Главная › Похудение › И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. Пригожин. Порядок из хаоса Пригожин стенгерс порядок из хаоса

И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. Пригожин. Порядок из хаоса Пригожин стенгерс порядок из хаоса

ORDER OUT OF CHAOS

Man"s new dialogue with nature

Heinemann. London. 1984

Илья Пригожин, Изабелла Стенгерс

ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА

Новый диалог человека с природой

Перевод с английского Ю. А. Данилова

Общая редакция и послесловие

В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича

и Ю. В. Сачкова

ББК 15.56 Редактор О. Н. Кессиди

П 75 Пригожин И., Стенгерс И.

Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ./ Общ. ред. В. И. Аршинова, Ю. Л. Климонтовича и Ю. В. Сачкова. - М.: Прогресс, 1986.-432 с.

Книга известного бельгийского физико-химика, лауреата Нобелевской премии И. Пригожина н его соавтора И. Стенгерс посвящена рассмотрению науки и философии XIX и XX вв. с позиций науки второй половины нашего столетия, а также проблемам и особенностям современного научного мышления. Цель книги - осмыслить путь, пройденный наукой и познанием, и изложить требования современной науки и общества: восстановить союз человека с природой на новых основаниях, в котором будет не только единство природы и человека, но также науки, культуры и общества. Авторы дают широкое и глубокое историко-научное н философское рассмотрение научного знания, начиная с Ньютона, Лапласа и кончая его позднейшей критикой современными буржуазными философами.

Редакция литературы по философии и лингвистике

От издательства

Книга лауреата Нобелевской премии Ильи Пригожина и Изабеллы Стенгерс «Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой» - заметное явление в современной научно-философской литературе. По своему жанру она достаточно необычна, поскольку авторы выступают в ней как философы и историки науки. Повествуя о новом диалоге человека с природой и вместе с тем не предлагая готовых решений, она побуждает читателя к самостоятельным размышлениям над затронутыми в ней проблемами.

Последовательная эволюция взглядов авторов отражена в многочисленных изданиях книги на различных языках, начиная с выхода в 1979 г. первого (французского) варианта под названием «Новый альянс. Метаморфозы науки». Русский перевод выполнен с английского издания книги, отобранного И. Пригожиным по просьбе издательства как наиболее полный и современный. Диалог с авторами, начатый в английском издании предисловием О. Тоффлера, в русском издании продолжают и послесловии к книге В. И. Аршинов, Ю. Л. Климонтович и Ю. В. Сачков.

Имя Ильи Пригожина хорошо известно советским читателям. Его основные произведения переведены на русский язык: Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М., 1964; Пригожин И. Неравновесная статистическая механика. М., 1964; Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Новосибирск, 1966; Гленсдорф П., Пригожин И. Tepмодинaмичecкaя теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М., 1973; Николис Г., Пригожин И.

Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979. Фрагменты из книг Пригожина были опубликованы в журналах «Химия и жизнь», «Природа».

И. Пригожин возглавляет большую группу физиков в Брюссельском университете. Он является директором Сольвеевского института и Центра термодинамики и статистической физики при Техасском университете. В 1977 г. за работы в области химической термодинамики И. Пригожину была присуждена Нобелевская премия. С 1982 г. Пригожин - иностранный член Академии наук СССР.

Изабелла Стенгерс, в недавнем прошлом сотрудник группы Пригожина в Брюссельском университете, ныне живет и работает в Париже.

В предисловии к русскому изданию своей книги «От существующего к возникающему» (М., 1985) И. Пригожин выразил надежду на то, что издание его книги будет способствовать расширению плодотворного обмена в области, которая в равной мере близка и практическим приложениям, и фундаментальным принципам современной науки. Все, кто работал над настоящим изданием новой книги Пригожина и Стенгерс, также надеются, что она послужит достижению этой высокой цели.

Главная тема книги «Порядок из хаоса» - переоткрытие понятия времени и конструктивная роль, которую необратимые процессы играют в явлениях природы. Возрождение проблематики времени в физике произошло после того, как термодинамика была распространена на необратимые процессы и найдена новая формулировка динамики, позволяющая уточнить значение необратимости на уровне фундаментальных законов физики.

Оглядываясь на прошлое, мы ясно видим, что понятие закона, доставшееся в наследство от науки XVII в., формировалось в результате изучения простых систем, точнее, систем с периодическим поведением, таким, как движение маятника или планет. Необычайные успехи динамики связаны со все более изящной и абстрактной формулировкой инструментов описания, в центре которого находятся такие системы. Именно простые системы являются тем частным случаем, в котором становится достижимым идеал исчерпывающего описания. Знание закона эволюции простых систем позволяет располагать всей полнотой информации о них, т. е. по любому мгновенному состоянию системы однозначно предсказывать ее будущее и восстанавливать прошлое. Тогда считалось, что ограниченность знаний, конечная точность, с которой можно описывать системы, не имеют принципиального значения. Предельный переход от финитного знания к идеальному описанию, подразумевающему бесконечную точность, не составлял особого труда и не мог привести к каким-либо неожиданностям.

Ныне же при рассмотрении неустойчивых динамических систем проблема предельного перехода приобретает решающее значение: только бесконечно точное описание, подразумевающее, что все знаки бесконечного десятичного разложения чисел, задающих мгновенное состояние системы, известны, могло бы позволить отказаться от рассмотрения поведения системы в терминах случайности и восстановить идеал детерминистического динамического закона.

