Синергетика.
Этюды 70.
Посвящено
100-летию со дня рождения выдающегося учёного, профессора
Басина Абрама Моисеевича.
Басина
Г. И., Басин М. А.
НИЦ
«Синергетика» Санкт-Петербургского союза учёных.
Этюд 10
Вихре-волновой
резонанс. Нано - технологии. Жизнь. Человечество. Экономика. Synergonet
1. Если построить системную
триаду научного знания[1]:
Философия
/ \
Математика------- Конкретные науки,
то Синергетика проектируется в центр и приподнята над плоскостью этой
триады, становясь её ядром и одновременно осуществляя связи между её
элементами. Появление Синергетики связано с тем, что в каждом из элементов
триады появились возможности для изучения самых сложных проблем науки – проблем
самоорганизации материи. Синергетика обобщает эти возможности, и, синтезируя
их, порождает новые. Границы Синергетики лежат в областях её сращивания с
элементами триады, и их установление происходит в творческой конкуренции идей,
амбиций и мнений. Задача Синергетики будет выполнена, и границы её будут
определены, если триада превратится в полноценную системную тетраду, каждый
элемент которой будет иметь своё ядро и связи с другими элементами. Ни попытки
уничтожить Синергетику как не имеющую своей сферы исследований, ни
противоположные попытки заменить Синергетикой всю базовую триаду научного
знания не будут продуктивными.
2. Значительный вклад в развитие
синергетических исследований внесли Санкт-Петербургские учёные. С мая 1993 года
по инициативе выдающегося учёного и общественного деятеля В. Д. Поремского в
Санкт-Петербурге работал Семинар «Синергетика и методы науки», а с октября 1995
года – функционирует научно-исследовательский центр «Синергетика». Работы
центра были поддержаны четырьмя грантами РФФИ (руководитель: проф. М. А. Басин)
и тремя грантами РГНФ (руководитель: проф. Р. Г. Баранцев). Сотрудниками центра
опубликовано более двухсот статей и 20 сборников и монографий.
3. При мысленном выделении объекта из природы мы составляем в мозгу его
образ, даём ему имя и вводим в рассмотрение два числа: единица и нуль, -
характеризующие соответственно существование и отсутствие объекта. Тем самым,
мы вводим в рассмотрение три языка Синергетики и науки вообще:
а) язык математики,
б) язык образов,
в) язык слов.
Эта триада соответствует
семантической триаде Р.Г. Баранцева[1]:
–
интуицио
/ \
рацио –эмоцио.
Синергетика внесла в использование этих языков специфические
особенности и новые связи. Достижения качественной теории динамических систем и
нелинейных волн, структур и систем, внедрение тринитарной методологии и мягких
математических методов асимптотической математики привели к появлению новых
мысленных и графических образов, новых слов и определений, новых математических
понятий, которые благодаря синергетическим исследованиям внедряются во все
элементы основной триады научных дисциплин.
4. Целостная система, которая может быть названа одним словом, при
математическом описании приближённо представляется действительной скалярной
мерой – параметром целого. Удачный выбор параметра целого является следствием
адекватности того мысленного образа изучаемого объекта, который сложился на
первых этапах эмпирического исследования, реальному объекту. Параметр целого
должен быть выбран таким образом, чтобы он легко определялся эмпирически или
вычислялся и характер его зависимости от времени был устойчив для ряда
аналогичных систем. Если мы оставляем при исследовании сложного объекта лишь
одну обобщённую координату (меру, параметр целого), то в качестве неё можно
использовать величину, характеризующую объём многообразия координат, более
детально описывающих систему. Это может быть геометрический размер или объём,
положение в пространстве, действие, энергия, масса системы, энтропия или
информация, количество денег в экономике, прибыль, количество слов в языке и
даже переменная возможность существования самой системы. В ряде случаев можно
принять за параметр целого изучаемого объекта число элементов - квантов,
которые включены в объект как в обобщённую волну; если каждый из них имеет свою
меру или параметр целого и эти меры аддитивны, то - суммарную меру всех
квантов. Введение параметра целого подразумевает значительное информационное
сжатие, и поэтому динамика его изменения не полностью определяет динамику
системы. Динамика параметра целого может быть приближённо описана либо в виде
итерационного процесса, либо в форме дифференциального уравнения. Качественный
анализ такого рода систем с дискретным и континуальным числом состояний позволил проанализировать возможные особенности
изменения этого параметра для различных классов структур и систем.
Принципиально новые теоретические результаты были получены на пути
комплексификации параметра целого и качественного исследования дифференциальных
уравнений и итерационных процессов в области комплексного переменного. Введены
представления о комплексных гамильтониане и лагранжиане динамической системы.
5. Однако анализа нелинейной динамики одного, хотя и удачно выбранного,
параметра целого обычно бывает недостаточно. При более детальных исследованиях
вводится несколько обобщённых координат, изменение которых более подробно
характеризует динамику системы. В соответствии с идеями Р. Г. Баранцева [1] можно предположить, что
оптимальным с точки зрения асимптотического анализа является тринитарное
описание динамической системы. Теория нелинейных динамических систем с конечным
числом координат в настоящее время интенсивно развивается. Предложены различные
формы классификации систем и их математических моделей.
6. При качественном анализе влияния нелинейности на динамику систем с
континуальным множеством координат нами предложена новая классификация волн,
структур и систем, опирающаяся на их общие волновые свойства, в рамках которой
удалось проследить за характером влияния нелинейности на качественный переход
классических линейных волновых движений в динамические структуры и сложные
самоорганизующиеся транспортно- информационные системы. (Смотри Этюд №9).
