В обоих подходах, очевидно, имеется в виду одно и то же явление самоорганизации, имеющее одну физическую сущность. Если же два подхода приводят к разному пониманию условий, причин и движущих сил возникновения самоорганизации, то это можно объяснить либо тем, что явление рассматривается с существенно разных сторон, либо тем, что один из подходов неудачный, ошибочный и дает неадекватные действительности результаты. Доказать преимущества одного из подходов можно, если в нем нет ошибочных и нелогичных положений другого и, если он позволяет объяснять с единых позиций более широкий круг явлений. При таком сопоставлении явно выигрывает подход эволюционного катализа.

• Во–первых, определение конструктивной роли необратимости для самоорганизации в подходе Пригожина явно неадекватно природе. Согласно уравнениям (12), (13), (16), в ходе прогрессивной эволюции происходит повышение коэффициента полезного использования энергии обменного процесса на самоорганизацию за счет перераспределения потоков Q и Q в (1) в пользу потока Q. При этом степень самоорганизации (12) растет, вплоть до единицы (13), а степень необратимости обменного процесса (16) падает, вплоть до нуля. Из чего следует, что необратимость не играет предполагаемой конструктивной роли ни в возникновении, ни в росте самоорганизации. В то же время на всех этапах эволюции неравновесность имеет обязательную и все усиливающуюся (вместе с ростом r (12), (13)) роль в возникновении и росте самоорганизации, а, следовательно, именно неравновесность порождает самоорганизацию и играет конструктивную роль.
• Во–вторых, предположение о том, что диссипация (Q в (1)) является причиной самоорганизации, — нелогично, так как самоорганизация связана с диссипацией лишь косвенно, поскольку Q есть величина дополнительная к Q в (1) и самоорганизация имеет место даже, когда Q®0. Более логично предположение о том, что причиной самоорганизации является внутренняя полезная работа против равновесия (Q в (1)), ибо между самоорганизацией и полезной работой существует прямая связь во всем диапазоне возможных изменений степени необратимости (16) в ходе прогрессивной эволюции, вплоть до ее исчезновения. При сопоставимых значениях Q и Q в (1) ошибка в выборе диссипации (Q) в качестве причины самоорганизации не бросалась в глаза, и было возможно удовлетворительное математическое описание самоорганизации, что и сделано в теории диссипативных структур Пригожина [23–25]. Однако при несопоставимых значениях Q и Q в (1), получающихся в ходе прогрессивной эволюции, ошибка становится все более очевидной. Это убеждает в том, что действительной причиной самоорганизации может быть только внутренняя полезная работа против равновесия (Q), а не диссипация (Q).
• В–третьих, предположение о том, что движущей силой самоорганизации является «отрицательная энтропия» представляет собой искаженное выражение действительной движущей силы, являющейся частью Q потока свободной энергии Е, рассеиваемой в обменном процессе открытой системы. Об излишности термина «отрицательная энтропия» сказано выше и говорилось неоднократно [21–22], [31], [45].
• В–четвертых, подход Пригожина может быть применен только для макроскопических систем и для описания их когерентной самоорганизации при образовании временных и пространственно–временных диссипативных структур в том числе и концентрационных автоволн в периодических процессах Белоусова–Жаботинского. Он в принципе не может дать описания континуальной самоорганизации индивидуальных микросистем и прогрессивной эволюции, которая является саморазвитием континуальной самоорганизации.

В то же время подход эволюционного катализа описывает и континуальную (видовую) самоорганизацию индивидуальных микросистем (что нельзя сделать с позиций подхода Пригожина) и когерентную самоорганизацию коллективных макросистем (что успешно делает подход Пригожина), а также описывает прогрессивную химическую эволюцию вплоть до возникновения жизни как саморазвитие континуальной самоорганизации индивидуальных систем (что в принципе нельзя сделать с позиций подхода Пригожина). Следовательно, последний подход охватывает более широкий круг природных явлений и поэтому более адекватен действительности, чем подход Пригожина.

II. Разные проявления самоорганизации и ее связь с альтернативным процессом организации
1. Процессы самоорганизации и организации как альтернативные направления упорядочения хаоса

Могут быть разные виды открытых микроскопических и макроскопических систем, в которых происходит обмен и трансформация энергии, в соответствии с (1) – (3), приводящие к самоорганизации.

Может быть обмен энергии без обмена веществ. Например, такой случай реализуется при образовании тепловых конвекционных «ячеек Бенара» [24] в тонком слое вязкой жидкости при вертикальном потоке тепла.

Может быть обмен и энергии и вещества.