В истории западной мысли господствующее положение занимает конфликт, связанный с понятием времени, - противоречие между инновационным временем раскрепощения человека и периодически повторяющимся временем стабильного материального мира, в котором любое изменение, любое новшество с необходимостью оказываются не более чем видимостью. Как ни странно, но именно это противоречие послужило причиной острой дискуссии между Лейбницем и выразителем взглядов Ньютона английским философом Кларком. Переписка между Лейбницем и Кларком позволяет представить взгляды Ньютона в новом свете: природа для Ньютона была не просто автоматом, а несла в себе активное производительное начало. Вместе с тем очень хорошо описана утверждаемая диалектическим материализмом необходимость преодоления противопоставления «человеческой», исторической сферы материальному миру, принимаемому как атемпоральный. Наметившееся сближение этих двух противоположностей будет усиливаться по мере того, как будут создаваться средства описания внутренне эволюционной Вселенной, неотъемлемой частью которой являемся и мы сами. Нет сомнения в том, что описанная в книге трансформация физических представлений по своему значению выходит за пределы физических наук и может внести вклад в понимание той исторической реальности, которая является объектом диалектической мысли.

Значение книги «Порядок из хаоса» состоит в том, что ее авторы не только находят новые аргументы для критики ньютоновской модели, но и показывают, что претензии ньютонианства на объяснение реальности,- и поныне не утратившие силу, хотя и ставшие значительно более умеренными, - совместимы с гораздо более широкой современной картиной мира, созданной усилиями последующих поколений ученых. Пригожин и Стенгерс показывают, что так называемые «универсальные законы» отнюдь не универсальны, а применимы лишь к локальным областям реальности. Именно к этим областям наука приложила наибольшие усилия.

Суть приводимых Пригожиным и Стенгерс аргументов можно было бы резюмировать следующим образом. Авторы книги «Порядок из хаоса» показывают, что в машинный век традиционная наука уделяет основное внимание устойчивости, порядку, однородности и равновесию. Она изучает главным образом замкнутые системы и линейные соотношения, в которых малый сигнал на входе вызывает равномерно во всей области определения малый отклик на выходе.

Неудивительно, что при переходе от индустриального общества с характерными для него огромными затратами энергии, капитала и труда к обществу с высокоразвитой технологией, для которого критическими ресурсами являются информация и технологические нововведения, неминуемо возникают новые научные модели мира.

Пригожинская парадигма особенно интересна тем, что она акцентирует внимание на аспектах реальности, наиболее характерных для современной стадии ускоренных социальных изменений: разупорядоченности, неустойчивости, разнообразии, неравновесности, нелинейных соотношениях, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе, и темпоральности - повышенной чувствительности к ходу времени.

Илья Романович Пригожин (фр. Ilya Prigogine, 25 января 1917, Москва, Российская империя — 28 мая 2003 Остин, Техас) — бельгийский физик и физикохимик, один из создателей неравновесной термодинамики.

Родился в Москве, вместе с родителями эмигрировал из России в 1920. В 1947 доказал, что в стационарном состоянии при неизменных внешних условиях производство энтропии в термодинамической системе минимально (теорема Пригожина). Пригожину принадлежат первые работы по статистической термодинамике необратимых процессов и ее применению в химии и биологии.

Нобелевская премия (1977).

Книги (10)

Введение в термодинамику необратимых процессов

Небольшая монография известного бельгийского ученого И. Пригожина, лауреата Нобелевской премии, посвящена весьма актуальному и перспективному направлению в современной науке — термодинамике необратимых процессов. Излагаемая теория необратимых процессов представляет собой дальнейшее развитие термодинамики и находит все большее приложение в различных областях физики, химии, биологии и техники. В конце книги приведена нобелевская лекция И. Пригожина.

Отличаясь научной строгостью и общностью выводов при ясности и доступности изложения, книга весьма полезна для научных работников и инженеров, аспирантов и студентов.

Время, хаос, квант. К решению парадокса времени

Книга лауреата Нобелевской премии Ильи Пригожина и его соавтора Изабеллы Стенгерс посвящена широкому кругу проблем, интенсивно изучаемых под руководством И. Пригожина в Международном институте физики и химии Э. Сольвэ в Брюсселе и Научно-исследовательском центре по статистической механике и термодинамике в Остине (штат Техас).

Это проблемы времени, случайности и хаоса, индетерминизма и необратимости («стрелы времени»), самоорганизации и возникновения диссипативных структур. Кроме того, в книге также обсуждаются различные аспекты и перспективы новой парадигмы современной науки, охватывающей не только естествознание, но и общественные и социальные дисциплины. Для широкого круга читателей, интересующихся проблемами современной науки.

Конец определенности. Время, Хаос и Новые Законы Природы

На рубеже веков рассматриваются вопросы будущего науки, в особенности физики и математики.

Подход И.Пригожина связан с изучением сложных систем и его применением к реальному миру, познанию всех уровней природы. Книга открывает новый диалог человека с природой.

От существующего к возникающему

Время и сложность в физических науках.

Книга посвящена анализу фундаментальных понятий современной статистической физики: обратимости механического движения, неустойчивости динамических систем, необратимости.

В качестве основного постулата принимается сформулированный на микроскопическом уровне второй закон термодинамики — закон возрастания энтропии и тем самым несимметрия времени. Переход от динамического обратимого по времени описания к вероятностному осуществляется путем специального преобразования, нарушающего временную симметрию.

При этом вводится новое понятие — внутреннее время, характеризующее процессы в неустойчивых динамических системах. На многочисленных примерах из физики, химии и биологии демонстрируется конструктивная роль необратимых процессов.

Познание сложного. Введение

В книге дан общедоступный обзор методов, разработанных в области нелинейной динамики, для изучения сложных систем и процессов, таких, как эволюция, самоорганизация и т.д.

Приводятся конкретные примеры из разных областей науки — от химии, физики, биологии до социологии и климатологии.

Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой

Книга известного бельгийского физико-химика, лауреата Нобелевской премии И.Пригожина и его соавтора И.Стенгерс посвящена рассмотрению науки и философии 19 и 20 века с позиций науки второй половины 20 столетия, а также проблемам и особенностям современного научного мышления.

