Система научных структур и понятий в своем единстве является парадигмой. С точки зрения синергетики, парадигма – это своего рода устойчивое состояние текущего равновесия. В условиях нормального экстенсивного развития парадигма разрешает возникающие рассогласования. По мере накопления информации, то есть ухода системы в сторону от равновесия, структура научных знаний должна пройти кинетический фазовый переход. Этот переход – переосмысление основ теории, изменение методологических предпосылок и стиля мышления – называется научной революцией. Коренная трансформация и смена ведущих представлений дают новую картину мира. В результате научной революции старая парадигма целиком или частично замещается новой. Атрибутами фазового перехода являются: отклонения и флуктуации в установившихся понятиях, учащающееся появление «еретических» гипотез, крупномасштабные флуктуации в теоретических интерпретациях, появление согласований и корреляций типа одновременности и независимости одних и тех же открытий в разных местах. Примером последнего может являться появление концепции ноосферы в трудах Леруа, Тейяра де Шардена и Вернадского, а также понятия «пневматосферы» (сферы духа) в работе П.А.Флоренского. Развитие науки представляется процессом самоорганизации, проходящим через бифуркации, последовательность устойчивых, все более усложняющихся состояний – парадигм.
Нарушение открытости системы, прекращение притока новой информации приводит к диссипации знаний, схоластике. Замкнутость всего общества приводит к застою и деградации. Примером могут служить Спарта, средневековая Япония, изолированные племена.
В настоящее время синергетика показала свою общенаучную значимость. Происходят качественные изменения основы наших знаний, вызванные использованием идейного и понятийного багажа синергетики различными науками. Синергетика вводит новое видение мира и процессов эволюции. Ситуацию можно рассматривать как преддверие перехода на новую парадигму вслед за теорией относительности и квантовой механикой. Вместе с тем, следует помнить Сократа: «Основная ошибка, которой следует остерегаться, – полагать, что мы знаем больше, чем на самом деле». Л. де Бройль предупреждал о несостоятельности эйфории по поводу окончательности наших знаний: «. каждый успех нашего познания ставит больше проблем, чем решает. ».
Среды, в которых возникают различные процессы, т.е. системы далекие от состояния теплового равновесия, называют активными или возбудимыми в отличие от невозбудимых (пассивных) сред. Активную среду можно представить как сеть, образованную отдельными активными элементами. Каждый элемент активной среды может находиться в одном из трех состояний: покое, релаксации и возбуждении . Все элементы активной среды связаны одним свойством – переносом волновых процессов, которые проходят через среду. Перенос осуществляется за счет “подкачки” энергии извне в элемент среды.
Обратимся к одной из наиболее сложной из активных систем «ЧЕЛОВЕК». На любом структурном уровне среды присутствует основной социальный элемент (человек со своей психологией, социальными, экономическими, политическими, жизненными взглядами, устремлениями и т.д.). И человек не один. Это целое общество людей (студентов, педагогов, ученых, администраторов, политиков, инженеров, экономистов и т.д.). Каждая группа людей со своим менталитетом. Все они, вольно или невольно, по тем или иным причинам содействуют или препятствуют прохождению процесса информатизации в образовательном учреждении.
Среда может быть пассивной , когда указания “гореть” просто передаются сверху, то есть от органа государственного управления образованием до обучающегося в виде отработанных заранее действий: постановлений, приказов, распоряжений, правил и т.д. Нужны громадные организационно-экономические усилия, чтобы провести по пассивной среде энергию волны, и все же она быстро затухает.
Но среда может быть и активной , когда каждая волна горения сверху подпитывается внутренней энергией на каждом уровне, то есть на каждом уровне среды есть свой генератор энергии (пейсмекер). Волна свободно проходит через элементы каждой структуры (ученых, администраторов, студентов и преподавателей и т.д.), отдающих свою энергию. Получив эту энергию, волна идет далее от элемента к элементу, распространяясь как пожар.
“Горение” в социальной среде – это практически творческий процесс работы энтузиастов, которые работают на малых окладах, в плохих условиях и т.д., но их удовлетворяет сам процесс творческого горения, новизна работы в данной сфере, творческий интерес в получении новых научных результатов, возможность использования своего интеллекта и т.д.
Волны горения (информатизация) идут по разным каналам: официальным формальным структурам, путям, направлениям и неформальным – отдельным научным школам, временным творческим коллективам и т.п., которые в инициативном порядке работают по неожиданным, оригинальным и перспективным направлениям.
Синергетика устанавливает определенные режимы, параметры, характер процессов “горения ”, что является исключительно полезным для получения практических результатов.