Однако наиболее интересным и важным случаем для осуществления не только самоорганизации, но и прогрессивной эволюции является обмен веществ и энергии за счет веществ, реагирующих и освобождающих энергию внутри системы. Именно такой случай элементарных открытых каталитических систем (ЭОКС) явился предметом исследований в эволюционном катализа [29–31], [45], [57]

A+B®{(A+B®C+D)/Ki}®C+D, (18)

где в фигурных скобках дана ЭОКС, существующая в ходе обмена веществ и энергии базисной каталитической реакции

А+В®С+D (19)

с большим элементарным сродством

f=–yG°/aNA [Дж]>0. (20)

ЭОКС существует в виде цепочки повторяющихся каталитических актов (n) на центре катализа Кi. Скорость базисной реакции определяется абсолютной каталитической активностью Кi

a = n/t = 1/t* = ckT/h [акт/с], (21)

а интенсивность (мощность) обменного процесса

I=af=c/akT/hNA [G°] =xH [Дж/с]; I = xH = Е. (22)

Это и является тем потоком свободной энергии, который в открытой системе трансформируется, в соответствии с (1) на поток внутренней полезной работы Q, направленной против равновесия и характеризующей меру самоорганизации и поток бесполезно рассеиваемого тепла Q. Из сказанного видно, что эндергонический процесс самоорганизации ЭОКС в результате внутренней полезной работы Q осуществляется за счет энергии Е экзергонической базисной реакции. При этом происходит сопряжение эндергонического процесса самоорганизации с экзергоническим процессом организации, имеющих противоположную направленность изменения степени неравновесия yr? и yr­, при условии

E ? Q. (23)

Открытые системы, исследуемые в эволюционном катализе, оказались весьма распространенными динамическими объектами химии, способными к самоорганизации и саморазвитию и удобными для экспериментальных и теоретических исследований в этой области. Как известно, такие исследования привели к разработке количественной теории образования ЭОКС, их устойчивости, гомеостазиса, самоорганизации и прогрессивной эволюции вплоть до формирования живых объектов (см. [30–31], [45] и нашу статью [57] в сборнике Синергетика. Вып. 2. 1999).

Кроме того, благодаря исследованию таких систем и разработке теории эволюционного катализа стало ясно, что в природе существуют отнюдь не экзотические, а весьма распространенные объекты с устойчиво и точно повторяющимися внутренними циклическими процессами [54], сочетающими в себе организацию и самоорганизацию, т. е. энтропийный и антиэнтропийный принципы. В каждом каталитическом акте благодаря кодирующему свойству Кi точно воспроизводится механизм базисного процесса, а, следовательно, и процесс самоорганизации неравновесного кинетического континуума веществ и реакций, образующий каталитическую систему. Поэтому при длительном существовании ЭОКС на К, с постоянной природой имеет место устойчивое неравновесие, т. е. постоянное сохранение самоорганизации ЭОКС за счет обмена веществ и энергии, что иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2. Устойчивое неравновесие ЭОКС в ходе ее существования при аi, Ii, xi, Кi = const. 1 – Предельная степень неравновесия r=1; 2 – странный аттрактор устойчивого неравновесия при аi = const, yr­ = const в каждом каталитическом акте; 3 – странный аттрактор равновесных состоянии базисной реакции при yr?.

Устойчивое неравновесие ЭОКС аналогично устойчивому неравновесию живых организмов, считавшемуся Э.С. Бауэром [55] наиболее специфичным признаком жизни. Поэтому свойство самоорганизации неживых ЭОКС, обеспечивающее их устойчивое неравновесие, можно считать фундаментальным прототипом этого признака жизни.

Из (18) и рис. 2 видно, что в химии объекты с равновесной структурной организацией (А, В, Кi) легко могут превратиться в объекты с неравновесной структурной организацией (ЭОКС), а последние, релаксируя после каждого каталитического акта, в свою очередь, легко превращаются в объекты с равновесной структурной организацией (С, D, Кi). Каждое из этих превращений является процессом самоорганизации (yr­) и организации (yr?). Обобщая весь материал химии, можно сказать, что в каждом химическом акте активационного характера (каталитическом и некаталитическом) образуются объекты с неравновесной организацией, элементарные химические системы (ЭХС). Это так называемые «переходные состояния», являющиеся неполным и неточным понятием, отражающим реально образующиеся нсравновесные ЭХС.