7. Предложенная классификация позволила объяснить ряд новых физических
явлений, обнаруженных при исследовании взаимодействия сложных систем и их полей
как резонансное вихре - волновое взаимодействие. Построена классификация
резонансных явлений в динамических системах и волновых структурах, куда включён
новый широкий класс, названный вихре - волновым и (или) структурным резонансом.
Исследованные теоретически и экспериментально примеры вихре - волнового
резонанса при движении несимметричных тел в сплошной среде свидетельствуют о
возможности существования вихре - волновых и (или) структурных резонансов при
взаимодействии произвольных близко расположенных структур, находящихся в
некотором общем поле, через которые они могут воздействовать друг на друга..[3,
9].
Необходимым условием структурного резонанса является равенство
эквивалентных размеров взаимодействующих структур. Для проверки возможности
появления структурно-волнового резонанса достаточно знать основные параметры
поля, в котором расположены взаимодействующие структуры, основное уравнение,
описывающее динамику поля, и найти собственный спектр волн, характеризующих это
поле.
Воздействие структур на поле обычно описывается интегральными
операторами, характеризующими изменение поля под действием движущихся и
излучающих структур. При этом не все параметры структур, воздействующих на
поле, должны быть закреплены. В этом случае обратное действие поля на структуру
может резонансно увеличивать не закреплённые параметры структуры.
Резонансное взаимодействие
приводит к отбору и усилению параметров, соответствующих волновым частотам,
длинам волн и размерам структур, которые являются близкими для резонансно
взаимодействующих объектов. Отсюда справедливо не только утверждение о том, что
вихре - волновой и (или) структурный резонанс может быть использован для обнаружения
слабых неоднородностей в сплошных средах и полях различной природы, но также
утверждение о том, что, если такой отбор и такое усиление в каких-либо явлениях
наблюдается, то сам этот факт может служить сигналом, проявляющим вихре -
волновой и (или) структурный резонанс.
8. Одной из важнейших функций головного мозга является распознавание в потоке поступающей
информации образов реально существующих предметов. Механизм распознавания
образов до настоящего времени полностью не раскрыт. Поэтому новые идеи, связанные
с решением этой задачи, заслуживают пристального внимания. Предлагается в
качестве одного из вариантов решения этой проблемы использовать одну из форм
вихре - волнового и (или) структурного резонанса, так называемый экранный эффект, то–есть значительное
увеличение подъёмной силы крыла при приближении его к экрану. Как следует из
теоретического рассмотрения соответствующей математической задачи и результатов
экспериментальных исследований, влияние экрана на гидродинамические
характеристики крыла эквивалентно влиянию отраженного от экрана крыла,
обтекаемого под противоположным углом атаки. Если расположить вблизи некоторой
плоскости два крыла, то максимальное взаимодействие, приводящее к взаимному
аномальному увеличению их несущей способности, будет наблюдаться именно в
резонансном режиме, когда их размеры будут одинаковы и они будут симметричны
относительно этой плоскости. Математическая модель обтекания системы крыльев в
настоящее время хорошо разработана и может быть использована для создания принципиально
нового метода распознавания
образов. Сделанное предложение требует специальной проработки и дополнительной
оценки его эффективности.
9 Транспортно-информационные системы представляют иерархию волновых
процессов с различными частотами и структур с различными масштабами,
взаимодействующих между собой. Это внутреннее взаимодействие также обычно
осуществляется резонансным образом, за счёт связей соседних уровней иерархии и
комбинационных резонансов, позволяющих перейти от заданных частот возмущения и
масштабов (волновых чисел) к другим. В этом случае резонансное взаимодействие
может привести к качественному изменению поведения как отдельных элементов или
подсистем или поведения системы в целом.
10. Вихре-волновой и (или) структурный резонанс может проявиться и
иметь свои специфические формы при любых перемещениях произвольных структур в
неоднородной сплошной среде, что даёт возможность применять основные
теоретические положения, позволяющие изучать это нелинейное явление к
судостроению и авиации, техническим производствам, химии, биологии, нано- технологиям, физике и магнитной
гидродинамике, океанологии и метеорологии, экономике и другим социальным
процессам.
Предсказанное теоретически и обнаруженное экспериментально явление
вихре-волнового и (или) структурного резонанса внесло коренные изменения в
существующие представления о динамике движущихся объектов и неоднородной
сплошной среды. Открытие этого явления стимулирует создание и развитие новых
методов теоретических и экспериментальных исследований в различных областях
науки и техники, созданию новых технологий и конструкций.
Концепция вихре-волнового и структурного резонанса, а также классификация нелинейных волновых движений
используются для объяснения известных,
но не изученных до конца нелинейных явлений, связанных с движением тел в
жидкости: отрывное обтекание тел, возникновение и развитие циркуляционного
течения около тела, возникновение и разрушение ударных волн на границе раздела
сред, обтекание интерцепторов, гидроупругие колебания крыльев.
Значение полученных результатов состоит не только в обнаружении и
изучении нового неизвестного ранее класса резонансных процессов и
вихре-волновых структур, но также и в том, что разработанная классификация
волновых движений и вихревых, грибовидных и древовидных структур позволяет
предсказывать и обнаруживать неизвестные ранее формы вихре-волнового
взаимодействия, создавать искусственно условия для возникновения этого типа
резонансов применительно к практическим задачам, а также создавать новые
способы, разрабатывать новые
конструкции, часть которых уже использована в судостроении.
