптации) — в постоянном уменьшении внутрисистемной энтропии (как неупорядоченности), потому что эта особенность основана на самоприменимости с соответствующим зацикливании ПС-связи. Это зацикливание заключается в том, что уменьшение внутрисистемной энтропии обеспечивает их устойчивое функционирование, а функционирование (которое устойчиво) обеспечивает это самое уменьшение энтропии ее собственной структуры. Соответствующий этому причинный цикл (ПЦ) можно назвать негэнтропийным, т.е. противодействующим росту энтропии, так как энтропия в такой системе не увеличивается, а стремится уменьшиться. Этот негэнтропийный ПЦ, в свою очередь делает возможным другой причинный цикл, в котором, на потоке обесценивания, энергия (мы выше говорили) как бы «сама себя высвобождает» (ресурсовоспроизводящий ПЦ.) Примером таких систем могут служить всевозможные автокаталитические реакции.

Можно предположить, что: Функционирование организации, уменьшающей собственную энтропию, обеспечивается энергией, которая проходит обесценивание через данную систему. (Биосистемы давно научились самостоятельно извлекать энергию извне). Использование энергии в биосистемах направляется на поддержание функционирования, которое состоит из:

извлечения энергии извне;
уменьшения энтропии, которое заключается в совершении полезной работы по воспроизводству и обновлению субстрата, с помощью которого реализуется функциональная структура, проще говоря, своего «организма», «тела» и т.п.;
усложнения и/или усовершенствования организации.

В тепловых машинах, изобретенных человеком, — тоже происходит управляемая диссипация энергии, но в отличие от биосистем они не могут, по своему устройству, противодействовать росту собственной энтропии, и тем более, сами не совершенствуются. Существенно в биосистемах то, что «механизм» использования энергии не создан искусственно, а является их собственным изобретением.

Как видно из всего сказанного, II начало термодинамики способствует развитию материи по 2-м направлениям: последовательной локальной структуризации с переходом с уровня на уровень и, параллельно с первым, — диссипации энергии, способствующей возникновению сложноорганизованных систем, пропускающих этот процесс обесценивания через себя с целью совершения обесценивающейся энергией полезной работы.

Можно, попутно, попытаться сформулировать одно из определений жизни. Живое, в биологическом смысле, — это система, организация которой использует в себе процесс обесценивания внешнего средства, ресурса (энергии, упорядоченных субстратных структур, информации и т.п.), которое используется: как для поддержания функционирования такой организации, так и для усовершенствования последней. (Интересно, что под это определение попадают и экономические системы.) Это определение отражает «материальную» сторону или основу жизнеспособности самоорганизующихся систем. Но главная сущность, принципиальная особенность таких систем заключается в проявлении на их основе феномена «субстратного мышления» — самоприменимости иного порядка и возникновения виртуального системообразующего начала (информационной природы) — «самта».

Интересно заметить, что из такого определения жизни вовсе не следует, что живое должно быть построено именно с помощью макромолекул. Это может быть какая-либо информационная структура, организованная с помощью программы в памяти ЭВМ или микроэлектроники (например, нейросети). Автор исследовал такую возможность, т.е., занимался выявлением принципов, необходимых для возбуждения, инициирования самоорганизующейся (живой, одушевленной) информационной структуры в искусственной среде [3]. Однако, для обсуждения этой темы желательно определить для себя что такое «самт» (оргенсис) самоорганизующихся систем.

Литература и примечания

Кастрикин Н.Ф. Что было до большого взрыва.//«Химия и жизнь», N12, 1987 г.
Истодин К. Наваждение Геделя и «метафизика» самоприменимости.//М., «Академия тринитаризма», 2003. (на сайте http://www.trinitas.ru/)
Истодин К. Самоорганизация и «самоуправляемые вычисления», инициатива IBM Research по «Autonomic Computing» // М., «Академия тринитаризма», 2003. (на сайте http://www.trinitas.ru/)

Истодин К. Феномены самоприменимости. Самоорганизация и антиэнтропийность жизни // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.10347, 22.04.2003

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]