Не вызывает сомнения установленный [31], [45] факт, что в химии существуют два типа легко превращающихся друг в друга элементарных объектов разной физической природы. Объекты с равновесной организацией (стабильные молекулы, комплексы, полимеры, кристаллы), получающиеся в результате энтропийных процессов организации (yr?, E­, yG°<0) и объекта с неравновесной структурной организацией (неравновесные полимолекулярные химические системы — ЭХС, ЭОКС), получающиеся в результате антиэнтропийных процессов самоорганизации (yr­, E?, yG° > 0). Объекты первого типа при их образовании подчиняются энтропийному принципу организации, который соответствует принципу Больцмана

S = kБlogP ® max [Дж/К М],

G = H – TS ® min [Дж/М] (M = const). (24)

Объекты второго типа при их образовании подчиняются антиэнтропийному принципу самоорганизации, соответствующему принципу максимальной внутренней полезной работы против равновесия при максимальном рассеянии свободной энергии обменного процесса открытой системы

I = хН > 0 [Дж/сМ]

Ir = xrH > 0 [Дж/cM] (25)

It = xtH ® max [Дж/М]

Т = const; H = const M ? const

Т ® max\ yМ/yt = const (стационар.)

Ir ? I; 0 < r ? 1 yМ/yt ? const (нестационар.)

В эволюционном катализе на примере ЭОКС по существу впервые было доказано [31] энергетически связанное существование двух типов структурной организации вещества, подчиняющихся разным физическим принципам: энтропийному и антиэнтропийному и узаконены естественные антиэнтрипийные процессы. После этого логичным был следующий шаг обобщения [45]: все процессы упорядочения хаоса в природе могут иметь альтернативную направленность: равновесную (yr?) и неравновесную (yr­), причем в первом случае происходит уменьшение степени неравновесия (yr?), а во втором ее возрастание (yr­). Процессы организации и самоорганизации, соответствующие этим разным направлениям изменения неравновесия, различаются и по их энергодинамике (см. рис. 3). При этом они различаются не только по вектору изменений свободной энергии (в процессах организации энергия выделяется (E­, yGo<0), а в процессах самоорганизации поглощается (E?, yG° > 0), но и по динамике энергетических изменений во времени. В период образования объектов при упорядочении хаоса (I на рис. 3) имеют место динамические процессы в обоих случаях, различающиеся по направленности изменения неравновесия yr и освобожденной энергии Е.

Рис. 3. Энергодинамика нсравновесного (1, 3) и равновесного (2) упорядочения хаоса (4). I – период образования, II – существования во времени упорядоченных состояний. II, 1 – динамика существования самоорганизованного объекта. II, 2; II, 3 – статика существования равновесно организованного объекта (2) и самоорганизованного солитона (3).

В период существования объектов во времени (П на рис. 3) в случае «организации» (кривая 2) динамизм утрачивается, и объект существует как статический без изменения энергии; в случае «самоорганизации» объект продолжает существовать как динамический с затратой энергии E?, пропорциональной времени (кривая 1); в частном случае «самоорганизации» при образовании солитонов (кривая 3) объект продолжает существовать как статический без затраты энергии.

Из сказанного ясно, что такая характеристика как динамизм без учета разных фаз существования образующихся объектов, не может быть определяющей только для явления самоорганизации. Различать самоорганизацию и организацию при анализе сложных явлений можно только на основе различий их физической сущности, связанной с разной направленностью изменений r и Е.

Таким образом развитие работ в области эволюционного катализа внесло вклад не только в понимание физической сущности явления самоорганизации и его отличия от альтернативного явления организации, но также и в утверждении новой парадигмы естествознания, узаконивающей антиэнтропийный принцип наряду с энтропийным и дуалистичность мира объектов с равновесной и неравновесной структурной организацией веществ, образующихся в пассивном и активном направлениях упорядочения хаоса.

2. Типы самоорганизации и связь прогрессивной эволюции с самоорганизацией

Одним из важных вкладов в науку о самоорганизации, который внесла теория эволюционного катализа [45], является установление существования двух типов самоорганизации: континуальной самоорганизации индивидуальных ЭОКС (микросистем) и когерентной самоорганизации коллективных систем, макроскопических множеств М–ЭОКС. В подходе Пригожина, развитого Хакеном в синергетику, рассматривается лишь второй тип когерентной самоорганизации в макроскопических системах, проявляющийся в образовании диссипативных структур, концентрационных автоволн и пр. Первый же тип самоорганизации, имеющий ведущее и фундаментальное значение, как в возникновении когерентной самоорганизации, так и в осуществлении прогрессивной эволюции, в работах последователей Пригожина не выделялся, не учитывался и его существование даже не предполагалось.

Как показано в [45], оба типа самоорганизации могут иметь место не только на химическом, но и на всех других уровнях развития материи.

Оба типа самоорганизации имеют одну и ту же физическую сущность (yr­; E?) активного неравновесного упорядочения, имеют одинаковые причины и движущие силы и описываются неравновесной термодинамикой рабочих процессов. Они различаются по масштабам потоков энергии, превращаемых во внутреннюю полезную работу, по механизму процесса самоорганизации, по морфологическим особенностям и природе самоорганизующихся объектов и по взаимной соподчиненности.

