?

Log in

No account? Create an account
Алексей Насретдинов. Что такое синергетика?
Ilya
enivel
Что такое синергетика? (вступление к главе про синергетику искусства, музыки и головного мозга)
Все мы учились в школе. И все мы изучали там физику. Почти все из нас с дрожью вспоминают уроки физики в школе. Этому есть разумное объяснение – чтобы что-то преподавать, нужно знать эту предметную область очень хорошо, в 10 раз лучше или еще больше, чем тот материал, который «проходят» в школе. В школе изучают очень сложные вещи, например, специальную и, даже, общую теорию относительности Эйнштейна. Теорию относительности с трудом понимают даже преподаватели профильных ВУЗов, так что не будем винить наших школьных учителей, они хорошие люди, в массе своей.

Так вот. О чем это я? О том, что все мы учились в школе. Многие слышали, будто энтропия в нашем мире возрастает. Немногие понимают что это такое. К тому же это утверждение неверное. Иногда энтропия возрастает, иногда и нет.

Если не использовать тяжелые формулировки, то энтропия – это физическая величина, характеризующая степень хаоса. Хаос – это что-то совсем неупорядоченное, состояние, при котором совсем нет никаких симметрий, совсем нет информации. Ведь что такое информация? Это что-то упорядоченное. Чем больше хаоса – тем выше энтропия. Соответственно, чем больше порядка, чем больше видимых и невидимых структур и/или симметрий – тем меньше энтропия.

Второй закон термодинамики говорит нам о том, что энтропия, характеризующая степень хаоса в системе, обычно с течением времени не убывает (возрастает). И действительно. Если что-то оставить без внимания, оно через какое-то время превратиться в пыль. Время распада зависит от предмета и среды. Допустим, красивая зеленая бутылка из под портвейна «777» случайно упала в Черное море. Бутылка была достаточно информативным объектом. На ней была наклеена этикетка, на этикетке были напечатаны некие слова о вреде алкоголя, да и сама бутылка была скорее всего довольно хитрой формы, полая, с осевой симметрией. То есть этот объект, бутылка из под портвейна «777», нес какую-то информацию. Посмотрим что произойдет с бутылкой в море. Вначале она наполнится водой и утонет. Потом от нее отклеится этикетка. Этикетка размокнет, морские ежи порвут ее на мельчайшие кусочки, кусочки будут съедены рыбами и в виде частичек рыбьего кала рассеются по пляжам Ялты и Константинополя. Куда денется та информация, что была на этикетке? Она исчезнет, ее больше нет, никакими усилиями, даже собрав весь кал всех рыб Крыма и Турции, мы не сможем восстановить информацию о том, что было напечатано на этикетке. Это ладно, мы потеряем информацию про вред алкоголя. А если, как это часто делают, там был записан телефон любимой девушки?! Хаос поглотил информацию, информация исчезла, энтропия возросла. Да и с зеленым объектом осевой симметрии случится незадача. Вначале бутылка разобьется о камни, потом волны обкатают осколки до красивых зеленых камушков, потом и камушки размелются в песок и пыль. Исследуя песок пляжей Ялты и Кемера, мы никаким образом не сможем определить сколько предметов с осевой или другими видами симметрии было перемолото, чтобы получился песок. То есть, на примере нашей бутылки из под портвейна мы видим, что, если ничего не делать, энтропия системы, степень ее хаоса возрастает. Информация теряется, все превращается в пыль, пыль разлетается на молекулы, молекулы улетают в черные дыры, черные дыры раз в 6 месяцев откачиваются бригадами космических ассенизаторов. Ассенизаторы работают бригадными подрядами. Бригады нестабильны. И так далее.

Такая логика позволила некоторым ученым предсказать тепловую смерть Вселенной. Дескать, все звезды потухнут, рано или поздно они превратятся в космическую пыль. То есть Вселенная станет неупорядоченной, без видимых структур, информация, накопленная человечеством на компакт дисках и в виде записей телефонов девушек на бутылке из под портвейна или хереса, полностью исчезнет. Человечество прекратит свое существование. Может быть, так оно и будет. Впрочем, телефон девушки все равно жалко. Однако, я опять не о том. Вселенная – это слишком большой объект. Его нельзя назвать системой, для которых и формулировалось правило неубывания энтропии. Вообще, система это – умозрительная вещь, искусственная. В мире, в природе нет систем, их придумывают люди, для того, чтобы хоть как-то хоть что-то объяснить и научиться этим управлять. То есть на уровне Вселенной закон неубывания (возрастания) энтропии, скорее всего, не выполняется. Проверить нет возможности.

Так вот, подходим к теме нашего раздела. Был такой великий физик, лауреат Нобелевской премии Илья Пригожин, бельгиец, как не сложно догадаться. Он выяснил, что закон возрастания энтропии, степени неупорядоченности системы, степени хаоса не выполняется для множества систем, очень важных для человека. Не выполняется он для так называемых «открытых диссипативных» систем. Что это означает?

Что такое «открытая» система – довольно понятно. Воду в кастрюльке, закрытую крышкой, стоящую на холодной плите можно считать «закрытой» системой. «Открытой» системой можно, например, считать воду в кастрюльке с открытой крышкой, поставленную на горячую плиту. В воду падают комары, лук и перец, к ней подводится энергия, тепло. То есть – открытая система – это такая система, состав которой может меняться и/или идет приток энергии.