11. В последние годы учёные, проектировщики, бизнесмены и даже политики
значительное внимание уделяют развитию нано -технологий. Одним из возможных
путей развития нано-технологий является попытка перенесения технических
достижений классической и ядерной науки и техники в переходный мир
нано-структур. Однако наибольший эффект может быть достигнут, если обратить
внимание на резонансные явления в этих промежуточных по пространственным
масштабам процессах.
В частности, неограниченные практически полезные результаты может дать
исследование в нано- масштабах условий возникновения и эффективного воздействия
на нано-структуры вихре-волнового и
(или) структурного резонанса. Теоретические и экспериментальные исследования
геометрических и частотных характеристик нано-структур позволят уже на первых
этапах исследования предсказать условия появления вихре-волнового и (или)
структурного резонанса и в первом приближении оценить возможные эффекты его
появления. Вихре - волновой и (или) структурный резонанс в нано-масштабах
позволит локально концентрировать в заданном месте значительные запасы энергии,
а также необходимые для тех или иных реакций вещества, молекулы и атомы.
12. Нами высказаны предложения об использовании идей вихре - волнового
и (или) структурного резонанса в экономических исследованиях. Роль неоднородной
среды в этом случае играет совокупность объектов и субъектов, между которыми
осуществляются производственные и экономические отношения. Так как в экономике
уже выработался естественный параметр целого - деньги, то их объём, выраженный
в некотором эквиваленте, может считаться своеобразным геометрическим размером
субъектов экономики. Количество денег, принадлежащих той или иной корпорации,
может считаться её размером или длиной эквивалентной ей волны. В экономике
постоянно происходит оборот денежной массы. Период обращения денежной массы
того или иного субъекта экономики может считаться частотой эквивалентной волны,
а её скоростью можно считать отношение денежной массы к периоду обращения.
Совокупность субъектов экономики обладает неким свойством, которое
можно считать эквивалентным дисперсионному соотношению сплошной среды. Каждому
субъекту экономической деятельности, успешному в данном поле, соответствует
определённая связь между его объёмом и частотой оборота средств. Эта связь
может быть экспериментально определена. Если появляется какой-либо новый
участник экономической системы, то можно предположить, что его деятельность
будет успешной, если его капитал и предполагаемая частота его оборота будут
соответствовать дисперсионному соотношению экономической среды, в которой он
собирается действовать. Однако указанное условие должно явиться необходимым, но
не достаточным условием успеха.
Концепция вихре - волнового и (или) структурного резонанса может быть
после соответствующей проверки использована и при выборе партнёров в
экономической деятельности. Для выполнения необходимого условия структурного
резонанса необходимо, чтобы партнёры имели близкие величины капитала и скорости
его оборота. Если же взаимодействуют компании с различными объёмами капитала,
то в более крупной компании должно быть самостоятельное подразделение, близкое
по объёму капитала и скорости его оборота к меньшей из компаний.
13. Изучение транспортно-информационных систем потребовало введения
таких понятий как бифуркационное
событие, то есть событие, имеющее дискретное или континуальное множество
потенциально возможных исходов; бифуркационный процесс, представляющий
последовательность бифуркационных событий. Введение этих понятий потребовало
модификации существующих представлений об энтропии и информации сложных систем.
Наряду со стандартным определением количества информации как меры уменьшения
неопределённости рассмотрено представление об информации как результате
отождествления состояний, структур и событий. Наряду с представлением об
информации о прошлых событиях введено представление об информации о будущем –
знании, которое базируется на отождествлении нескольких аналогичных событий.
Введено двухпараметрическое рассмотрение энтропии и информации сложной системы,
использование которого позволило
установить многосторонние связи между информационными характеристиками системы
и границами раздела сред .
14. Приближённое графическое представление последовательности связанных
между собой бифуркационных событий мы назвали графом структур и событий. У
исследуемой системы можно выделить периоды, характеризуемые двумя характерными
типами поведения
а) Периоды сравнительно
плавных изменений, когда система приближённо может быть описана как
детерминированная и для её описания пригодны методы теории динамических систем
(русла в терминологии Г. Г. Малинецкого). Этим периодам соответствуют рёбра
графа структур и событий [2,3]
б) Периоды резких бифуркационных
изменений, в результате которых система может с некоторой вероятностью
приобрести одно из множества возможных состояний – бифуркационные события (джокеры в
терминологии Г.Г. Малинецкого).
Качественный и количественный
анализ графа структур и событий показал, что кроме структурной проекции,
характеризуемой триадой параметров (мерой, типом классификации, иерархией),
необходимо рассматривать бифуркационную проекцию графа, включающую в себя
различные возможные варианты будущего поведения системы.