В континуальной самоорганизации индивидуальных ЭОКС на порядок больше мощность используемых на самоорганизацию Q и рассеиваемых бесполезно Q потоков энергии обменного процесса по сравнению с когерентной самоорганизацией множеств М–ЭОКС. Ибо в первом случае мощность соответствует всему энергетическому потенциалу базисной реакции, а во втором определяется лишь частью полезно рассеиваемой после континуальной самоорганизации энергии релаксационных излучений (2). Как показано в [45], поток полезно рассеиваемой релаксационной энергии

Q = QQ = QQT + QQX (26)

состоит из теплового излучения черного тела QQT и характеристических (люминесцентных) излучений QQX которые в сумме составляют поток фотонов

SQQX = Shvi (27)

Поток (27) и обеспечивает когерентную самоорганизацию в результате резонансного взаимодействия ЭОКС во множестве М–ЭОКС и синхронизации их внутренних процессов, приводящей к когерентному поведению всей системы (28)

ЭОКС1 ¬ ® ЭОКС2

hvi (28)

? ?

ЭОКС3 ¬ ® ЭОКС4

Континуальная и когерентная организация существенно различается по механизму. Механизм когерентной самоорганизации связан с кооперативным взаимодействием множества однородных компонентов, приводящим к синхронизации внутренних процессов и их когерентному поведению. Такой механизм Хакен [48] назвал синергетическим (от гр. Synergia — совместное кооперативное действие). Механизм континуальной самоорганизации связан с механизмом базисной реакции и образованием промежуточного неравновесного функционально неделимого объекта — кинетического континуума веществ и реакций — с системно–динамическими связями разнородных компонентов. Такой механизм следует назвать синкретическим (от гр. Synkretismos — слитное, нерасчлененное соединение разнородного). О различии механизмов двух типов самоорганизации говорит и А.С. Щербаков [44], называя континуальную самоорганизацию кибернетической, а когерентную — синергетической.

Поэтому, если науку о когерентной самоорганизации называть «синергетикой» как это предложил Хакен [48], то науку о континуальной самоорганизации следовало бы называть по другому — «синкретикой», как это обсуждалось в [45]. Если же принять термин «синергетика» за обозначение науки о самоорганизации вообще, то следует учитывать ограниченность хакеновского понимания синергетики.

Существуют принципиальные различия в морфологических особенностях, составе, структуре и свойствах неравновесных объектов двух типов самоорганизации. В [45] и в [57] приведена таблица с сопоставлением специфических признаков этих различий на примере индивидуальных ЭОКС и их множеств M–ЭОКС, относящихся к химическому уровню. Такие же различия должны иметь место для сопряженных индивидуальных (микро) и коллективных (макро–) объектов на других уровнях развития материи (ядерном, биологическом, психосоциальном) [45], [54], [56].

Указанные объекты в сопряженных микро–макропарах различаются по всем аналогичным признакам. Если одни (микрообъекты) обладают корпускулярными свойствами и функционально неделимы, целостны, то другие состоят из качественно однородных функционально заменимых компонентов, составляющих множество. Если механизм самоорганизации одних объектов синкретический, то другой — синергетический и т. д. Одним из наиболее существенных различий объектов с разным типом самоорганизации, составляющих сопряженные микро– макропары, является способность первых и неспособность вторых к прогрессивной эволюции с естественным отбором новых качеств. В случае макроскопических объектов возможна лишь линейная эволюция к равновесию без формирования новых качеств.

Указанные различия между типами самоорганизации закладывают основу конкретного понимания подразделения материальных объектов на микро– и макромиры. Такое подразделение имеет смысл только для сопряженных микро– макропар родственных объектов и не имеет такого всеобщего значения, как подразделение мира на равновесные и неравновесные объекты.

Из сказанного ясно, что любая прогрессивная эволюция с естественным отбором новых качеств может осуществляться только как саморазвитие континуальной самоорганизации индивидуальных эволюционирующих объектов. Это подробно рассмотрено в работах по теории эволюционного катализа и происхождения жизни [30–31], [45], [53], [57].

Ниже остановимся лишь на некоторых моментах, характеризующих связь прогрессивной эволюции с самоорганизацией.

Согласно теории, системы типа (18) при взаимодействии со случайными факторами внешней среды способны претерпевать эволюционные изменения природы и континуальной самоорганизации ЭОКС в целом

ЭОКСo ® ЭОКС1 ® ЭОКС2 ®…® ЭОКСq (29)

в результате эволюционных превращений природы катализаторов Ki ® Ki+1

Ko ® K1 ® K2 ® K3 ®…® Kq (30)

и изменений их каталитической (21) ai ® ai+1 и функциональной (22) xi ® xi+1 активности. Первичный естественный отбор эволюционных изменений от неэволюционных осуществляется по критерию

ai ® ai+1 > 0; xi ® xi+1 > 0; Ii ® Ii+1 > 0 (31)

Ибо при равенстве этих параметров нулю прекращается обмен веществ и энергии неравновесной системы и ЭОКС распадается на равновесные компоненты.