Цель книги - осмыслить путь, пройденный наукой и познанием, и изложить требования современной науки и общества восстановить на новых основаниях союз человека с природой, в котором будет единство не только природы и человека, но также науки, культуры и общества. Авторы дают глубокое историко-философское рассмотрение научного познания, начиная с Ньютона и Лапласа и заканчивая его позднейшей критикой современными западными философами.

Самоорганизация в неравновесных системах

Данная книга посвящена одной из основных проблем современного естествознания — возникновению упорядоченности в открытых системах, далеких от равновесия. Подробно рассмотрены периодические процессы в химически активных средах, предбиологическая эволюция, различные уровни регуляции в биологических системах. Она может служить прекрасной иллюстрацией применения современных математических методов в химии и биологии.

Современная термодинамика

От тепловых двигателей до диссипативных структур.

Учебное издание, в котором последовательно изложена равновесная, линейная и нелинейная неравновесная термодинамика, причем последняя как общая теория неравновесных процессов.

Книга богато иллюстрирована, в ней приведены исторические сведения, упражнения с решениями, а также компьютерные программы. Особый интерес представляет то обстоятельство, что многие основополагающие понятия неравновесной термодинамики созданы при непосредственном участии одного из авторов лауреата Нобелевской премии И.Р.Пригожина. Тематика книги относится к фундаментальным разделам естествознания.

В фундаментальном научном издании, написанном всемирно известными учеными, последовательно развивается на основе метода де Донде подход к химической реакции как термодинамически необратимому процессу.

Изложение принципов классической термодинамики, сделанное мастерски просто и понятно, расширено на реальные системы. Рассмотрены теории термодинамической устойчивости, теоремы модерации, молекулярная теория растворов, безразличные состояния, что выгодно отличает эту книгу от других углубленных руководств. В настоящее время период бурного развития переживает теория необратимых явлений. С одной стороны, статистическая механика, в течение долгого времени применявшаяся исключительно при рассмотрении равновесных состояний, была систематически распространена на необратимые явления.

С другой стороны, оказалось, что теория необратимых процессов способна привести к новым приложениям в области макроскопической физики. Это, несомненно, представляет исключительный интерес в связи с нелинейными проблемами, столь часто встречающимися в гидродинамике, при рассмотрении процессов диффузии и переноса тепла и т.п.

Илья Романович Пригожин - бельгийской физико-химик, основатель брюссельской школы исследователей в области физической химии и статистической механики, основоположник общей теории диссипативных систем. Его научное творчество тесно связана с философией, с производством инновационных идей на грани науки и философии. К ним относятся, например, новое осмысление идеи времени, пересмотр роли и места науки в культуре, а также самой парадигмальной природы науки. Обогащая методологию науки новой парадигмой, проецируя его на современный изменчивый мир с присущей ему темпоральністю, нестабильностью, неровно-важностью, Г. Пригожин сделал важный вклад в философское осмысление радикальных изменений, происходящих в современной науке и культуре.

Порядок из хаоса: Новый диалог "ЧЕЛОВЕКА С ПРИРОДОЙ"

Наше видение природы претерпевает радикальные изменения в сторону разнообразия, темпоральності и сложности. Долгое время в западной науке доминировала механическая картина мироздания. Сейчас мы осознаем, что живем в плюралистическом мире. Существуют явления, которые представляются нам детерминированными и обратимыми. Такие, например, движение маятника без трения или Земли вокруг Солнца. Но существуют также и необратимые процессы, которые как бы несут в себе "стрела времени". Например, если слить две такие жидкости, как спирт и вода, то из опыта известно, что со временем, они перемешиваются. Обратный процесс - спонтанное разделение смеси на чистую воду и чистый спирт-никогда не наблюдается. В связи с этим, смешивания спирта и воды - необратимый процесс. Вся химия, по существу, составляет нескончаемый перечень таких необратимых процессов.

Понятно, что, помимо детерминированных процессов, некоторые фундаментальные явления, такие, например, как биологическая эволюция или эволюция человеческих культур, должны содержать некий вероятностный элемент. Даже ученый, глубоко убежденный в правильности детерминированных описаний, вряд ли осмелится утверждать, что в момент Большого взрыва, т. е. возникновения известной нам Вселенной, дата выхода в свет нашей книги была начертана на скрижалях законов природы. Классическая физика рассматривала фундаментальные процессы как детерминированные и обратимые. Процессы, связанные со случайностью или необратимостью, считались досадными исключениями из общего правила. Сейчас мы видим, насколько важную роль играют повсюду необратимые процессы и флюктуации.

Хотя западная наука была стимулом к необычайно творческого диалога между человеком и природой, некоторые последствия влияния естественных наук на общечеловеческую культуру далеко не всегда носили позитивный характер. Например, противопоставление "двух культур" в значительной мере обусловлено конфликтом между вневременным подходом классической науки, который доминировал в подавляющем большинстве социальных и гуманитарных наук. Но за последние десятилетия в естествознании произошли значительные перемены, столь же неожиданные, как рождение геометрии или грандиозная картина мироздания, нарисованная в "Математических началах натуральной философии" И. Ньютона. Мы все глубже осознаем, что на всех уровнях - от элементарных частиц до космологии - случайность и необратимость играют важную роль, значение которой возрастает по мере расширения наших знаний. Наука вновь открывает для себя время. Описания этой концептуальной революции и посвящена наша книга.