Основным свойством
транспортно-информационных систем является то, что они состоят из большого
числа взаимодействующих между собой элементов, каждый из которых участвует в
локальных бифуркационных процессах. В таких системах возникает необходимость в
появлении внутреннего механизма выбора, названного нами контроллером. Включение
в рассмотрение контроллера позволило построить фундаментальную триаду элементов
сложной системы, включающую в себя:
а) материальную (структурную)
часть системы;
б) поле, взаимодействующее с
системой;
в) контроллер системы;
Детальный анализ элементов этой триады позволил определить роль каждого
из них в функционировании транспортно-информационных систем и осуществить их
классификацию. Существование контроллера обеспечивает целостность системы и
внутреннюю динамику её развития. (Смотри этюд №9)
15. Подчиняясь собственным
законам, внутренняя динамика системы порождает внутреннее время, которое
согласуется с внешним темпом событий в окружающей среде. Для описания этого
процесса нами предложена математическая модель внутреннего (линейного) времени
и внешнего (экспоненциального времени) [7]. Если в терминах внутреннего времени
динамика изучаемого объекта удовлетворяет системе линейных дифференциальных
уравнений, справедливой на бесконечном промежутке
времени, то в терминах внешнего экспоненциального времени система имеет начало
и конец, что соответствует конечному времени существования реальных систем.
Введение экспоненциального внешнего времени и комплексификация дифференциальных
уравнений позволили построить новые математические модели возникновения и
разрушения сложных систем.
Предложенный подход позволил также решать и обратные задачи - по
экспериментальным данным о поведении системы в катастрофических обстоятельствах
определить коэффициенты соответствующей системы уравнений. Полученные
результаты позволяют не только моделировать поведение сложных систем при
катастрофических событиях и определить предвестники катастроф, но и разработать
мероприятия по их предотвращению. Предложенные модели проверены на ряде уже
свершившихся катастрофических событий, в частности, при исследовании биржевых
торгов в момент кризиса . По нашему мнению, наиболее эффективными они будут при
математическом моделировании происходящего в настоящее время мирового
экономического и структурного кризиса, отдельные проявления которого были
предсказаны М. А. Басиным и И. И. Шиловичем при исследовании динамики развития
Internet и превращения её в Synergonet [4,5].
16. Остановимся на применении синергетической методологии к изучению
проблем жизни и динамики человеческого общества. Одними из главных свойств
живых объектов являются их рост и размножение, тесно связанные между собой. В
качестве параметра целого при математическом описании элементов триады:
клетка-человек-человечество – нами была принята масса. Это позволило с единых
позиций рассмотреть динамические процессы на различных уровнях масштабной
иерархии и предложить для совместного
анализа роста и размножения клеток и роста организма единую математическую
модель, представляющую собой комбинацию итерационного процесса для степенных
функций комплексного переменного и нелинейного дифференциального уравнения. Эта
модель позволяет, в отличие от существующих стандартных моделей, одновременно
учесть рост и размножение клеток организма. Предложенная модель может быть
легко модифицирована и обобщена на различные типы ветвящихся процессов, каждый
участник которых обладает двумя свойствами – роста и деления. Модель содержит
три управляющих параметра, которые могут изменяться на каждом шаге размножения,
что позволяет учесть влияние внешних условий на динамику размножения и роста.
(Авторы благодарят Р.Г. Баранцева за ценные рекомендации по усовершенствованию
предложенной модели).[2],[7].
17. Для описания динамики параметра целого человеческой популяции,
имеющей иной закон зависимости изменения массы от времени, нами была предложена
математическая модель, включающая комплексные переменные, анализ которой
позволяет не только предсказать гиперболический рост человеческой популяции,
наблюдавшийся на этапе демографического взрыва, но и демографический переход,
соответствующий наступающей в настоящее
время стабилизации количества людей. Комплексификация модели позволила наряду с
результатами, полученными ранее С. П. Капицей , проанализировать новое
уравнение, которое, в соответствии с нашим предположением описывает динамику
изменения информационного параметра человеческой популяции. В соответствии с
исследовавшейся моделью в настоящее время человечество переживает процесс,
называемый демографическим переходом, когда интенсивный рост числа людей
сменяется стабилизацией, сопровождающимся кризисами, в том числе и
экономическими. Можно предположить, что наблюдающийся сейчас экономический
кризис является проявлением происходящего в настоящее время качественного
изменения динамики роста человеческой популяции. Однако, исследованная модель
соответствует лишь одному из возможных будущих сценариев динамики человеческой
популяции. В настоящее время могут быть рассмотрены ещё два возможных сценария
динамики: резонансная (пессимистическая) модель, поддерживаемая экологами,
соответствующая катастрофическому или плавному сокращению числа людей, истощивших
ресурсы Земли и не нашедших альтернативных источников существования;
космическая (сверх - оптимистическая) модель соответствующая выходу
человечества за пределы Земли, а затем и Солнечной системы.
Проекция введённой выше триады (Смотри этюд №9)
Поле
/ \
Структура – Контроллер
на человеческое общество может выглядеть следующим образом:
Космос
/ \
Человеческая популяция – Государство.
Космос – поле человечества, включает ближнее поле – планету Земля. В
качестве дальнего поля можно рассматривать Солнечную систему и даже всю
Галактику.
Человеческая популяция –
совокупность людей совместно с их
собственностью, понимаемая как некий материальный объект.
Государство – под этим
термином мы понимаем контроллер человеческой популяции - систему, управляющую
взаимоотношениями между людьми и связями человечества с внешней средой -
Космосом.
Эта системная триада может быть дополнена связанной с ней триадой взаимодействия, действующей на стыках элементов основной триады:[1]
Тело - Дух
\ /
Душа
Тело - это процессы материального
взаимодействия Человечества с окружающей природой, в результате которых
обеспечиваются все элементы материального существования человечества как
биологического вида. Сюда относятся, в основном, процессы обмена материей и
энергией.
Душа – результат
взаимодействия контроллера человечества, условно названного нами государством, с естественно выстраивающейся
социальной иерархической системой, формируемой отдельными
людьми и их группами.
