Научная библиотека PORTALUS

Библиотека ПОРТАЛУС - крупнейшей собрание научных текстов России

Похожие статьи:
!!!

Календарь \ в этом месяце:
Январь 2017
ПнВтСрЧтПтСбВс
 01
02030405060708
09101112131415
16171819202122
23242526272829
3031 


БИОЛОГИЯ новое | RSS


Главная БИОЛОГИЯ ВОЗМОЖНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ БИОЛОГИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОМЕРНЫХ ПРОСТРАНСТВ В. И. ВЕРНАДСКОГО

ВОЗМОЖНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ БИОЛОГИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОМЕРНЫХ ПРОСТРАНСТВ В. И. ВЕРНАДСКОГО

Дата публикации: 09 сентября 2015
Автор: Н. В. КАТАРГИН
Публикатор: Научная цифровая библиотека ПОРТАЛУС
Рубрика: БИОЛОГИЯ
Источник: (c) http://portalus.ru
Номер публикации: №1441796754 / Жалобы? Ошибка? Выделите проблемный текст и нажмите CTRL+ENTER!


Н. В. КАТАРГИН, (c)

найти другие работы автора

В последние годы проявляется все больший интерес к теории спонтанного образования регулярных пространственных структур в сильно неравновесных системах различной природы с нелинейными связями элементов. Если в классической термодинамике замкнутых систем энтропия может только возрастать, свободная энергия - убывать, вещество - перемешиваться, а информация - теряться, то в открытых системах, через которые проходит поток вещества и энергии, соблюдение этих правил необязательно. Рассмотрим примеры таких систем и возникающих в них метастабильных упорядоченных структур:

1. Гидродинамические, аэродинамические и термодинамические явления в атмосфере и гидросфере Земли, образование солитонов, стоячих волн, конвекционных и турбулентных ячеек. Эти структуры существуют благодаря непрерывному поступлению солнечной энергии. В связи с выделением энергии при гравитационной дифференциации вещества и радиоактивном распаде в мантии Земли существует структура конвективных ячеек - потоков расплавленного вещества. Эти явления могут приводить к концентрированию энергии (свободной тепловой, кинетической, электрической) в локальных объемах вещества с последующим быстрым выделением: грозы, тайфуны, смерчи, вулканы, гейзеры.

2. Разделение смесей на компоненты - образование рудных месторождений и кристаллов при остывании магмы и гидротермальных растворов, разрушении гор. Отметим, что при росте кристалла свободная энергия стремится к минимуму, а энтропия в информационном понимании этого слова - к нулю, так как вероятность обнаружения определенного атома в узле решетки стремится к 1. Для кристалла характерен рост на "затравке" - случайно сформировавшемся кластере, который затем определяет рост кристалла.

3. Биосфера, существующая благодаря формированию молекул живых организмов с использованием матриц ДНК в потоке инородного вещества и энергоносителей. Этот процесс несколько сходен с ростом кристалла на "затравке", но "между симметрией живых организмов - живого вещества и кристаллических пространств, т. е. симметрией кристаллов мы имеем рез-

стр. 182

кое различие, не сводимое одно к другому" [1. С. 32]. Свободная энергия живого вещества, в отличие от кристалла, достаточно велика, ибо "основная функция тела белка- фермента - обеспечить преобразование, запасание и транспорт энергии без существенной ее диссипации. Запасание энергии означает, что система сохраняет состояние с избытком свободной энергии (метастабильное состояние) достаточно долго" [2]. В.И. Вернадский первым отметил, что "живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только незастывшие лавовые потоки" [1. С 75].

Интересное свойство живого вещества - аналогия с конструкцией. "В обоих случаях весьма существенную роль играет информация, заложенная в структуру системы... В случае макроскопических конструкций используется информация, возникающая в эволюции человеческого общества. В белках-ферментах используется (в процессе биосинтеза) информация, возникшая в эволюции биосферы" [2]. Математические методы, использующие информационный подход, применяются при расчете биологических систем. По мнению некоторых исследователей-математиков, "предпочтительны системы с экстремальным количеством морфизмов, или экстремальным количеством сохраняющих систему преобразований. Количество информации реальных состояний естественных систем экстремально. В информационной формулировке экстремальный принцип перекликается с выводом о предпочтительности структур с максимальной информационной емкостью... Имеется в виду условный экстремум, дополнительные условия диктуются законами, специфическими для каждой исследуемой системы, например, законами сохранения энергии и вещества для материальных систем" [3. С. 178]. Иными словами, биологическая система наиболее устойчива, если стремится к максимальному увеличению содержащейся в ней информации, т. е. к увеличению суммарной массы, разнообразию клеток в каждом организме, упорядочиванию связей клеток и молекул внутри организмов, связей внутри видов и межвидовых связей (взаимное поедание, симбиоз, паразитирование). Аналогичные закономерности, видимо, определяют и биогенную миграцию атомов третьего рода (по Вернадскому), т. е. целенаправленное перемещение вещества животными и людьми.

