Курсовая работа: Динамика структурности – опыт классификации

Когда динамики структур(ы) нет (Δs = 0), динамики структурности быть не может (Δs' = 0).

Тип «структурирование вертикальное», или, что то же, «интенсивное»

Данный тип процессов представляет собой неусложняющее формообразование, здесь Δs > 0 и Δs' > 0.

Сюда подпадают:

во-первых, все процессы собственно упорядочения

(переход ХП). Их общая характеристика – выделение разнородных начал, или гетерогенизация, и их взаимодействие;

во-вторых, процессы усложняющего переупорядочения

(ПnПn+1). Их характерные черты – дифференциация на базе уже имеющихся структур, уплотнение порядка.

Примером упорядочения может служить синтез субъядерных форм и, как мы увидим дальше, любой процесс удерживающего макроформирования.

Что было вначале?

Вначале было нечто, тотально лишённое Формы (так же определял первоматерию Аристотель – стререзис формы). Большой Взрыв – неудачное наименование стартовой точки вселенского процесса, поскольку это был «не акт деструкции, а Космическое Рождение» – поэтизирует Л.Янг [5]. Это был действительно Большой акт вертикального структурирования: из первоначально недифференцированного потока космической плазмы уже в первые ничтожно малые доли секунды «выкристаллизовываются крошечные островки формы в море бесформенности» [5] – кварки, лептоны. Разряжение вещества и снижение температуры создало условия для агрегирования кварков в нуклоны (общее название для p и n) – весьма сложные и очень устойчивые структуры. Протон живёт 15 миллиардов лет или... вечно.

Далее постепенно, стадия за стадией, этаж за этажом развёртываются процессы макроформирования:

межнуклонное – образование ядер химических элементов;

межатомное – образование молекул;

межмолекулярное – кристаллизация, минералогенез, полимеризация, образование комплексных соединений, белков.

Остановимся на некоторых из них чуть подробнее.

Как происходит кристаллизация? Поначалу хаотично плавающие и сталкивающиеся молекулы начинают сцепляться, образуя надмолекулярное упорядочение кристаллической решетки. Кристаллам свойственно расти, самоорганизовываться – они выбирают из раствора свои «кирпичики» и пристраивают их на свои места.

Любопытна в этом плане судьба обсидиана.

Обсидиан – это аморфное вулканическое стекло, результат резкого (водяного) охлаждения лав: молекулы не успевают устанавливаться в адекватных им позициях кристаллической решётки и застывают как попало, запечатлевая хаос жидкости. Однако со временем обсидиан рябеет – появляются «снежинки» в чёрном теле стекла. Процесс кристаллизации нарастает, охватывая весь объём породы – чем глубже исследователь заглядывает в геологические времена, тем реже и реже находит он обсидиан. В породах возрастом в несколько миллионов лет обсидиан не встречается вовсе.

Не менее интересный пример консервативного структурирования дают силикаты, составляющие около 75% земной коры.

Пример макроформирований потоковых структур – цепочка прокариота → эукариота (как результат симбиотической «сборки» прокариот) → многоклеточный организм (в человеческом организме воедино увязаны 100 триллионов эукариотических клеток, разнообразно и тонко дифференцированных, «многоэтажно» упорядоченных – на тканевом, органном, организменном уровнях).

Заметим общую немаловажную закономерность названных процессов макроформирования – они сочетают:

макроупорядочение, что предполагает преодоление межмикроформного хаоса порядком некоторой макроформы, и

удержание микроупорядочения = сохранение структурных накоплений предыдущих стадий, агрегируемых микроформ.

Вот почему выше мы говорили об «этажировании»: всякий последующий этаж может состояться только при условии сохранения предыдущего.

Пока макроформирование происходит как удерживающее агрегирование (вообще же это имеет место не всегда) [6], общая структурность в таком процессе, по меньшей мере, не убывает, а в случае удерживающего и упорядочивающего – всегда возрастает. Хотя это достаточно очевидно, всё же попытаемся проанализировать эту закономерность и математически.