Дух - процессы
взаимодействия контроллеров человечества и Космоса – окружающей среды – своего
рода совместный творческий потенциал человечества и Космоса.
Введённые триады могут быть объединены в единую схему[7].
Аналогичная система двух связанных триад может быть построена и для отдельного человека:
Внешняя среда человека
/ \
Организм человека - Управляющая система
Внешняя среда человека –
объекты, определяющие жизнедеятельность отдельного человека, в том числе и
люди, составляющие часть человечества или всё человечество в последнее время
такой средой всё больше становится Synergonet.
Управляющая система –
контроллер, осуществляющий управление взаимодействием организма человека с внешней средой и внутренней
жизнедеятельностью человека.
Организм человека –
материальная часть человека как системы.
К этой триаде примыкает
двойственная ей триада взаимодействия:
Обмен веществ - Интеллект –
\ /
Управление организмом.
Обмен веществ –
материальный обмен человека и внешней среды веществом и энергией.
Интеллект – информационный
обмен человека с внешней средой, в том числе и общение между людьми,
управляемый, в основном, нервной системой. Управление
организмом – управление процессами, обеспечивающими целостность организма,
осуществляемое, главным образом, эндокринной системой.
Две последние триады также могут
быть объединены в единый комплекс.
Аналогичные связанные триады могут быть построены и для отдельной клетки:
Внеклеточная среда
/ \
Структура клетки – Геном
Внеклеточная среда – внутренняя
среда организма, состоящая из других клеток и межклеточной среды. Для клеток кожи – это также внешняя среда
человеческого организма.
Геном – контроллер клетки,
содержащий информацию о структуре клетки и во многом о структуре организма в
целом.
Структура клетки – материальная часть клетки,
в которой осуществляется обмен веществом и энергией.
Так же, как и ранее, может
быть выстроена дополнительная триада взаимодействия, включающая:
Питание---------- Информационный обмен
\ /
Управление внутренним обменом
Питание - энергетический
материальный обмен клетки с другими клетками и системами, обеспечивающими
жизнедеятельность организма.
Управление внутренним
обменом – процессы управления внутренней жизнедеятельностью клетки.
Информационный обмен -
обмен информацией между контроллерами клетки и организма.
Две последние триады также могут
быть объединены в целостный комплекс. Между
построенными комплексами существуют связи, наличие которых позволяет говорить о
спирали резонансных взаимодействий элементов различных масштабных уровней.
Организм человека является основной частью
поля отдельной клетки, тогда как человеческая популяция является основной
частью поля отдельного человека. Особую роль играют связи контроллера клетки –
генома со структурой человеческого организма, а, возможно, и с динамикой развития человеческого общества.
Однако, не менее важны резонансные связи между
контроллерами клетки, организма и человечества в целом – то есть связи между
геномом, нервной и эндокринной системами и информационными структурами,
создаваемыми человечеством. Геном клетки резонансно и достаточно жёстко
определяет её структуру и структуру человеческого организма, в том числе и
структуру эндокринной и нервной системы. Однако нервная система человека
неоднозначно определяет структуру человеческого общества. Обратное же влияние
внешнего поля на геном человека считается пренебрежимо малым. С таким
утверждением трудно согласиться. Если изменения, происходящие с контроллером
отдельного человека, практически не влияют на геном половых клеток, то
длительные изменения внешней среды, поля, в котором существует человечество как
вид за счёт масштабного резонанса должны вызывать приспособительные изменения
генома не только за счёт отбора случайно приобретённых признаков. Эта проблема требует своего решения именно в
настоящее время, так как развитие человечества привело к резкому изменению
состояния ближнего поля – биосферы и поверхности Земли, что в свою очередь за
счёт обратных связей может привести к изменению генома человека.
18. Резонансные процессы, являющиеся комбинациями масштабных и
структурных резонансов, широко распространены в биологических и социальных
системах. Авторами была высказана гипотеза о том, что масштабный и структурный
резонансы играли существенную роль в возникновении жизни. Наиболее ярким
примером применимости концепции вихре – волнового и (или) структурного
резонанса может стать проблема возникновения живого. Изложим некоторые
гипотезы.
Важную роль здесь играют резонансные нелинейные процессы формирования и
деформации границ, приводящие к росту информации. Двумерные границы
рассматриваются в нашей классификации как одна из форм нелинейных ударных волн.
В формировании и динамике грибовидных структур границы несут главную
информационную нагрузку, которая для живых организмов является основной и
постоянно развивающейся. Еще большую информацию несёт линия, представляющая
собой пересечение двух границ. Но максимальная информационная нагрузка
возникает в точке, в которой пересекаются три границы.
Существуют ли такие области
в Природе? Да. Если мы рассмотрим четыре стихии Аристотеля: земля, вода, воздух
и огонь,- то пересечение границ между ними должно привести к появлению малой
особой области, в которой формируются структуры, элементы которой обладают
максимальной неоднородностью. Побережье Мирового Океана и побережья локальных
водных пространств могут рассматриваться как линии пересечения двух границ.
Если в этой области локально добавить «огонь» в виде Солнечного света или
вулканических извержений (проблема «чёрных курильщиков»), то реально создаются
условия для возникновения и длительного существования разнообразных резонансных
форм устойчивых в своей неустойчивости вихревых и грибовидных структур, которые
можно отождествить с одной из форм живых организмов.