4. Мозг человека и животных - специализированное устройство для создания структур на химической и электрохимической основе, моделирующих реальный мир. Формирование и обработка образов - это физический процесс, коллективное свойство достаточно однородных сетей, которые состоят из сильно нелинейных элементов - нервных клеток. Для его анализа можно использовать теоретический аппарат, "выработанный в физике для исследования волновых явлений и структурных переходов в системах с большим числом идентичных взаимодействующих объектов". В

стр. 183

частности, предлагается использовать результаты исследований гидродинамической турбулентности [4, 5]. Таким образом, появляется возможность описывать на единой основе различные типы энергонасыщенных метастабильных структур - от турбулентных ячеек до мозга. Попытаемся рассмотреть более сложный объект - человеческое общество.

5. Человек и сфера его деятельности, или "ноосфера" В. И. Вернадского. Принципиальная сложность описания таких систем - отсутствие объективной числовой характеристики, невозможность точной оценки количества информации, содержащейся в живой структуре или созданной человеком конструкции.

Грубой оценкой устойчивости и упорядоченности социальной системы, т. е. ее массы и количества содержащейся в ней информации - от единичных продуктов труда до государств - издавна служат деньги. Основа денежной системы - золото и редкие кристаллы - структуры, образовавшиеся при геологических процессах с диссипацией большого количества энергии. Природные энергозатраты на образование самородков золота являются эталонными при определении затрат энергии, ресурсов и труда для создания упорядоченных структур как в трехмерном наблюдаемом пространстве (техника, строительство), так и в информационном пространстве: наука, образование, искусство, степень социальной упорядоченности. Критерием устойчивости системы при внешних воздействиях и внутренних возмущениях можно считать также скорость накопления и обработки информации, так как при несвоевременной или неадекватной реакции даже большая, богатая и мощная структура может быть разрушена.

Потоки вещества и информации должны, в идеале, отражаться потоками денег, что значительно упрощает моделирование системы. Подход на основе единого критерия позволяет точнее сформулировать цели социальных структур (государства, предприятия и т.д.), прогнозировать их развитие. В физике известны законы распределения частиц по энергиям, при которых система устойчива - например распределение Максвелла для молекул газа, Ферми для электронов в твердом теле. Отклонение от этих распределений, например в лазере, нестабильно и может привести к быстрой потере энергии. Критерием "энергонасыщенности" людей и государств служат деньги, и известно, что при существенных отклонениях от равновесных распределений возникают войны и социальные катаклизмы.

Таким образом, появляется возможность математического описания на единой основе всех вышеупомянутых явлений и структур. Математический аппарат для описания структур с нелинейными связями элементов - синергетика - бурно развивался несколько лет назад [6, 7, 8, 9], и новые разработки в области теории нелинейных дифференциальных уравнений позволяют подойти вплотную к решению практических задач. Во многих публикациях [7, 8, 9, 10] приводятся результаты исследования одной из простейших систем такого типа - системы Лоренца:

стр. 184

 

Выявлены некоторые свойства решений этой системы, например, что "в неустойчивых системах траектории распадаются на пучки из экспоненциально сближающихся траекторий" [10], в связи с чем такой класс решений называют "странным аттрактором". Показано соответствие таких траекторий пространству Лобачевского. Показано, что "неустойчивость динамических систем обладает замечательным свойством устойчивости по отношению к малым возмущениям" [10]. Плодотворной оказалась идея "предельного цикла" А. Пуанкаре, когда система не приходит в состояние равновесия, а совершает колебания вблизи некоторых точек. Такой подход позволяет описывать как турбулизацию, так и экосистемы (A.M. Молчанов). Видимо, он может быть перенесен на социальные структуры. Целесообразной представляется и идея о взаимной синхронизации траекторий в синергетических системах [9], которая также приводит к пониманию аттракторов.

Модели систем, включающие в себя термодинамические и информационные параметры, могут рассматриваться только в многомерном и, вообще говоря, неэвклидовом пространстве. Вернадский первым ввел понятие о многомерности пространства планеты: "Земное пространство всегда есть физико-химическое пространство. Очевидно, оно многообразно. Многообразие это может выясняться только научным наблюдением, и возможно, что мы можем выйти здесь за пределы эвклидовой геометрии, ибо все геометрии одинаково правильны и какие и? них проявляются в окружающей нас среде, мы не знаем. Натуралист, исходя из школьной рутины, все время мыслил о едином пространстве, но не о разных природных пространствах, не о состояниях пространства. Он не сознавал, что пространство нашей планеты и вообще пространства планет есть особые пространства, нигде, кроме планет, не наблюдаемые... Каждое природное тело и каждое природное явление имеет свое собственное материально-энергетическое специфическое пространство, которое натуралист изучает, изучая симметрию" [1. С. 185].

Представление о многомерном информационном пространстве, связанном со структурами в наблюдаемом пространстве-времени, коррелирует с традиционными представлениями о сверхъестественных силах и их роли в мироздании: Бог - совокупность информации, хранящейся в природных структурах, способствующей возникновению и существованию объектов с высоким содержанием энергии и информации. Дьявол - совокупность информации, хранящейся в природных структурах, способствующей разрушению объектов с высоким содержанием энергии и информации. Душа - совокупность информации об объекте, влияющая на развитие объектов в наблюдаемом и информационном пространстве.