Революция, о которой идет речь, происходит на всех уровнях: на уровне элементарных частиц, в космологии, на уровне так называемой макроскопической физики, охватывающей физику и химию атомов или молекул, рассматриваемых либо индивидуально, либо глобально, как это делается, например, при изучении жидкостей или газов. Возможно, что именно на макроскопическом уровне концептуальный переворот в естествознании прослеживается наиболее отчетливо. Классическая динамика и современная химия подвергаются в наше время период качественных изменений. Если бы несколько лет назад мы спросили физика, какие явления позволяет объяснить его наука и какие проблемы остаются открытыми, он, вероятно, ответил бы, что мы еще не достигли адекватного понимания элементарных частиц или космологической эволюции, но распоряжаемся достаточно удовлетворительными знаниями о процессах, которые проходят в масштабах, промежуточных между субмікроспічними и космологическими уровнями. Ныне меньшинство исследователей, к которым принадлежат авторы этой книги и которых с каждым днем становится все больше, не разделяют подобного оптимизма: мы лишь начинаем понимать уровень природы, на котором живем, и именно этому уровню в нашей книге уделено основное внимание.

Для правильной оценки концептуального перевооружения физики, которое происходит, необходимо рассмотреть этот процесс в надлежащей исторической перспективе. История науки - это отнюдь не линейная развертка серии последовательных приближений к некоторой последовательной истины. История науки богата на противоречия, неожиданные повороты. Значительную часть нашей книги мы посвятили схеме исторического развития западной науки, начиная с И. Ньютона, то есть с событий трехвековой давности. Историю науки мы стремились вписать в историю мысли, с тем чтобы интегрировать ее с эволюцией западной культуры на протяжении последних трех веков. Только так мы можем за положительными качествами оценить неповторимость того момента, в который нам выпало жить.

В научном наследстве, которое нам досталось, есть два фундаментальных вопроса, на которые нашим предшественникам не удалось найти ответ. Один из них - вопрос об отношении хаоса и порядка. Известный закон возрастания энтропии описывает мир как непрестанно эволюционирует от порядка к хаосу. Вместе с тем, как показывает биологическая или социальная эволюция, сложное возникает из простого. Как такое может быть? Каким образом из хаоса может возникнуть структура? В ответе на этот вопрос сейчас удалось пройти достаточно далеко. Теперь нам известно, что нерівноваженість - поток вещества или энергии - может быть источником порядка.

Но есть и другое, еще более фундаментальное вопросы. Классическая или квантовая физика описывает мир как обратимый во времени, статический.

В их описании нет места эволюции ни к порядку, ни к хаосу.

Информация, которая изымается из динамики, остается постоянной во времени. Налицо явное противоречие между статической картиной динамики и эволюционной парадигмой термодинамики. Что такое необратимость? Что такое энтропия? Вряд ли найдутся другие вопросы, которые бы так же часто обсуждались в ходе развития науки. Лишь теперь мы начинаем достигать той степени понимания и того уровня знаний, которые позволяют в той или иной мере ответить на эти вопросы. Порядок и хаос - сложные понятия. Единицы, используемые в статистическом описании, который дает динамика, отличаются от единиц, которые требуются для создания эволюционной парадигмы, что характеризуется ростом энтропии. Переход от одних единиц к другим приводит к новому пониманию материи. Материя становится "активной", она порождает необратимые процессы, а они в свою очередь, организуют материю.

От мысли классической науки удалось избавиться современной науке? Как правило, от тех, что были сосредоточены вокруг базисной тезиса, согласно которому на определенном уровне мир устроен просто и подчиняется обратимым во времени фундаментальным законам. Похожая позиция в настоящее время является очень примитивной. Разделять такую позицию означает уподобляться тем, кто видит в зданиях лишь нагромождение кирпича. Но с той же кирпичей можно построить и фабричный корпус, и дворец, и храм. Лишь рассматривая здание как единое целое, мы можем воспринимать его как продукт эпохи, культуры, общества, стиля. Есть еще одна вполне очевидная проблема: поскольку мир, который нас окружает, никем не создан, перед нами возникает необходимость дать такое описание его мельчайших "кирпичиков" (т. е. микроскопической структуры мира), который бы объяснил процесс самосозидания.

Применен классической наукой поиск истины сам по себе не может быть прекрасным примером той раздвоенности, которая четко прослеживается на протяжении всей истории западноевропейской мысли. Традиционно неизменный мир идей считался, если воспользоваться выражением Платона, "просветленным солнцем умодосяжним". В том самом смысле научную рациональность было принято усматривать лишь в вечных и неизменных законах. Все временное и преходящее рассматривалось как иллюзия. Ныне подобные взгляды считаются ошибочными. Мы выяснили, что в природе существенную роль играет далеко не иллюзорная, а вполне реальная необратимость, лежащая в основе большинства процессов самоорганизации. Обратимость и жесткий детерминизм, в мире что нас окружает, применяются только в простых предельных случаях. Необратимость и случайность отныне рассматриваются не как исключение, а как общее правило.

В наши дни основной акцент научных исследований переместился с субстанции на отношение, связь, время.

Такая резкая смена перспективы абсолютно не является результатом принятия необоснованного решения. В физике нас принуждают к нему непредсказуемые открытия. Кто же мог ожидать, что многие (если даже не все) элементарные частицы окажутся нестабильными? Кто бы мог подумать, что с экспериментальным подтверждением гипотезы о Вселенной, которая расширяется, у нас возникнет возможность прослеживать историю мира, что нас окружает, как единого целого?

До конца XX века. мы научились глубже понимать смысл двух великих революций в естествознании, которые оказывают решающее влияние на формирование современной физики: создание квантовой механики и теории относительности.

Обе революции начались с попыток исправить классическую механику путем введения в нее только что изобретенных универсальных постоянных. Ныне ситуация изменилась. Квантовая механика дала нам теоретическую основу для описания бесконечных преобразований одних частиц в другие. Аналогично общая теория относительности стала тем фундаментом, опираясь на который мы можем проследить тепловую историю Вселенной на ее ранних стадиях.