Эта гипотеза требует детальной
проработки и может явиться основанием для формирования нового направления в
изучении важнейшей научной проблемы возникновения жизни. Если она подтвердится,
то подобный механизм может быть использован для создания принципиально новых
нано – технологий, имеющих дело с объектами, лежащими на границе живого и
неживого.
19. Однако это не единственное направление подобных исследований.
Анализ динамики популяции клеток и организмов в условиях ограниченного ресурса
также позволяет обнаружить резонансный путь развития. Этот путь избрала природа
при создании многоклеточных животных и растений. По этому же резонансному пути,
возможно, пойдёт и человеческое общество, столкнувшись с экономическим
кризисами, нехваткой материальных ресурсов и ограничениями численности
популяции. Формирование мегаполисов, появление и интенсивное развитие Internet
с возможным переходом в Synergonet, передача всё большего числа функций
международным организациям – являются свидетельствами резонансной
самоорганизации, а также интенсивного развития и качественной трансформации
единого общего для всего
человечества контроллера. Об этом же говорит глобальность и синхронность
проявлений структурного кризиса, с которым столкнулось человечество в настоящее
время. Так, например, революции в
различных арабских странах произошли практически одновременно.
Пусть пространство, в
котором популяция клеток или организмов может использовать природные ресурсы,
ограничено и отделено от другого аналогичного пространства значительной зоной,
в которой получить ресурсы для существования невозможно. Характерным примером
является слизневик Dictyostelium disclodeum, который может существовать как в
форме отдельных клеток (нерезонансный режим), так и в форме единого организма
(резонансный режим) [10]. В фазе роста, когда ресурса достаточно, каждая
отдельная клетка слизневика существует как отдельная особь. Их распространение
по поверхности осуществляется по закону движения свободной биологической волны:
они размножаются по экспоненциальному закону, занимая всё большую площадь.
Однако, когда ресурса начинает не хватать, система переходит в состояние
резонансной самоорганизации. Одна из клеток становится пейсмекером, центром
структурно - волнового резонанса. Испуская специфические вещества, она создаёт
новое биологическое поле, резонансно притягивает к себе остальные клетки.
Формируется многоклеточная грибовидная структура, клетки которой расположены
впритык друг к другу, что позволяет им поддерживать обмен веществ при
значительно меньших затратах энергии, чем при независимом существовании. Тем самым внешней средой для
внутренних клеток становятся резонансно с ними взаимодействующие клетки,
имеющие те же размеры и синхронизированный с ними темп обмена веществ. Резко
уменьшается поверхность соприкосновения популяции с внешней средой. Каждую
внутреннюю клетку кормят её соседи или
вновь образовавшиеся транспортные системы. Существование каждой клетки
резонансно обеспечивается существованием всех остальных. Благодаря
структурно-волновому резонансу биологические поля, создаваемые отдельными
клетками усиливаются и синхронизируются, формируя биологический мультиполь. Тем
самым открывается возможность для дальнейшего роста и развития возникшего организма. Однако, законы этого роста
становятся другими. Сближение внутренних клеток уменьшает скорость их роста и
резко увеличивает период между размножениями. Однако этот период не становится
бесконечным. Происходит резонансная синхронизация периодов существования
отдельной клетки и их совокупности, определяющая большой, но обязательно
конечный период существования сформировавшегося единого организма (не здесь ли
таится загадка жизни и смерти многоклеточных организмов?). Резонансное
взаимодействие клеток с различными районами создаваемого ими биологического
поля и возможность их участия в бифуркационных событиях приводит к их
дифференциации. Особенно существенными оказываются различия между граничными
клетками и внутренними. Граничные клетки обладают значительно большим числом
степеней свободы и по своим характеристикам приближаются к недифференцированным
клеткам свободно растущей популяции. Об этом свидетельствует недавно открытая
возможность клонирования многоклеточных организмов не только с использованием
стволовых (недифференцированных или слабо дифференцированных) клеток зародыша,
но и клеток кожи животных. Внутреннее поле организма существенно неоднородно, и
его интенсивность и структура определяется внутренней геометрией организма.
Поэтому его структура резонансно определяет вид дифференциации клеток, что
приводит к их синхронизации с динамикой всего организма и необратимости
произошедших изменений. Совершенно в
других условиях находятся клетки поверхности. Воздействие на них собственного
поля организма значительно слабее, частота их размножения выше. Они более
подвижны и активны.
Так как резонансные
изменения внешнего поля, вызываемые синхронизированной группой клеток,
значительно превышают интенсивность поля, индуцированного аналогичной группой
свободно живущих клеток, то зона влияния сформировавшегося организма
оказывается значительно выше. Граничные клетки могут формировать длинные нити,
связанные с основной резонансной грибовидной структурой, и расположенные по
силовым линиям нового биологического поля (ножки грибовидных структур), и в
новых местах рождать новые грибовидные структуры, связанные с первичными.
Разграничение свойств и функций клеток позволяет популяции строить два типа
связанных между собой поселений: концентрированные «шляпки» грибовидных
структур с плотным расположением клеток, создающих мощное резонансное
биологическое поле, и нитевидные «ножки» грибовидных структур, охватывающие большие
поверхности, площадь которых пропорциональна мощности этого поля. Нитевидные
структуры служат для активного добывания пищи, а также для её транспортировки.