Химическая эволюция в виде цепей последовательных изменений (29), (30) возможна при выполнении четырех феноменологических принципов развития (вероятностного, кинетического, знергодинамического и информационного) (см. [30–31], [45], [57]), определяющих граничные условия осуществления эволюции, связанные с температурой, природой катализатора и факторов внешней среды.

Направленность химической эволюции, ее причины, движущие силы и механизм естественного отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений определяется основным законом химической эволюции. Согласно этому закону [30], с наибольшей скоростью или вероятностью осуществляются те цепи эволюционных изменений (29, 30) которые приводят к возрастанию абсолютной каталитической активности (21) или энергетической мощности обменного процесса (22). В прогрессивной химической эволюции имеет место приращение энергетической мощности

yI/yt > 0 [Дж/с2], (32)

в нулевой эволюции, когда нет эволюции из–за достижения пределов развития, но ЭОКС могут динамически существовать при Кi = const, мощность не изменяется

yI/yt = 0, (33)

а в регрессивной эволюции, приводящей к деградации каталитической и функциональной активности систем

yI/yt < 0 (34)

При этом теория эволюционного катализа устанавливает не только количественную меру самоорганизации (2), (3), но и количественную меру прогресса в эволюционных изменениях (32). Из (32) видно также, что прогресс связан с постоянными затратами энергии Е?, направленными на полезную работу Q против равновесия, что сама прогрессивная эволюция — сугубо антиэнтропийный процесс с направленностью изменений неравновесия (yr­) в сторону его возрастания, т. е. вопреки второму закону термодинамики. Другими словами, саморазвитие континуальной самоорганизации, чем и является прогрессивная эволюция, приводит ко все более и более неравновесным состояниям, связанным с ростом коэффициента полезного использования энергии на внутреннюю полезную работу (12) и является особым процессом самоорганизации более высокого ранга, чем самоорганизация каждой индивидуальной ЭОКС.

Аналогично тому, как динамическое существование ЭОКС в ходе базисного процесса в форме устойчивого неравновесия, обусловленное сочетанием и сопряжением противоположно направленных процессов самоорганизации (yr­) и организации (yr?), можно представить в виде двух устойчивых траекторий (аттракторов) см. рис. 2, аттракторы процессов yr­ и yr? в прогрессивной эволюции будут иметь вид (рис. 4). Из рис. 2 и 4 видно, что как процесс стационарного существования и самоорганизации ЭОКС, так и процесс саморазвития континуальной самоорганизации в ходе прогрессивной химической эволюции представляют собой с учетом обеспечивающей эти процессы энергией базисной реакции Е сложные явления, в которых сочетаются и сопрягаются процессы организации и самоорганизации противоположной направленности. Источником энергии (движущей силой) как в механизме самоорганизации ЭОКС и их прогрессивной эволюции, так и в механизме первичного естественного отбора на существование ЭОКС, и вторичного естественного отбора на максимальную прогрессивность качеств в ходе эволюции (см. [30–31], [45], [57]), является ход базисной реакции, потенциал обменного процесса (22).

Рис. 4. Саморазвитие ЭОКС в ходе прогрессивной эволюции при аi ® max; yI/yt > 0; Кi ® Ki+1. 1 – предельный уровень неравновесия r = 1; 2 — странный аттрактор прогрессивной эволюции при аi ® max; xi ® 1; yI/yt > 0; 3 — странный аттрактор равновесных состояний базисной реакции.

Поэтому именно функциональный аспект, а не структурно–информационный имеет ведущее значение как в образовании и существовании ЭОКС и возникновении их самоорганизации, так и в естественном отборе процессов химической эволюции среди неэволюционных процессов и естественном отборе наиболее прогрессивных эволюционных изменений ЭОКС в ходе прогрессивной эволюции. Другими словами, какие бы изменения природы Ki ® Ki+1 ни происходили естественный отбор идет по параметрам a, I, x, т. е. по их функциональной активности, а отбор приводящих к этому изменению Ki ® Ki+1 происходит опосредованно. Без функционального аспекта рассматриваемых явлений нельзя понять ни причин, ни движущих сил, ни механизма, ни физического смысла процесса самоор. ганизации и ее саморазвития, нельзя установить законы существования и эволюции ЭОКС.

С другой стороны, изменения функциональных особенностей ЭОКС задаются изменениями структурных и информационных особенностей их катализаторов в соответствии с адекватностью связи Ki ® Ki+1 и ai ® ai+1 и кодированием механизма базисной реакции катализатором, т. е. являются следствием изменений природы и информационных характеристик Ki. Это значит, что механизм естественного отбора определяется не природой и причинами изменений Ki ® Ki+1, а их следствием.