Причем законы синергетики гласят, что при превышении определенного уровня накачки энергии в среду, она может самовозбудиться и перейдет в режим интенсивного горения (“лазерный режим”), где очень легко можно будет управлять процессом прохождения волны, регулируя их малыми уровнями добавляемой энергии для того, чтобы направить волну в нужном направлении обеспечения процесса информатизации.
3.4. Основные пути приспособления живых организмов к условиям среды
Во всем разнообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным условиям среды можно выделить три основных пути.
Активный путь – это усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществить все жизненные функции организмов, несмотря на отклонения фактора от оптимума. По отношению к температуре, например, этот путь в зачаточной форме проявляется у некоторых высших растений, несколько сильнее развит у пойкилотермных животных, но особенно ярко выражен при гомойотермии. Активное противостояние иссушению особенно характерно для склерофитов среди растений, ксерофильных насекомых (например, пустынных чернотелок), крупных гомойотермных животных аридных районов.
Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. При недостатке тепла это приводит к угнетению жизнедеятельности и понижению уровня метаболизма, что способствует экономному использованию энергетических запасов. Компенсаторно повышается устойчивость клеток и тканей организма. Пассивный путь адаптации к влиянию неблагоприятных температур свойствен всем растениям и пойкилотермным животным. Среди млекопитающих и птиц преимущества пассивного приспособления в неблагоприятные периоды года используют гетеротермные виды, впадающие в оцепенение или спячку. Элементы пассивной адаптации присущи и типичным гомойотермным животным, обитающим в условиях крайне низких температур. Это выражается в некотором снижении уровня обмена, замедлении темпов роста и развития, что позволяет экономнее тратить ресурсы по сравнению с быстро развивающимися видами.
Пассивное подчинение водному режиму среды свойственно пойкилогидрическим растениям и животным, способным выносить высыхание: напочвенным водорослям, лишайникам, нематодам, коловраткам и т. п.
Избегание неблагоприятных воздействий – третий возможный путь приспособления к среде. Общий способ для всех групп организмов – выработка таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периоды года. Для животных основным способом избегания пессимальных температур являются разнообразные формы поведения. Изменения в ростовых процессах растений – в известной мере экологический аналог поведения животных. Например, карликовость тундровых растений помогает организмам использовать тепло приземного слоя и избегать влияния низких температур воздуха. Растения-эфемероиды в жарких пустынях избегают засухи, успевая отцвести за краткий весенний период.
Избегание, уход от действия крайних температур или недостатка влаги свойствен организмам в той или иной мере и при активном, и при пассивном пути адаптации к среде. Все три пути приспособления характерны и по отношению к другим экологическим факторам среды. Чаще всего приспособление вида к среде осуществляется тем или иным сочетанием всех трех возможных путей адаптаций.
Пассивными системами называются те системы, которые не затрачивают своей внутренней энергии на свои действия.
Активными системами называются те системы, которые затрачивают свою внутреннюю энергию на свои действия.
Как уже не раз подчёркивалось, любое действие любых систем требует затрат энергии. Ни одно действие, даже самое ничтожное, невозможно без затрат энергии, потому что действие – это всегда взаимодействие между системами или её элементами. А любое взаимодействие – это связь между системами или её элементами, которая для своего создания требует вложения в неё энергии. Поэтому любое действие требует затрат энергии. Следовательно, любые системы потребляют энергию, в том числе и пассивные. Различие между активными и пассивными системами только в источнике энергии. Откуда берёт энергию пассивная система?
Если система находится в равновесном состоянии с окружающей средой и на неё не оказывается никакого воздействия, то система не должна делать никаких действий. А раз она не совершает действий, она не потребляет энергию. Она пассивна до того момента, пока нет внешнего воздействия и начинает действовать, когда оно появляется и лишь в этот момент она начинает потреблять энергию.
На рис. 27А равновесие карандаша обусловлено сбалансированным толканием (давлением) пружин на карандаш. Пружинки являются не просто случайными группами элементов (набором атомов и молекул), а пассивными системами с петлями ООС и исполнительными элементами на молекулярном уровне (межмолекулярными силами в стальных пружинках), которые стремятся сбалансировать силы межмолекулярных связей, что проявляется в виде силы напряжения пружин и стабильно вертикального положения карандаша. Поскольку в случае отсутствия внешнего воздействия нет действий самой системы, то нет и энерготрат (рис. 27А), система пассивно ждёт появления внешнего воздействия.
А В
C D
Рис. 27. Пассивная (А, В, D) и активная системы (С).