Тем самым многоклеточные организмы благодаря сложным резонансным процессам
вводят в свою структуру существенную дифференциацию, что приводит в конце
концов к формированию не только нового организма, но и его собственного
контроллера. Часть функций управляющего механизма отдельной клетки передаётся
постепенно формирующемуся контроллеру многоклеточного организма. Почти
хаотическое движение клеток в свободной биологической волне, имеющее большое
число практически равноправных степеней свободы движения и роста каждой
отдельной клетки переходит в относительно упорядоченное движение системы, в
котором рост и движение каждой клетки резонансно синхронизировано с движением
остальных клеток. В системе с необходимостью возникает внешний по отношению к
отдельным клеткам гомеостатический контроллер, действующий путём трансформации
биологического поля, например, путём синхронного электромагнитного
взаимодействия отдельных клеток, или выработки химических веществ,
синхронизирующих поведение отдельных клеток (зачаток эндокринной системы).
Резонансное формирование
многоклеточных структур явилось важнейшим шагом в развитии биосферы. С их
формированием появились новые, макроскопические кванты живой материи,
существование которых позволило регулировать скорость размножения и
одновременно увеличить сферу существования живых организмов. Но главное, -
возник принципиально новый, внеклеточный механизм управления совокупностями
клеточных структур (гомеостатический контроллер организма). За счёт ограничения
числа степеней свободы одной клетки организм приобрел большую вероятность для
практически невозможных ранее степеней свободы на более высоком масштабном
уровне.
Некоторые основные
закономерности резонансной самоорганизации клеточных популяций оказываются
характерными и для социальных систем. В частности, события, происходящие в
настоящее время внутри человеческого общества, связанные с демографическим
переходом, во многом аналогичны описанным выше. Особенно явно это стало заметно
после 80-х годов двадцатого века, когда окончился демографический взрыв и стали
более интенсивно развиваться процессы самоорганизации человечества как единой
системы (демографический переход). Резкое увеличение размеров и этажности
городов, где люди живут почти вплотную друг к другу, во многом аналогично
формированию грибовидной структуры слизневика. Всё в большей степени внешней
средой для отдельного человека становятся другие люди, тесно с ним
взаимодействующие, что приводит к необходимости создавать и совершенствовать
транспортные системы для снабжения каждого человека необходимыми ему ресурсами.
Всё более развивается единый обменный эквивалент – деньги, определяющий
возникшие экономические взаимоотношения между людьми. В последние годы в связи
с демографическим переходом значительные качественные изменения происходят и в
экономике, к изучению которой также может
быть применена концепция вихре - волнового и структурного резонанса.
Происходящий в настоящее время экономический и структурный кризис является
одной из форм происходящей резонансной перестройки.
20. Для того, чтобы выжить
в мире, который не только даёт пищу, воду и воздух, но и приносит природные
катастрофы, внутренние раздоры, болезни, врагов и конкурентов, необходимо уметь
предсказывать грядущие опасности. Для решения этой проблемы природа наделила
каждого человека самым мощным среди животных гомеостатическим контроллером –
нервной системой. В процессе развития человечества всё большую роль начинали
играть не только непосредственное получение информации, но передача полученной
информации другим людям, а также её переработка. Развитие звуковой речи
характеризовало очень глубокий уровень переработки информации. Для того, чтобы назвать какой-либо объект,
необходимо было не только выделить его из окружающего мира, но и включить в
качестве кванта в некоторую обобщённую волну, всем квантам которой было
присвоено одно и то же имя, один и тот же символ. Одновременно с возникновением
речи был сделан первый шаг к созданию отличной от генетической общечеловеческой
памяти – создание каменных скульптур и наскальных изображений, явившихся
прообразом изобразительного искусства, сохраняющего образную информацию вне
человеческого мозга. Следующим шагом в отчуждении информации от отдельного
человека и передаче её общему
контроллеру человечества было изобретение письменности - этой задержанной на
долгое время речи. Появились новые символы -
символы символов – цифры, буквы и иероглифы. Так возникла первая символьная память, носителем которой
стал не отдельный человек, а некий материальный объект, пользоваться которым
мог любой человек, умеющий читать. Появилась и стала интенсивно развиваться
индустрия вне-мозгового сохранения словесной информации. Письменность – это
гигантский скачок в формировании контроллера человечества как единой волны, так
как с её появлением впервые появилась потенциальная возможность создать
носители существенно переработанной
информации, необходимой для всего человечества, позволяющие длительно хранить
эту информацию вне человеческого мозга. Развитие письменности и создание
хранилищ рукописей явилось важнейшей формой сохранения общечеловеческой
информации – мудрости человечества. Именно в Священных книгах хранились
основные положения всех древних религий и учений. Возникла возможность
появления почты, передачи письменной информации на произвольные расстояния.
Одновременно со средствами запоминания и передачи информации развивались и средства
сжатия общечеловеческой информации и превращения её в знание, которое началось
с появления языка. Проявлениями этого процесса явились создание и запоминание
религиозных учений, в которых сохранялась память о приобретённых ранее знаниях
и на их основе давались рекомендации на будущее, определялась мораль
человеческого общества – правила взаимоотношения людей, обеспечивающие их
совместное выживание. Существенную роль в этом процессе сыграло появление
научного знания – то есть отыскание общих качественных и количественных
закономерностей окружающего мира и человеческого общества. Следующим важнейшим
шагом в развитии информационных структур явилось изобретение книгопечатания –
появилась не существовавшая до этого момента возможность создания неограниченного
числа копий наиболее важных для отдельных людей литературных и научных
произведений. XIX и XX века. принесли человечеству поток новых средств передачи
и хранения информации: фотография, телефон, телеграф, радио, телевидение,
аудио- видео- аппаратура, компьютеры, мобильные телефоны. При этом всё большую
и большую роль стали играть запоминание звуковых и визуальных образов, что
значительно изменило форму информационных потоков, циркулирующих в человеческом
обществе. Затем появился Internet. Функционирование Internet первое время практически не сказывалось на потоке
информации, циркулирующей в человеческом обществе, и влияющей на его поведение.