Как показано в [45], [57], процессы континуальной самоорганизации и прогрессивной эволюции ЭОКС, стремящиеся к неравновесию yr­, описываются неравновесной термодинамикой рабочих процессов как трансформации потока освобожденной энергии обменного процесса Е

yG* = yG°/aNAt* = I = E (35)

в соответствии с (1). Потоки энтальпии (yH*) и связанной энергии (TyS*), также характеризующие процесс базисной реакции, стремящейся к равновесию (yr?), при этом остаются неизменными, что видно из схемы

Рис. 5. Схема использования свободной энергии базисной реакции ЭОКС на полезную работу самоорганизации и саморазвития самоорганизации (эволюционные изменения Ki ® Ki+1)) по [45]. 1 — полезная работа в кинетической сфере, 2, 3 — полезная работа в конституционной сфере при параллельном (2) или последовательном (3) использовании энергии; 4 — бесполезное рассеивание всей энергии обменного процесса при E = Q; Q = 0.

Если же рассмотреть суммарный результат длительного существования ЭОКС в макросистеме при установлении равновесия и учесть все потоки диссипации в том числе и поток, получающийся при релаксации неравновесно связанной энергии эволюционных изменений, то мы не заметим имевшие место динамические процессы, приводившие к самоорганизации и прогрессивной эволюции и отметим точное выполнение и первого и второго законов термодинамики.

3. Самоорганизация при упорядочении хаоса и в хаотизации (разупорядочении) организованных состояний. Самоорганизация в сложных явлениях

Выше уже было показано, что мир делится на объекты с равновесной и неравновесной структурной организацией вещества, возникающие в результате процессов упорядочения хаоса в двух разных направлениях: пассивном и активном, т. е. в направлении организации (yr?; yG° < 0; E­) и самоорганизации (yr­; yG° < 0; E?). Признание такой парадигмы явилось следствием признания принципиальной обратимости всех процессов. В соответствии с этим и процесс упорядочения физического хаоса должен быть принципиально обратимым, что и наблюдается в процессах хаотизации (разупорядочения) упорядоченных состояний с переходом в состояние динамического хаоса, а затем к его самоорганизации и организации (рис. 6).

Учет такой обратимости обогащает наши представления о явлении самоорганизации и о сложных явлениях, где могут сочетаться и сопрягаться фундаментальные процессы организации и самоорганизации, а также процессы упорядочения хаоса и хаотизации упорядоченных состояний.

Из рис. 6 видно, что процесс самоорганизации возникает не только как одно из направлений упорядочения хаоса, но и как одно из направлений хаотизации упорядоченных состояний, причем в любом случае он характеризуется yr­ и E?. Видно также, что хаотизация упорядоченных состояний может быть «созидательной», направленной к yr­, потребляющей внешнюю энергию и «разрушительной», направленной к yr?, расходующей запасенную системой ранее внутреннюю энергию. Переход из состояния динамического хаоса возможен также в двух направлениях (как из физического хаоса) в сторону самоорганизации yr­ и организации yr? с затратой E? и выделением E­ энергии, соответственно.

Примером созидательной хаотизации является образование неравновесных состояний кристаллических катализаторов, активных для катализа, в результате модифицирующего воздействия внешних источников энергии при ионной и электронной бомбардировке их поверхности [58–59] и других способах создания нарушений решетки и диспергирования.

Аналогичным примером на социальном уровне является производительный труд, который, как показал С.А. Подолинский (1880), является главным средством абсолютного увеличения энергетического бюджета общества, обеспечивающего его процветание [60]. Другим примером могут быть приведены революция и трудовой энтузиазм масс народа, преобразующие с большой затратой труда, сил и энергии старый устоявшийся, но несправедливый мир в другой динамический и справедливый мир, что было в истории нашей страны после победы Октября и при строительстве социализма.

Рис. 6. Связь процессов самоорганизации — 1 и организации — 2 с упорядочением хаоса и хаотизацией упорядоченных состояний. Состояния: (1) — неравновесное упорядочение (самоорганизация); (2) — равновесное упорядочение (организация); (3) — хаос. А — физический хаос, Б — динамический хаос. Периоды: I — существование хаоса; II, IV — упорядочение хаоса; III — хаотизация упорядоченных состояний. (Созидательная хаотизация yr­; разрушительная хаотизация при yr?).