стр. 185

Выводы и возможности практического применения указанных представлений:

Оценку "мощности" и устойчивости социальной структуры (государства, предприятия, армии и их составных частей) целесообразно проводить по трем показателям, определяющим ее объем в информационно-геометрическом пространстве:

- физическая масса (m), включающая в себя массу (количество) людей, животных, растений, продуктов питания, массу продуктов труда (машины, сооружения) и массу энергоносителей;

- объем информации, накопленной в структуре (I): научные знания, степень социальной упорядоченности (политическая культура, идеология), образование, уровень технологий (в частности, вооружения). Религию, традиции, культуру можно считать компонентами идеологии;

- скорость производства и перемещения компонент физической массы (dm/dt), скорость и адекватность обработки информации (dI/dt).

Все указанные показатели целесообразно оценивать в унифицированных единицах - деньгах. Денежная единица является единицей объема в многомерном пространстве с пучками координат m, I, dm/dt, dl/dt.

Такой подход поможет в будущем более наглядно, в сжатом виде представлять информацию о социальных структурах и, соответственно, быстро принимать адекватные решения. Например, поражение СССР в холодной войне и его развал можно интерпретировать следующим образом: стремление централизованно контролировать все информационное пространство страны (планирование производства и потребления, идеологию, искусство, науку) привело к малой скорости информационных потоков и неадекватности принимаемых решений, т. е. произошел сбой в блоке (пространстве) dl/dt, затем - нарушение структуры dm/dt (производство, распределение) и распад идеологии. Государство развалилось, несмотря на высокие m, I и dm/dt.

1. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. M., 1987.

2. Чернавский Д.С., Хургин Ю.И., Шноль С.Э. Концепция "белок-машина" и ее последствия // Биофизика. 1987. Т. 32. N 5.

3. Левин А.Л. Экстремальный принцип в теории систем и видовая структура сообществ // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Л., 1978. Т. 1.

4. Михайлов А.С. Физики задумываются над механизмом работы мозга // Природа. 1987. N 3.

5. Лукашин А.В., Веденов А.А., Франк-Каменецкий М.Д. Физические модели нейронных сетей // Биофизика. 1987. Т. 35. N 5.

6. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. M., 1979.

7. Кадомцев Б.Б., Рязанов А.И. Что такое синергетика // Природа. 1983. N 8.

8. Хакен Х. Синергетика. M., 1980.

9. Гапонов-Грехов А.В., Рабинович М.И. Хаотическая динамика простых систем // Природа. 1981. N 2.

10. Синай Я.Г. Случайность неслучайного // Природа. 1981. N 3.

 

Опубликовано 09 сентября 2015 года


Система Orphus


Постоянный адрес публикации (для научного и интернет-цитирования)

По международным научным стандартам и по ГОСТу РФ 2003 г. (ГОСТ 7.1-2003, "Библиографическая запись")

Н. В. КАТАРГИН, ВОЗМОЖНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ БИОЛОГИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОМЕРНЫХ ПРОСТРАНСТВ В. И. ВЕРНАДСКОГО [Электронный ресурс]: электрон. данные. - Москва: Научная цифровая библиотека PORTALUS.RU, 09 сентября 2015. - Режим доступа: http://portalus.ru/modules/biology/rus_readme.php?subaction=showfull&id=1441796754&archive=&start_from=&ucat=& (свободный доступ). – Дата доступа: 16.01.2017.

По ГОСТу РФ 2008 г. (ГОСТ 7.0.5—2008, "Библиографическая ссылка")

Н. В. КАТАРГИН, ВОЗМОЖНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ БИОЛОГИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОМЕРНЫХ ПРОСТРАНСТВ В. И. ВЕРНАДСКОГО // Москва: Научная цифровая библиотека PORTALUS.RU. Дата обновления: 09 сентября 2015. URL: http://portalus.ru/modules/biology/rus_readme.php?subaction=showfull&id=1441796754&archive=&start_from=&ucat=& (дата обращения: 16.01.2017).

Найденный поисковой машиной PORTALUS.RU оригинал публикации (предполагаемый источник):

Н. В. КАТАРГИН, ВОЗМОЖНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ БИОЛОГИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОМЕРНЫХ ПРОСТРАНСТВ В. И. ВЕРНАДСКОГО / http://portalus.ru.

наверх

Автору публикации:


Распечатать публикацию (версия для печати)

© Portalus.ru, возможно немассовое копирование материалов при условии обратной индексируемой гиперссылки на Порталус.

Ваше мнение о публикации?

World Library

Проект для детей старше 12 лет!

Научная цифровая библиотека Порталус: опубликовать статью, опубликовать исследование, опубликовать книгу

 

 
РЕКЛАМА: узнать расценки на рекламу
ТЕХПОДДЕРЖКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ: eewc@yandex.ru
АВТОРАМ, ДЕЯТЕЛЯМ НАУКИ: регистрация, статистика публикаций
Copyright @ 2004-2017, Научная цифровая библиотека "Порталус". Все права защищены.