Однако сегодня Internet - это уникальная глобальная информационная система,
управляющая большей частью информации, циркулирующей в человеческом обществе.
Развитие Internet является в настоящее время индикатором изменений контроллера
человечества. Анализ динамики её
развития позволяет изучить процессы резонансной самоорганизации контроллера
человечества и превращения его в принципиально новую структуру, названную М.А.
Басиным и И. И. Шиловичем - Synergonet.[4],[5] .
Проследим вслед за ними некоторые этапы на пути в Synergonet:
1 Стандартный компьютер с
момента своего появления являлся одним из средств преобразования информации.
Компьютерные программы содержат некоторые необходимые для предсказания будущего
полученные ранее исходные данные и
детерминированный алгоритм преобразования их в другие данные, необходимые для
построения элементов будущих процессов, входящих в граф структур и событий.
Первоначально компьютеры были использованы лишь для значительного ускорения
рутинной вычислительной работы по преобразованию полученных человеком данных из
одной формы в другую, более удобную для практических задач.
2. Компьютерная память – второй этап в процессе передачи информационных
потоков компьютерным системам. Компьютер принимает на себя функции библиотеки
концентрированной информации.
3. Появление первых сетей –
сначала в архитектуре компьютера для реализации принципа многозадачности
разделением времени решения. Затем появление сетей, обеспечивающих
информационное взаимодействие многих людей, коллективов, их компьютеров и
корпоративных сетей при решении всё более сложных задач. Фактически этот третий
этап продолжается и в настоящее время в процессе развития Internet. Однако
данный процесс имел два основных под-периода, отличающихся объёмом включения в
процессы развития сетей случайного элемента и порождение новых связей между
людьми. Первые связи между компьютерами были практически детерминированы и
определялись связями между людьми, которые существовали и до введения
компьютеров.
4. Существенное принципиальное
значение того, что произошло с развитием Internet, это то, что в компьютерный
мир был внедрён рынок – с атрибутами самоорганизации. Это привело нас к идее создания целостного
компьютера, который может быть реализован как в классическом, так и в квантовом
исполнении. [3,6]. При этом впервые возникло глубокое обратное влияние Internet
на связи между людьми, в частности, на их экономические отношения. Cейчас уже
говорят о том, что торговля через Internet скоро полностью заменит другие формы
торговли.
5.А это, в свою очередь, меняет структуру человеческого общества и
является первым шагом к формированию принципиально новой структуры, –
Synergonet. Synergonet - результат
совместной резонансной самоорганизации человечества и Internet., приводящей к
качественному изменению контроллера человеческого общества, а следовательно и
самого общества. Интенсивное развитие сети мобильных телефонов и происходящее в
настоящее время их резонансное объединение
с Internet – одно из свидетельств этого процесса.
6. Synergonet берёт на себя во всё большей мере роль глобального
контроллера , забирая всё больше функций у человеческого мозга и Государства. Все информационные ресурсы
переносятся в Synergonet. Возникает проблема управления при помощи Internet
производственными процессами и решением политических и социальных проблем.
7. При этом возникает опасная для человечества перспектива возникновения Synergonet 2.[4,5]. Сеть может приобрести свой собственный внутренний контроллер, целью которого может стать выживание Сети, не обязательно дружественный контроллеру человеческого общества. Изучение этой проблемы в настоящее время представляется нам особенно важным. Ведь нынешний глобальный структурный кризис совпал по времени с третьим бифуркационным кризисом Internet, связанным с переходом системы Internet–Человечество в фазу Synergonet, предсказанным М. А. Басиным и И. И. Шиловичем ещё в 1999 году.
Литература.
1. Баранцев Р. Г. Становление тринитарного мышления. М. - Ижевск: НИЦ
«Регулярная и хаотическая механика» 2005. 124 с.
2. Басин М. А. Волны. Кванты. События. Волновая теория взаимодействия
структур и систем Ч. 1. СПб: Норма. 2000.168 с.
3. Басин М. А. Компьютеры. Вихри. Резонансы. Волновая теория
взаимодействия структур и систем. Часть 2. СПб.: Норма. 2002. 144 с.
4. Басин М. А., Шилович И. И. Синергетика и Internet. (Путь к
Synergonet). СПб.: Наука. 1999. 71 с.
5. Басин М. А., Шилович И. И. Путь в Synergonet. СПб.: Норма. 2004. 128
с.
6. Стин Э.Квантовые вычисления. М. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и
хаотическая механика». 2000. 112 с.
7. Басина Г. И., Басин М. А. СПб.: Синергетика. Эволюция и ритмы
Человечества. Норма. 2003. 260 с.
8. Басина Г. И., Басин М. А. Синергетика. Основы методологии. СПб:
Норма. 2006. 56 с.
9. Басина Г. И., Басин М. А. Синергетика. Вселенная резонансов. СПб:
Норма. 2008. 144 с.
10. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир.1980.