Примером разрушительной хаотизации могут служить процессы старения и смерти живых организмов. На социальном уровне таким примером является контрреволюционная «перестройка» Советского Союза с дезинтеграцией государства, уничтожением его экономики, военной мощи, науки, социального обеспечения народа при насаждении рыночной экономики, ростовщичества банков, спекуляции, воровства и других форм паразитирования, которые проедают накопленный в советское время потенциал. Такие действия С.А. Подолинский [60] характеризовал бы как расхищение энергетического бюджета общества, т. е. по своему результату как явление противоположное созидательному труду.

Все процессы, происходящие при самоорганизации и организации, при упорядочении хаоса и хаотизации упорядоченных состояний, совершаются в поле неравновесных событий и различаются лишь направленностью, вектором изменений степени неравновесия: yr­ — в процессах, идущих от равновесия к неравновесию, и yr? — в процессах, идущих от неравновесия к равновесию. В соответствии с этим возможно векторное описание сложных явлений, в которых происходит сочетание, сопряжение и взаимный переход этих процессов, что уже нашло отражение на рис. 1–4. Только при таком описании мы видим различия в физической сущности процессов организации и самоорганизации, составляющих сложное явление. При описании сложного явления в целом с помощью скалярных параметров и уравнений, касающихся в равной степени процессов самоорганизации и организации, специфика этих процессов утрачивается. Поэтому общие особенности сложного явления и их описания не составляют однозначных характеристик, определяющих процесс самоорганизации, в отличии от организации.

Среди таких общих для процессов самоорганизации и организации особенностей сложных явлений можно назвать:

• динамизм и связь с открытыми системами;
• нелинейность математических уравнений, описывающих процесс;
• иерархическая сложность явлений;
• фрактальность и самоподобие структур;
• образование аттракторов и странных аттракторов и т. д.

При самоорганизации все эти особенности имеют место, но определять самоорганизацию только по наличию таких свойств нельзя. Ибо различия между самоорганизацией и организацией лежат на уровне физической сущности этих процессов (yr­ и E? с одной стороны, либо yr? и E­ — с другой) и отсутствуют на уровне указанных свойств.

Так как синергетику принято считать наукой о самоорганизации, то очень важно точно определять понятие самоорганизации, связывая его с физической сутью явления. Поэтому можно считать более чем неудачными появившееся в последнее время определения синергетики (особенно в связи с развитием ее математических школ), основанные на общих признаках сложных систем. Синергетика это — теория открытых систем; — нелинейная динамика; — динамическая иерархичность; рождение порядка из хаоса; — проявление принципов подобия и фрактальности; появление странных аттракторов и т. д.

По каждому из этих признаков можно привести доказательства неоднозначности определения. Как показано в эволюционном катализе, в неравновесных открытых системах осуществляются сопряженно и процессы yr­ и yr? эти оба альтернативных процесса осуществляются в динамике, есть различие лишь в существовании во времени образовавшихся объектов (см. рис. 3); оба процесса yr­ и yr? описываются системами нелинейных уравнений; самоорганизацию только с нелинейным миром связывать нельзя, так как в простейших случаях (например, в тепловых конвекционных ячейках Бенара) самоорганизация описывается линейными уравнениями; упорядочение хаоса имеет два направления, причем самоорганизация — только одно из них; принципы подобия и фрактальность проявляются и в yr­ и yr? странный аттрактор Э. Лоренца как некий математический образ области притяжения траекторий движения, создающей динамическую структуру един, в то время как реально мы имеем разные аттракторы на процессах упорядочения хаоса при yr­ и yr? (см. рис. 2) и на процессах хаотизации упорядоченных состояний (созидательной и разрушительной) (см. рис. 6) и т. д.

Приведенный в статье и в [45], [57] материал по самоорганизации и саморазвитию континуальной самоорганизации индивидуальных (микроскопических) ЭОКС представляет собой пример сложной системы, в которой сочетаются и сопрягаются процессы yr­ и yr?, и в которой процессы самоорганизации и эволюции осуществляются за счет энергии базисной реакции, идущей к равновесию (yr?). При этом благодаря разделению процессов самоорганизации и организации по их физической сущности удалось установить не только суть самоорганизации, но и причины, движущие силы и механизм прогрессивной эволюции.

В сложных системах, рассматриваемых в ряде работ ([34], [37], [40], [50] и др.) с позиций описания общих свойств, пока установлены общие свойства (динамизм, нелинейность, сложная иерархичность, фрактальность, наличие странных аттракторов и пр.) и предстоит еще выявить на общем фоне проявления самоорганизации по критериям направленности изменений yr и потоков энергии. Это нетрудно сделать в любом случае.