По своему характеру наша Вселенная плюралистический, комплексный. Структуры могут исчезать, но могут и возникать. Одни процессы на определенном уровне знаний допускают описание с помощью детерминированных уравнений, другие требуют применения вероятных соображений.

Как можно преодолеть явное противоречие между детерминированным и случайным? Ведь мы живем в едином мире. Как будет показано далее, мы только теперь начинаем заслуженно оценивать значение всего ряда проблем, связанных с необходимостью и случайностью. Кроме того, мы предоставляем совершенно другого, а иногда вовсе противоположному, чем классическая физика, значение разным наблюдением и описанным нами явлениям. Мы уже упоминали о том, что по традиции, которая существовала ранее, фундаментальные процессы было принято считать детерминированными и обратимыми, а процессы, так или иначе связанные со случайностью или необратимостью, трактовать как исключения из общего правила. Сейчас мы повсюду видим, насколько важную роль играют необратимые процессы, флуктуации. Модели, рассмотрением которых занималась классическая физика, соответствуют, как мы теперь понимаем, лишь предельным ситуациям. их можно создавать искусственно, поместив систему в ящик и дождавшись, пока она не достигнет состояния равновесия.

Искусственное может быть детерминированным и обратимым. Естественное непременно содержит элементы случайности и необратимости. Это замечание приводит нас к новому взгляду на роль материи во Вселенной. Материя - не пассивная субстанция, описываемая в рамках механистической картины мира, ей также свойственна спонтанная активность. Отличие нового взгляда на мир от традиционного такая глубокая, что, как уже упоминалось в предисловии, мы можем с полным основанием говорить о новом диалоге человека с природой.

Два потомки теории теплоты по прямой линии - наука о превращении энергии из одной формы в другую и теория тепловых машин - совместными усилиями привели к созданию первой "неклассической науки" - термодинамики. Ни один из вкладов в сокровищницу науки, внесенных термодинамикой, не может сравниться по новизне со знаменитым вторым началом термодинамики, с появлением которого в физику впервые вошла "стрела времени". Введение одностороннего направленного времени было частью более широкого движения западноевропейской мысли. XIX ст. по праву может быть назван веком эволюции: биология, геология и социология уделять все большее внимание изучению процессов возникновения новых структурных элементов, увеличения тяжести. В отношении термодинамики, то в ее основе лежит различие между двумя типами процессов: обратимыми процессами, не зависящими от направления времени, и необратимыми процессами, зависимыми от направления времени. С примерами обратимых и необратимых процессов мы ознакомимся в дальнейшем. Понятие энтропии для того и было введено, чтобы отличать обратимые процессы от необратимых: энтропия возрастает только в результате необратимых процессов.

в Течение XIX века. в центре внимания было исследование конечного состояния термодинамической эволюции. Термодинамика XIX века. была равновесной термодинамикой. На неравновесные процессы смотрели как на второстепенные детали, возмущения, мелкие несущественные подробности, не заслуживающие неспеціальне изучения. В настоящее время ситуация полностью изменилась. Сейчас мы знаем, что вдали от равновесия могут спонтанно возникать новые типы структур. В сильно неравновесных условиях может совершаться переход от беспорядка, теплового хаоса, к порядку. Могут возникать новые динамические состояния материи, отражающие взаимодействие системы с окружающей средой. Эти новые структуры мы назвали диссипативными, стремясь подчеркнуть конструктивную роль диссипативных процессов в их образовании.

В нашей книге приведены некоторые из методов, разработанных в последние годы для описания того, как возникают и эволюционируют диссипативные структуры. При изложении их мы впервые встретимся с такими ключевыми словами, как "нелинейность", "неустойчивость" "флуктуация", что проходят через всю книгу, как лейтмотив. Эта триада стала проникать в наши взгляды на мир и за пределами физики и химии.

При обсуждении противоположности между естественными и гуманитарными науками мы процитировали слова Исайи Берлина. Специфическое и уникальное Берлин противопоставлял том, что повторяется, и общем. Замечательная особенность рассматриваемых нами процессов заключается в том, что при переходе от равновесных условий к сильно неравновесным мы переходим от того, что повторяется, и общего к уникальному и специфическому.

Действительно, законы равновесия имеют большую общность: они универсальны. Что же касается поведения материи вблизи состояния равновесия, то ему свойственна "повторяемость". В то же время вдали от равновесия начинают действовать различные механизмы, соответствующие возможности возникновения диссипативных структур различных типов. Например, вдали от равновесия мы можем наблюдать возникновение химического часов - химических реакций с характерной когерентною периодическим изменением концентрации реагентов. Вдали от равновесия наблюдаются также процессы самоорганизации, приводящие к образованию неоднородных структур - неравновесных кристаллов.

Следует особо подчеркнуть, что такое поведение сильно неравновесных систем довольно неожиданная. Действительно, каждый из нас интуитивно представляет себе, что химическая реакция протекает примерно так: молекулы "плавают" в пространстве, сталкиваются и, перестраиваясь в результате столкновения, превращаются в новые молекулы. Хаотическое поведение молекул можно уподобить картине, которую рисуют атомісти, описывая движение пылинок, танцующих в воздухе. Но в случае химического часов мы сталкиваемся с химической реакцией, которая протекает совсем не так, как нам подсказывает интуиция. Несколько упрощая ситуацию, можно утверждать, что в случае химического часов все молекулы изменяют свое химическое тождество одновременно, через правильные промежутки времени. Если представить себе, что молекулы исходного вещества и продукта реакции окрашены соответственно в синий и красный цвета, то мы увидели бы, как изменяется их цвет в ритме химического часов.

Понятно, что такую периодическую реакцию невозможно описать, ввиду интуитивные представления о хаотической поведение молекул. Возник порядок нового, ранее неизвестного плетня. В этом случае уместно говорить о новой когерентность, механизм "коммуникации" между молекулами. Но связь такого типа может возникать только в сильно неравновесных условиях. Интересно отметить, что подобная связь очень распространен в мире живого. Его существование можно принять за саму основу определения биологической системы.