«Диссипативная». Диссипация – это рассеивание чего-либо. То есть наша система, кроме того, что открытая, еще и рассеивает что-то. Как это можно себе представить? Включим газ под нашей кастрюлькой с водой, с кастрюлькой без крышки. К кастрюльке начнет поступать энергия, вода в кастрюльке и сама кастрюлька начнут нагреваться. Будет ли она нагреваться до бесконечности? Нет. Начиная с какого-то времени кастрюлька начнет отдавать столько же энергии, что и получает, наступит динамическое равновесие. Температура воды установится на отметке в 100 градусов по Кельвину (или по Цельсию? Нужно в учебник заглянуть), вода будет кипеть и испарятся. То есть наша открытая система, кастрюлька с водой, получает энергию извне и рассеивает ее (происходит диссипация), к тому же система теряет воду, вода испаряется. Мы имеем типичную «открытую диссипативную» систему. И вот выяснилось, что для таких систем, которых, к слову сказать, очень много (вспомните хотя бы сколько кастрюлек продается!), закон возрастания энтропии не работает. Более того, в таких системах энтропия может убывать. Самопроизвольным (!!!!!) образом возникают новые структуры, новые симметрии, идет упорядочивание системы, появляется новая информация. Происходит самоупорядочивание системы, самоорганизация. Самопроизвольно!

Примером открытой диссипативной системы является, например, наша планета Земля. На нее падает из космоса всяческий космический мусор и, самое главное, к ней подводится тепло извне, от нашего Солнца, в виде излучения сложного спектра с максимумом в ультрафиолетовом диапазоне, ведь температура Солнца – миллионы градусов. Сколько наша Земля энергии потребила, столько она и излучает в космос обратно, иначе она бы расплавилась бы. Только излучение, с помощью которого Земля отдает энергию, имеет максимум в области инфракрасного диапазона, соответствующего температуре около нуля градусов по Цельсию. Но, так или иначе, Земля отдает ровно столько энергии, сколько получает от Солнца. Также Земля теряет материальные частицы, ионы, атомы и молекулы из верхних слоев атмосферы, в основном – легкие, им проще преодолеть тяготение Земли. Вот почему, например, на Земле так мало гелия, которого очень много в нашем Солнце и в других звездах. Гелий легкий.

Человек тоже является открытой диссипативной системой. Он постоянно ест и пьет. И постоянно ходит в туалет. Вдыхает воздух и выдыхает нечто обратно. Пока он это делает – он живет. Как только мы прекратим поступление строительного материала для клеток организма и энергии, как только мы запретим человеку есть и дышать – он умрет. Система из открытой превратится в закрытую. Мертвый человек очень быстро превратиться в то, из чего он собственно и состоял – в пыль, в хаотический набор атомов и молекул.

Вопрос о том, можно ли считать живые организмы самоорганизующимися системами, является непростым. Однако, что-то мы можем наблюдать и своими глазами. В процессе жизни у человек много-много раз полностью сменяются все его клетки, заменяются на новые все химические соединения, которые были в человеке на момент его рождения. Человек – это действительно то, что он ест. В процессе жизни человека у него много-много раз самовоспроизводятся все клетки, все органы человека, автоматически поддерживается его целостность и функциональность. Но только до тех пор, пока он ест, пьет и дышит. До тех пор, пока он является отрытой диссипативной системой. Любой из нас может самостоятельно предположить что будет если человеку перекрыть не входы, а выходы. Он тоже быстро умрет.

Кстати, с помощью идей самоорганизации, с помощью синергетических подходов, некоторые исследователи объясняют эволюционную теорию. Ведь о чем говорит эволюционная теория? О том, что самопроизвольно, из простых неорганических молекул образуются сложные неорганические, потом органические, потом образуются молекулы типа ДНК, потом образуются одноклеточные, многоклеточные живые организмы пока не достигают венца эволюции – Хомо Сапиенса. То есть из простых вещей самопроизвольно образуются сложные, очень сложные структуры. Это противоречит нашему опыту и просто здравому смыслу! Ведь если систему долгое время не трогать, она со временем скорее станет простой, все более и более простой, рассыплется в пыль. Какая уж тут эволюция, создание из простого сложного?! Некоторые ученые полагают, что теория самоорганизации открытых диссипативных систем, синергетические подходы (а Земля – именно такая система) могут объяснить теорию эволюции. Впрочем, другие ученые так не считают. А мы с вами даже и не ученые. Кому верить, как жить в этом сложном мире?!

Погрустив и порефлексировав, возвращаемся к синергетике. Синергетика – это способность некоторых открытых диссипативных систем к самоорганизации, к самоупорядочиванию, к самопроизвольному возникновению сложных структур и объектов. Точнее, синергетика – это научное направление, наука, теория о самоорганизации, о появлении каких-то новых свойств системы, симметрий, информации под влиянием свойств самой системы.

Еще одним понятием, тесно связанным с идеями самоорганизации, синергетики, является понятие «критического состояния». Системы могут находиться в состоянии, когда требуется малейший толчок, минимальное усилие для того, чтобы они могли перейти из состояния хаоса в состояние так называемого «детерменированного хаоса», или просто из одного состояния в другое. Понятие «критического состояния» первоначально возникло в термодинамике, но потом перешло и в другие области знания, во множество дисциплин, включая те, что занимаются нейросетями головного мозга, психологией восприятия искусства и музыки в частности.

Что это я все про хаос? Скажу пару слов про искусство, про что-то упорядоченное. В работах в области теории искусства наблюдается странный крен. Большая работ посвящена отдельным направлениям и школам в искусстве, сравнению одних работ с другими, различных художественных школ. При этом мы все, конечно же, понимаем, что единственной целью искусства является воздействие произведения искусства на человека, произведение искусства должно изменять психоэмоциональное состояние человека, должно воздействовать на его мозг. Вот этой то частью, тем, как влияет искусство на мозг практически никто не занимается. А ведь это странно! Очень странно. Думаю, это заговор.