В пассивной системе (А и В) функция удержания карандаша в вертикальном положении выполняется пружинами (пассивными СФЕ). СФЕ запасают (используют) энергию во время внешнего воздействия (толкание пальцем карандаша сдавливает пружинки).
В активной системе (С) эта же функция достигается за счёт струй воздуха, которые создают вентиляторы (активные СФЕ) и которые тратят энергию, ранее запасённую, например, в аккумуляторах (на рисунке – Акк). Но эти струи постоянно разрушаются. Если заключить воздух этих струй в резиновые баллоны, то они уже не разрушатся и будут существовать независимо от вентиляторов, выполняя ту же функцию. Но это уже пассивная система (D).
Но вот внешнее воздействие появилось и карандаш отклонился в сторону (рис. 27В). Пружины тут же стремятся вернуть карандаш в прежнее положение, т.е., система начинает действовать. Откуда она берёт энергию для своих действий? Эту энергию принесло внешнее воздействие в виде кинетической энергии толкания пальцем, которое сжало (растянуло) пружинки и они запасли эту энергию в виде потенциальной энергии сжатия (растяжения). Как только внешнее воздействие (толкание пальцем) прекратилось, потенциальная энергия сжатых пружин превращается в кинетическую энергию их распрямления и это возвращает карандаш обратно в вертикальное сбалансированное положение.
Внешнее воздействие повышает внутреннюю энергию системы, которая затем используется для деятельности системы. Есть воздействие – есть избыток внутренней энергии системы, есть ответное действие системы. Нет воздействия – нет избытка внутренней энергии системы, нет её действия. Внешнее воздействие приносит энергию в систему, которая использует её для реакции на это воздействие.
Функции пружин могут выполнять струи воздуха, создаваемых вентиляторами, расположенными на карандаше (рис. 27С). На «постройку» струй воздуха затрачивается избыток энергии системы «вентиляторы-карандаш», также привнесённой извне, но сохраняемой до нужного времени (например, бензин в баке или электричество в аккумуляторе). Такая система уже будет активной, потому что использует свою внутреннюю предварительно накопленную энергию, а не энергию внешнего воздействия.
Отличие струй воздуха от пружин состоит в том, что струи воздуха состоят из случайных групп молекул воздуха (не системы), движущихся в одном направлении. Среди этих элементов есть элементы исполнения (СФЕ – молекулы воздуха), но нет блока управления, который мог бы построить систему из них наподобие пружин, т.е., обеспечить существование струй воздуха как стабильных отдельных и независимых тел (систем). Эти струи воздуха постоянно строятся пропеллерами вентиляторов и, поскольку у струй нет собственного блока управления, постоянно сами собой разрушаются. Если построить какую-либо систему, которая позволит струям воздуха не разрушаться, например, заключить их в резиновые баллоны (рис. 27D), то они смогут существовать уже независимо от вентиляторов. Но в этом случае система стабилизации вертикального положения карандаша перейдёт из категории активных в пассивную.
Следовательно, как активные, так и пассивные системы потребляют энергию. Однако пассивные потребляют внешнюю энергию, привносимую самим внешним воздействием, а активные – свою собственную внутреннюю энергию.
Могут возразить, что внутренняя энергия, скажем, миоцита всё равно является внешней, привнесённой в клетку извне, например, в виде глюкозы. Это правда, и более того, любой объект содержит внутреннюю энергию, которая когда-либо была внешней. И, возможно, мы даже знаем источник этой энергии – это энергия Большого Взрыва. На создание любого атома когда-то и где-то была затрачена определённая энергия, которую тем или иным путём можно извлечь из него. Такая внедрённая внутренняя энергия есть у любого объекта нашего Мира и невозможно найти никакой другой объект в нём, который бы содержал абсолютно свою собственную внутреннюю энергию, которую ничто и никогда не внедрило в него.
Следовательно, всегда при взаимодействии систем происходит обмен энергией. Но во время своей деятельности пассивные системы не тратят свою внутреннюю энергию, а используют только энергию внешнего воздействия. А активные системы тратят свою внутреннюю энергию, запасенную ранее.
Примерами активных систем в биологии являются миоциты, нейроны, секреторные клетки и все прочие системы, потребляющие в качестве энергии АТФ, который образуется в них в анаэробных и аэробных процессах из заранее запасенной глюкозы (гликогена).
Примерами пассивных систем являются аорта и вообще все артериальные сосудистые сети БКК и МКК, запасающие энергию ударного выброса во время систолы желудочков путём растяжения их упруго-эластических стенок. Во время диастолы эта запасённая потенциальная энергия растянутых артериальных стенок расходуется на их сокращение и выталкивание крови из артериальной сети в капиллярную и далее.