Необходимо также добавить, что тип дисипативної структуры в значительной мере зависит от условий ее образования. Существенную роль в отборе механизма самоорганизации могут играть внешние поля, например, гравитационное поле Земли или магнитное поле.

Мы начинаем понимать, каким образом, исходя из химии, можно построить сложные структуры, сложные формы, в том числе такие, которые способны стать предшественниками живого. В сильно неравновесных явлениях достоверно установлено весьма важное и неожиданное свойство материи: впредь физика с оправданной основанием может описывать структуры как формы адаптации системы к внешним условиям. Со своего рода механизмом передбіологічної адаптации мы встречаемся в простейших химических системах. Антропоморфной языке можно сказать, что в состоянии равновесия материя "слепая", тогда как в сильно неравновесных условиях она обретает способность воспринимать различия во внешнем мире (например, слабые гравитационные и электрические поля) и "учитывать" их в своем функционировании.

Разумеется, проблема возникновения жизни и теперь остается весьма сложной, и мы не ожидаем в недалеком будущем какого-нибудь простого ее решения. Однако при нашем подходе жизнь перестает противостоять "обычным" законам физики, бороться против них, чтобы избежать предполагаемой судьбы - гибели. Наоборот, жизнь предстает перед нами как своеобразное проявление тех самых условий, в которых находится наша биосфера, в том числе нелинейности химических реакций и сильно неравновесных условий, налагаемых на биосферу солнечной радиацией.

Мы подробно обсуждаем понятия, что даст возможность описывать образование диссипативных структур, например понятия теории бифуркаций. Нужно отметить, что вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации. Такие системы как будто "колеблющихся" перед выбором одного из нескольких путей эволюции, и знаменитый закон больших чисел, если понимать его как обычно, перестает действовать. Небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы. Неуклонно напрашивается аналогия с социальными явлениями и даже с историей. Далеки от мысли сравнивать случайность и необходимость, мы считаем, что оба аспекта играют важную роль в описании нелинейных сильно неравновесных систем.

Резюмируя, можно сказать, что в двух первых частях нашей книги мы рассматриваем два противоположных взгляда на физический мир: статистический подход классической динамики и эволюционный взгляд, основанный на использовании понятия энтропии. Конфронтации между такими противоположными подходами не избежать. ее долго сдерживал традиционный взгляд на оборачиваемость как на иллюзию сближения. Время в оставленный без времени Вселенную ввел человек. Для нас неприемлемо такое решение проблемы обратимости, при котором необратимость приближается к иллюзии или является следствием тех или иных приближений, поскольку, как мы теперь знаем, необратимость может быть источником порядка, когерентности, организации.

Конфронтация частичного подхода классической механики и эволюционного подхода стала неизбежной. Остром столкновение этих двух противоположных подходов к описанию мира посвящена третья часть нашей книги. В ней мы подробно рассматриваем традиционные попытки решения проблем необратимости, примененные сначала в классической, а затем и квантовой механике. Особую роль при этом сыграли пионерские работы Больцмана и Гиббса. Однако мы можем с полным основанием утверждать, что проблема необратимости под многими углами зрения осталась нерешенной.

Ныне мы можем с большей точностью судить об истоках понятия времени в природе, и это обстоятельство приводит к далеко идущим последствиям. Необратимость вводится в макроскопический мир вторым началом термодинамики - законом неспадання энтропии. Теперь мы понимаем второе начало термодинамики и на микроскопическом уровне. Как будет показано далее, второе начало термодинамики выполняет функции правила отбора - ограничения начальных условий, распространяющиеся в последующие моменты времени по законам динамики. Тем самым второе начало вводит в наше описание природы новый, который не сводится к чему-нибудь элемент. Второе начало термодинамики не противоречит динамике, но не может быть выведено из нее.

Уже Больцман понимал, что между вероятностью и необратимостью должен существовать тесная связь. Различие между прошлым и будущим и, следовательно, необратимость могут входить в описание системы только в том случае, если система ведет себя достаточно випадно. Наш анализ подтверждает эту мысль. Действительно, что такое "стрела" времени в детермінічному описании природы? В чем ее значение? Если будущее как-то содержится в настоящем, в котором вложенное и прошлое, то что, собственно, означает "стрела" времени? "Стрела" времени является проявлением того факта, что будущее не задано, т. е. того, что, по словам французского поэта Поля Валери, "время является конструкцией".

Наш повседневный жизненный опыт показывает, что между временем и пространством есть коренное отличие. Мы можем передвигаться из одной точки пространства в другую, но не в состоянии повернуть время вспять. Мы не можем переставить прошлое и будущее. Как мы увидим в дальнейшем, это ощущение невозможности обратить время приобретает теперь точного научного значения. Допустимые состояния отделены от состояний, за вторым законом термодинамики, бесконечно широким ентропийним (барьером). В физике есть много других барьеров. Одним из них является скорость света. По современным представлениям, сигналы не могут распространяться быстрее скорости света. Существование этого барьера весьма важно: если бы его не было, причинность рассыпалась бы в прах. Аналогично энтропий-ный барьер является предпосылкой, позволяющей дать точный физический смысл (содержание) связи. Представьте себе, что случилось бы, если бы наше будущее стало прошлым каких-то других людей! <...>

