Введение

При высочайшем уровне науки и техники, колоссальном материальном и духовном богатстве, общество ужасно несовершенно: не стихают войны, сохраняется нищета, растёт экстремизм. Что не так, по каким законам развивается человечество и как добиться устойчивого, равномерного и спокойного развития? Чтобы разобраться в этом, необходима общая теория эволюции. Теорий эволюции создано немало, от частных, как теория естественного отбора Ч. Дарвина, до общих, как «Универсальная Эволюция» и «Big History», Большая История. Одним из первых, на рубеже XIX века, было учение о развитии Г. Гегеля, названое им диалектикой, учением о диалоге, в котором развивается знание. Свойственную миру эволюцию Гегель изучал через отражение в сознании и изложил как познание мира «абсолютным духом». Уже в этом учении заложены идеи постоянного усложнения и всеобщности законов эволюции.

Биологическая теория Дарвина и второе начало термодинамики Р. Клаузиуса указали в XIX веке на противоречие между свойственным живому усложнением и более общим законом неизбежного упрощения. Как это противоречие разрешается жизнью, объяснил уже в 1944 г. Э. Шрёдингер. Всё, в сущности, просто: среда поставляет живым системам «чистую», организованную энергию, а назад получает её в «загрязнённом» энтропией виде. Выкидывая энтропию, системы оставляют себе упорядоченность. Это не объясняет роста сложности в мире «вопреки» термодинамике, но отодвигает противоречие в неопределённую среду.

Современные теории эволюции развивают, в частности, идею Гегеля о существовании универсальных законов эволюции. Предполагают при этом, что движителем развития являются системы, а причиной – свойство самопроизвольной организации материи.

Наиболее адекватной (и при этом строго формализованной) представляется эволюционная теория С.П. Курдюмова [1], опирающаяся на анализ нелинейных систем, описываемых тепловым уравнением достаточно общего вида. Их развитие характеризуется как режим с обострением, чертами которого являются рост общей мощности, смена стадий с сокращением их длительности и общим ускорением развития, концентрация вещества или информации в некоторых центральных местах, формирование и развитие структур разной сложности и их гибель на заключительных этапах циклов, усиление неустойчивости. Эти процессы описываются собственными функциями нелинейной среды – строго определенным, дискретным набором пространственно-временных структур, которые могут формироваться и развиваться в данной среде. Курдюмовым и его последователями показано, что в режиме с обострением происходила химическая эволюция во Вселенной, биологическая эволюция, глобальная эволюция общества, а также развитие многих крупных и мелких физико-химических, биологических, социальных, экономических и других систем. Однако описать таким уравнением сложные системы можно лишь на устойчивых этапах. Например, используя численность человечества, как ключевой параметр, можно сравнительно точно описать эволюцию человечества на значительной части его истории. Но в наиболее важной для нас части, именно в переживаемый момент, такие уравнения теряют предсказательную силу. Человечество включено в более мощные системы планетарного и галактического масштаба, и для них, вероятно, какие-то уравнения написать можно. Но сведений об эволюции галактики у нас недостаточно, а развитие Земли определяется именно развитием человечества и столь же неустойчиво и непредсказуемо.

Опираясь на идеи названных и не названных учёных (в числе которых В.И.Вернадский, И.Пригожин, С.П. Капица, Д.С. Чернавский, А.П. Назаретян), попробуем всё же понять, куда пришёл и куда движется наш мир.

Определения основных понятий

Система/скопление

Системой принято называть множество элементов и связей между ними, образующее некоторое единство. Системы возникают из скоплений при накоплении связей (подробнее здесь). Каждой системе и каждому скоплению соответствует свой процесс, затрагивающий и окружающую среду.

Эволюция (развитие): совершенствование/деградация

Эволюция и развитие равно могут вести как (на восходящей ветви) к совершенствованию, так и к деградации.Это сложный многомерный и многоуровневый самоподобный процесс, на каждой стадии и на каждом уровне которого самоорганизации сталкиваются с распадом, обусловленным ростом энтропии. Эволюционные процессы могут идти как с выделением энергии (например, при сжатии) так и с её поглощением (закон сохранения энергии никто не отменял). Есть некоторая связь между удельной мощностью энергетических потоков и сложностью систем, но она неоднозначна. Ниже обсудим это подробно.

Самоорганизация

Самоорганизацию определяют как самопроизвольное установление в неравновесных диссипативных средах устойчивых регулярных структур. Неравновесность обеспечивает наличие потоков (например, энергии), а диссипативность – наличие стока (возможности рассеяния). Впрочем, неравновесность уже подразумевает наличие стока, без диссипативности она не может долго сохраняться. Возникновению самоорганизации способствует хаотизация, связанная с ростом энтропии, по мере становления новая структура этот рост замедляет. Более широко можно говорить о самопроизвольности как основе всех восходящих эволюционных процессов (подробнее здесь).

Порядок/хаос

Упорядочение обыденно может пониматься, как выравнивание, успокоение, но в научном смысле порядок – это, наоборот, когда всё "рассортировано" по температуре, давлению, химическому составу и т.д. Такая упорядоченность неустойчива и без специальных мер быстро разрушается с ростом энтропии. Парадокс эволюции состоит в генерализации упорядочивания, основанной на росте неустойчивости составляющих её процессов. Мы с раннего детства учимся разрешать такие парадоксы. Осваивая ходьбу, плавание, катание на коньках, другие виды движения, приходится начинать с потери устойчивости. Для движения, возникновения нового нужна свобода от устойчивости старых состояний и структур.