Например, известно явление медленного установления химического равновесия в макроскопических системах. Химики и практики знают, что реакции в макроскопических объемах сначала идут быстро, а после превращения основного количества, реагирующих веществ, приближение к равновесию происходит очень медленно. Однако не всем известно, что процесс установления химического равновесия вблизи равновесия идет не путем плавного приближения к нему, что следует из тривиального объяснения указанного факта концентрационной зависимостью скорости реакции, а путем поступательно–возвратных колебаний прямой и обратной реакций относительно положения равновесия. С.Г. Терешкова [61], [64] обнаружила, что такие колебания происходят с постоянным для каждой реакции периодом (~60 мин) при постепенном уменьшении в каждой фазе колебаний амплитуды на –90% и энтальпии реакции на –10% по сравнению со средним ее значением в равновесии. Колебания ею были обнаружены калориметрическим методом на примере реакции дегидратации кристаллогидратов фосфатов, образования сульфидов меди из элементов, окисления монооксида углерода кислородом, восстановления оксидов металлов водородом и метаном, т. е. являются некоторой общей особенностью протекания реакций вблизи равновесия, которую автор назвала [64] «законом нелинейной опосредованной обратимости химических реакций».

Учитывая, что в индивидуальных химических актах (ЭХС) превращение компонентов реакции идет до конца, т. е. со 100% глубиной превращения, а наблюдающиеся в макросистеме глубины превращения являются статистическим усреднением элементарных процессов, обнаруженный эффект затухающих колебаний прямой и обратной реакции

А « С (37)

можно объяснить сопряжением процессов организации yr?, освобождающих энергию (прямой процесс), с процессом самоорганизации yr­ идущим против равновесия и поглощающим часть освобожденной энергии (обратный процесс). Такой механизм имеет место в каждой фазе колебаний процесса (37). Однако с учетом экспериментально найденной 90% глубины превращения в каждой фазе колебаний для этого нужно, чтобы суммарная энергия Q, каждых 9–ти химических актов прямой реакции использовалась на осуществление одного акта обратной реакции. Статистическое усреднение эффекта такого сопряжения в макрообъеме и приведет к 10% глубине превращения в обратной реакции и к наблюдаемой 90% глубине превращения в прямой реакции. Во второй фазе произойдет то же самое и останется 1% исходных веществ и т. д. Постепенное приближение колебательного процесса (37) к равновесию можно представить в поле чередующихся неравновесных процессов с изменением степени неравновесия yr, как чередование процессов, имеющих разную векторную направленность (yr­ и yr?), в виде затухающей спирали (рис. 7). Этот же процесс можно представить в виде двух аттракторов; равновесного и затухающего неравновесного, стремящихся в одну точку.

Рис. 7. Процесс затухающих колебаний прямой и обратной реакции (37) при приближении к равновесию (точка Р) в поле неравновесных процессов с изменением степеней неравновесия yr, имеющих направпенность yr­ и yr?.

Режим автоколебаний прямой и обратной реакции (37) возникает при приближении к равновесию. Это происходит за счет автоколебаний процессов организации (yr?) и самоорганизации (yr­) в поле неравновесных состояний при частичном использовании энергии процесса yr? на процесс самоорганизации yr­ с r = 10%. Рассмотренный пример и его объяснение представляет интерес еще и в том отношении, что показывает возможность проявлений самоорганизации и вблизи равновесия, а не только вдали, как это постулировалось Пригожиным. Это свидетельствует о более широком распространении явления самоорганизации и более широких условиях его возникновения, чем предполагалось ранее, но при не примененных его физических критериях (yr­; Е?; yG° > 0).

Число подобных примеров анализа сложных явлений с выделением фундаментальных процессов самоорганизации по их физическим критериям (yr­; Е?; yG° > 0) можно было бы значительно увеличить, но не позволяет объем статьи.

Среди наиболее сложных и наиболее важных не только для науки, но и для существования человеческой цивилизации в будущем, систем, основанных на явлениях самоорганизации и прогрессивной эволюции, может быть названа неравновесная открытая система: человечество и биосфера (человечество и природа). Судьба этой системы находится под угрозой надвигающейся глобальной экологической катастрофы. О причинах этой катастрофы, ее природе и возможных путях ее предотвращения должен быть специальный разговор и у нас здесь. Тем более, что единственный шанс спасения связан с наукой о самоорганизации и прогрессивной эволюции, с успехами ее развития и практического использования (см. [65]). Интерес к этой проблеме огромен. Появляются все новые и новые работы, анализирующие и рассматривающие проблему [39], [66], [69]. Однако нельзя забывать тем, кто ищет все новые и новые пути выхода из надвигающейся катастрофы, что в естественной истории материального мира, к которой относятся и проблемы системы: человек–природа, в глобальном эволюционном процессе существует только один выход, предотвращающий катастрофу. Он связан со следованием общим для всей природы законам самоорганизации и прогрессивной эволюции и он чужд произволу дурной «свободной воли» человека. Эти законы нужно изучать и использовать и не тратить оставшееся время зря.