Но, возможно, самый важный прогресс заключается в том, что проблема строения, порядка возникает теперь перед нами в иной перспективе. "Информация" в том виде, в котором она поддается определению в терминах динамики, остается постоянной по времени. Это звучит парадоксально. Если мы смешаем две жидкости, то никакой "эволюции" при этом не произойдет, хотя разделить их, не прибегая к помощи какого-либо внешнего устройства, не представляется возможным. Наоборот, закон неспадання энтропии описывает перемешивание двух жидкостей как эволюцию к "хаоса", или "беспорядок", - до наиболее вероятного состояния. Теперь мы имеем все необходимое для того, чтобы доказать взаимную непротиворечивость обоих описаний: говоря об информации или порядок, необходимо каждый раз переопределять единицы, которые мы определяем. Важный новый факт заключается в том, что теперь мы можем установить точные правила перехода от единиц одного типа к единицам другого типа. Иначе говоря, нам удалось получить микроскопическое формулировку эволюционной парадигмы, выражаемой вторым началом термодинамики. Этот вывод представляется нам важным, ведь эволюционная парадигма охватывает всю химию, а также существенные части биологии и социальных наук. Истина открылась нам недавно. Процесс пересмотра основных понятий, что происходит сейчас в физике, еще далек от завершения. Наша цель заключается вовсе не в том, чтобы осветить признанные достижения науки, ее стабильные и достоверно установленные результаты. Мы хотим привлечь внимание читателя к новых понятий, которые возникли в ходе научной деятельности, ее перспектив и новых проблем. Мы отчетливо осознаем, что находимся лишь в самом начале нового этапа научных исследований.

Мы считаем, что находимся на пути к новому синтезу, новой концепции природы. Возможно, когда-нибудь нам удастся слить воедино западную традицию, которая придает первостепенное значение експериментації и количественным формулировкам, и такую традицию, как китайская, с ее представлениями о спонтанно изменяющийся мир. В начале вступления мы привели слова Жака Моно о одиночестве человека во Вселенной. Вывод, к которому он приходит, гласит: "Древний союз [человека и природы] разрушен. Человек наконец сознает свое одиночество в равнодушной бездне Вселенной, из которой она возникла по воле случая".

Моно, очевидно, прав. Древний союз разрушен полностью. Но мы усматриваем свое предназначение не в том, чтобы плакать по прошлому, а в том, чтобы в невероятном разнообразии современных естественных наук попытаться найти путеводную нить, ведущую к какой-то единой картины мира. Для классической науки такой моделью были часы, для XIX века. - периода промышленной революции - паровой двигатель. Что станет символом для нас? Наш идеал, пожалуй, наиболее полно выражает скульптора - от искусства древней Индии или Центральной Америки до Колумбової суток, до современного искусства. В некоторых наиболее совершенных образцах скульптуры, например в фигуре танцующего Шивы или в миниатюрных моделях храмов Герреро, отчетливо чувствуется поиск трудноуловимого перехода от покоя к движению, от времени остановившегося к времени текущему. Мы уверены в том, что именно эта конфронтация определяет неповторимое своеобразие нашего времени. <...>

Связав ентротопію с динамической системой, мы тем самым возвращаемся к концепции Больцмана: возможность (вероятность) достигает максимума в состоянии равновесия. Структурные единицы, которые мы используем при описании тердинамічної эволюции, в состоянии равновесия ведут себя хаотично. В отличие от этого в слабо неравновесных условиях возникают корреляция и когерентность.

Теперь мы подходим к одному из наших главных выводов: на всех уровнях, будь то уровень макроскопической физики, уровень флуктуаций или микроскопический уровень, источником порядка является неравенство. Неравенство, то есть то, что порождает "порядок из хаоса". Но, как мы уже упоминали, понятие порядка (или беспорядка) сложнее, чем можно было бы думать. Только в крайних случаях, например, в розрідженних газах, оно обретает простого содержания в соответствии с пионерских работ Больцмана.

Сейчас наша уверенность в "рациональности" природы частично подвергается сомнению в результате быстрого роста естествознания в наше время. Как было отмечено в "Предисловие", наше видение природы претерпело существенных изменений. Ныне мы учитываем такие изменения, как множественность, зависимость от времени и сложность. Некоторые изменения, произошедшие в наших взглядах на мир, описанные в этой книге.

Мы искали общие, всеохватывающие схемы, которые допускали бы описание на языке вечных законов, но обнаружили время, события, частицы, подвергаются различным преобразованиям. Занимаясь поиском симметрии, мы с удивлением заметили на всех уровнях - от элементарных частиц до биологии и экологии - процессы, сопровождаются нарушением симметрии. Мы описали в нашей книге столкновение между динамикой с присущей ей симметрией во времени и термодинамикой, для которой характерна односторонняя направленность времени.

На наших глазах возникает новое единство: необратимость есть источником порядка на всех уровнях. Необратимость является тем механизмом, который создает порядок из хаоса.

Авторы книги «Порядок из хаоса» показывают, что в машинный век традиционная наука уделяет основное внимание устойчивости, порядку, однородности и равновесию. Она изучает главным образом замкнутые системы и линейные соотношения, в которых малый сигнал на входе вызывает малый отклик на выходе. Пригожинская парадигма особенно интересна тем, что она акцентирует внимание на аспектах реальности, наиболее характерных для современной стадии ускоренных социальных изменений: разупорядоченности, неустойчивости, разнообразии, неравновесности, нелинейных соотношениях, в которых малый сигнал па входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе.

Работы Пригожина, образуют новую, всеобъемлющую теорию. В сильно упрощенном виде суть этой теории сводится к следующему. Некоторые части Вселенной действительно могут действовать как механизмы. Таковы замкнутые системы, но они в лучшем случае составляют лишь малую долю физической Вселенной. Большинство же систем, представляющих для нас интерес, открыты - они обмениваются энергией или веществом (можно было бы добавить: и информацией) с окружающей средой. К числу открытых систем, без сомнения, принадлежат биологические и социальные системы, а это означает, что любая попытка понять их в рамках механистической модели заведомо обречена на провал.