Энтропия

Энтропия определена в термодинамике отношением теплоты (энергии) к температуре, и, в статистической физике (что эквивалентно) логарифмом статистического веса макросостояния системы. Проще говоря, она растёт по мере увеличения числа не изменяющих свойства системы перестановок её элементов. Энтропия мала, если какие-то силы поддерживают порядок в системе (как, например, в атомах, молекулах и кристаллах). Если таких сил нет и элементы свободны, система мигрирует в сторону состояний с наибольшим статистическим весом. Поэтому энтропию можно назвать мерой свободы (а также беспорядка и равновесности).

Сложность: многообразие/функциональность

Сложность системы определяется её структурой. В хаотичной системе элементы свободны, и это способствует выстраиванию разнообразных структур, отвечающих внешним условиям. В таких системах (например, в биосфере) сложность приобретает вид многообразия. Жёсткая упорядоченность позволяет преодолевать давление среды и создавать структуры, способные выполнять более сложные функции. Например, скелет даёт возможность бороться с земным тяготением, а армия защищает государство от притязаний соседей. Рост конкуренции в хаотичной системе может привести к утере многообразия с образованием единой структуры, оптимально соответствующей требованиям среды. Примерно так формируется геном вида, кодексы и регламенты в обществе, стандарты в технике. Рост же функциональной сложности изменяет саму среду, и может создать нишу для нового многообразия.

Информация

В кибернетике информацией назвали (Г. Кастлер) случайный и запомненный выбор одного варианта из нескольких возможных и равноправных. Синергетики (Д.С. Чернавский) уточнили, что выбор может быть как оригинальным, так и заимствованным [2]. Не всегда есть различные варианты выбора, неинформативна только тривиальная безальтернативность.

Но единичный выбор определяет только один бит. Структуру системы задаёт информация, определяемая совокупностью выборов. Если структура устойчива, информация фиксируется (актуализируется), если же система не сохраняется, информацию, заложенную в её структуру, можно назвать потенциальной. Распад неустойчивых систем увеличивает энтропию.

Сказанное справедливо для устойчивых систем. Но выше отмечено, что рост сложности невозможен без отказа от устойчивости. Живые, и особенно разумные системы способны сохранять и использовать при необходимости фрагменты потенциальной информации, соответствующие структуре существующих, погибших или никогда не существовавших систем. Такая, "дополнительная" информация, подобно актуальной, отвечает некоторым закономерностям среды. Совокупность накопленной системой дополнительной информации называют её тезаурусом.

Ценность информации

Сложные системы, помимо актуальной информации, содержащейся в их структуре, производят, сохраняют и обмениваются дополнительной, ценность которой определяется её полезностью. Информация полезна для системы, если соответствует её целям и вытекающим из них конкретным задачам. На разных стадиях развития ценность изменяется: то, что важно для студента, ещё непонятно школьнику и уже не нужно профессору. Соответствие информации целям не всегда очевидно, поэтому тезаурус может наполняться различной, в том числе и вредной информацией, актуализация (включение в структуру) которой может погубить систему.

Цели систем

Основная цель любой системы – самосохранение. Но, являясь частью некоторой надсистемы, ещё важнее заботиться о её сохранении. Третья, самая важная цель, разрешающая противоречие двух первых, состоит в сохранении своей информации. У неживых систем есть только первая цель (если её нет, система рушится), у живых – две первых. Третья более характерна для разумных систем.

Связи: активные/пассивные

Скопление становится системой только благодаря связям между элементами. Хотя создание связи, как правило, требует затрат, чаще всего они быстро окупаются. В физике под энергией связи понимают количество работы, которое нужно затратить, чтобы связь разорвать: наличие связи для системы полезно.

Речь, прежде всего, о пассивных связях, таких, как скелет, дорога, кожа и т. д. Будучи однажды созданы, они могут служить очень долго, многократно окупая расходы на своё создание. Но можно говорить и об активных связях, которые как раз и создают, а также поддерживают пассивные.

Схема эволюции

Рис.1. Один виток эволюции: возникновение и распад системы

На рис.1 схематично изображено возникновение системы из хаоса скоплений под воздействием вносимой извне и порождающей противоречия неравновесности. Точнее, неравновесность –это перепад между источником и поглотителем энергии. Развитие процесса охлаждает нагреватель и нагревает холодильник (показано изменением цвета полосы неравновесности слева направо). Это замедляет и в конечном счёте рушит процесс.

Самоорганизации приводят к образованию связей, нарастанию сложности, накоплению информации. У системы появляются собственные цели, тормозящие дальнейшее развитие. После более или менее длительного гомеостазиса начинается деградация и распад. Может удивлять, что рост неравновесности идёт вместе с ростом упорядоченности, но это два следствия усложнения. Конкретные системы могут плохо укладываться в эту схему. Например, всё живое уже при возникновении имеет высокую связность, а простые системы часто не тратят времени на становление. Но все стадии могут иметь место.

———————

Мы рассмотрели основные понятия, связанные с эволюцией систем. Дальше будем разбираться, куда, почему и по каким законам она идёт.

Литература:

1, Куркина Е. С., Князева Е. Н.С. П. Курдюмов и его эволюционная модель динамики сложных систем.

2. Чернавский, Д.С., 2016, «Синергетика и информация: Динамическая теория информации»Изд. 5-ое, М., ООО "Леннанд". В интернете под названием «Синергетика и информация» доступна урезанная версия книги, содержащая 1,2 и 7 главы первого полного издания.