На мой взгляд книга Пригожина может быть интересна менеджерам, как еще один кирпичик формирования системного взгляда на организации (см. также Джеймс Глейк. Хаос. Создание новой науки).

Пригожим И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. - М.: Прогресс, 1986. - 432 с.

Если воспользоваться терминологией Пригожина, то можно сказать, что все системы содержат подсистемы, которые непрестанно флуктуируют. Иногда отдельная флуктуация или комбинация флуктуаций может стать (в результате положительной обратной связи) настолько сильной, что существовавшая прежде организация не выдерживает и разрушается. В этот переломный момент (в точке бифуркации) принципиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и более высокий уровень упорядоченности

Факты, обнаруженные и понятые в результате изучения сильно неравновесных состояний и нелинейных процессов, в сочетании с достаточно сложными системами, наделенными обратными связями, привели к созданию совершенно нового подхода, позволяющего установить связь фундаментальных наук с «периферийными» науками о жизни и, возможно, даже понять некоторые социальные процессы. (Факты, о которых идет речь, имеют не меньшее, если не большее, значение для социальных, экономических или политических реальностей. Такие слова, как «революция», «экономический кризис», «технологический сдвиг» и «сдвиг парадигмы», приобретают новые оттенки, когда мы начинаем мыслить о соответствующих понятиях в терминах флуктуации, положительных обратных связей, диссипативных структур, бифуркаций и прочих элементов концептуального лексикона школы Пригожина.)

Подчеркивая, что необратимое время не аберрация, а характерная особенность большей части Вселенной, Пригожин и Стенгерс подрывают самые основы классической динамики. Для авторов выбор между обратимостью и необратимостью не является выбором одной из двух равноправных альтернатив. Обратимость (по крайней мере если речь идет о достаточно больших промежутках времени) присуща замкнутым системам, необратимость - всей остальной части Вселенной.

В доставшемся нам научном наследии имеются два фундаментальных вопроса, на которые нашим предшественникам не удалось найти ответ. Один из них - вопрос об отношении хаоса и порядка. Знамени 1-й закон возрастания энтропии описывает мир как непрестанно эволюционирующий от порядка к хаосу. Вместе с тем, как показывает биологическая или социальная эволюция, сложное возникает из простого. Каким образом из хаоса может возникнуть структура? Неравновесность - поток вещества или энергии - может быть источником порядка. Но существует и другой, еще более фундаментальный вопрос. Классическая или квантовая физика описывает мир как обратимый, статичный. Налицо явное противоречие между статической картиной динамики и эволюционной парадигмой термодинамики. Что такое необратимость? Что такое энтропия?

ВВЕДЕНИЕ. ВЫЗОВ НАУКЕ

От каких предпосылок классической науки удалось избавиться современной науке? Как правило, от тех, которые были сосредоточены вокруг основополагающего тезиса, согласно которому на определенном уровне мир устроен просто и подчиняется обратимым во времени фундаментальным законам. Подобная точка зрения представляется нам сегодня чрезмерным упрощением. Поскольку окружающий нас мир никем не построен, перед нами возникает необходимость дать такое описание его мельчайших «кирпичиков» (т.е. микроскопической структуры мира), которое объясняло бы процесс самосборки.

Мы обнаружили, что в природе существенную роль играет далеко не иллюзорная, а вполне реальная необратимость, лежащая в основе большинства процессов самоорганизации. Обратимость и жесткий детерминизм в окружающем нас мире применимы только в простых предельных случаях. Необратимость и случайность отныне рассматриваются не как исключение, а как общее правило.

По своему характеру наша Вселенная плюралистична, комплексна. Структуры могут исчезать, но могут и возникать. Одни процессы при существующем уровне знаний допускают описание с помощью детерминированных уравнений, другие требуют привлечения вероятностных соображений. По существовавшей ранее традиции фундаментальные процессы было принято считать детерминированными и обратимыми, а процессы, так или иначе связанные со случайностью или необратимостью, трактовать как исключения из общего правила. Ныне мы повсюду видим, сколь важную роль играют необратимые процессы, флуктуации. Модели, рассмотрением которых занималась классическая физика, соответствуют, как мы сейчас понимаем, лишь предельным ситуациям. Их можно создать искусственно, поместив систему в ящик и подождав, пока она не придет в состояние равновесия. Искусственное может быть детерминированным и обратимым. Естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости. Это замечание приводит нас к новому взгляду на роль материи во Вселенной. Материя - более не пассивная субстанция, описываемая в рамках механистической картины мира, ей также свойственна спонтанная активность.

Ни один из вкладов в сокровищницу науки, внесенных термодинамикой, не может сравниться по новизне со знаменитым вторым началом термодинамики, с появлением которого в физику впервые вошла «стрела времени». Понятие энтропии для того и было введено, чтобы отличать обратимые процессы от необратимых: энтропия возрастает только в результате необратимых процессов. Замечательная особенность рассматриваемых нами процессов заключается в том, что при переходе от равновесных условий к сильно неравновесным мы переходим от повторяющегося и общего к уникальному и специфичному.

В двух первых частях нашей книги мы рассматриваем два противоборствующих взгляда на физический мир: статический подход классической динамики и эволюционный взгляд, основанный на использовании понятия энтропии. Конфронтация вневременного подхода классической механики и эволюционного подхода стала неизбежной. Острому столкновению этих двух противоположных подходов к описанию мира посвящена третья часть нашей книги.

Имеется ли в структуре динамических систем нечто специфическое, позволяющее им «отличать» прошлое от будущего? Какова необходимая для этого минимальная сложность? Уже Больцман понимал, что между вероятностью и необратимостью должна существовать тесная связь. Различие между прошлым и будущим и, следовательно, необратимость могут входить в описание системы только в том случае, если система ведет себя достаточно случайным образом. Стрела времени является проявлением того факта, что будущее не задано.