Общую сруктурность участвующего в макроформировании вещества обозначим через S'О. ∆S'О (в зависимости от того, как именно считать s') можно описать как сумму ∆S'1,...,n + ∑ ∆s'i.

Поскольку ∆s'i = 0, или в определённых случаях > 0 (так, атомы-доноры и атомы-акцепторы упрочивают свои структуры, когда образуют соединения, компенсирующие асимметричность их электронных оболочек, как в случае Na + Cl → NaCl), и ∆S'1,...,n > 0, постольку ∆S'О = ∆S'1,...,n + ∑ ∆s'i > 0.

Яркими примерами усложняющей перестройки могут служить ароморфоз, и техногенез (как в целом, так и его творческая составляющая в особенности).

Ароморфоз представляет собой магистральное направление эволюционирования организмов (заметим: слово слагается из двух греческих – airo = поднимаю и morphe). Ароморфоз означает усложнение организации и достигается дифференцированием и новообразованием в строении органов, что в свою очередь обеспечивает становление новых, более «высоких», или совершенствование имеющихся функциональных способностей. Происходящие в ходе ароморфоза структурные изменения имеют универсальный характер, они дают возможность расширить использование условий среды. Общая черта ароморфозов – они удерживаются в ходе дальнейшей эволюции и результируют новые, иерархически выстраивающиеся систематические группы – классы, типы, некоторые отряды.

Несколько конкретных примеров: ароморфоз – это всегда появление какого-нибудь нового структурного блока, напр., появление скелета как места прикрепления мышц; замена пластов гладкой мускулатуры на пучки поперечно-полосатой (у членистоногих); появление сердца у рыб, затем трёхкамерного – у кистепёрых; разделение артериального и венозного кровотока у птиц и млекопитающих.

Все эти структурные новшества имеют общий характер, они повышают интенсивность жизнедеятельности их обретающих организмов, что предполагает рост подвижности, переход от пассивного питания к активному, становление новых функций.

Ароморфоз, таким образом, соответствует вертикальному структурированию и биологически, и лингвистически.

Техногенез

Наряду с общепринятым определением человека как homo sapiens существует и ряд других определений, среди которых большего внимания, как нам представляется, заслуживает определение, данное Б.Франклином, – tool-making animal или, что то же самое, homo faber.

Зримо человек вычленяется из царства животных как техногенное существо, homo faber. там, где он появляется и пребывает, беспрестанно образуются новые формы, не встречающиеся, не виданные в природе. Артефакты наряду с письменностью служат вещественным доказательством абстрактного мышления, делают его документальным.

Определение faber, на наш взгляд, более соответствует человеку, поскольку sapiens – весьма нагруженное, ёмкое, ко многому обязывающее имя, нежели просто «абстрактно мыслящий». История и современность человечества содержит слишком много примеров абстрактного мышления и орудийной практики не совместимых с понятием разумный.

Faber – да, Sapiens – увы, часто совсем нет (или мы не есть один вид – если не биологически, то нравственно, психологически?).

Прослеживая различные ветки техногенеза, можно заметить, как сконструированные человеком поначалу простые структуры затем дифференцируются, дополняются, надстраиваются. В ряде случаев достигнутое накопление формы отбрасывается, с тем чтобы уступить место принципиально новому техническому решению. Последнее, однако, неизменно воплощает гораздо более сложный уровень организации. Далее опять наступает этап эволюционного усложнения.

Техногенез наглядно показывает, что интенсивное структурирование сопровождается уплотнением, утоньшением текстуры, заполнением пустот.

Давайте бегло проследим динамику s' в одной ветке техногенеза – развитии вычислительной техники.

Первая электронная цифровая ВМ ENIAC представляла собою громоздкое устройство из 18000 вакуумных ламп и прочих деталей. Вакуум есть вакуум, структурный ноль. Переход к полупроводникам – второе поколение ЭВМ – очевидно, означает резкое уплотнение антропогенной текстуры. Применение интегральных схем: малых (ИС) → средних (СИС) → больших (БИС) и сверхбольших (СБИС), сочетающих в едином модуле сотни, тысячи,... транзисторов, резисторов, диодов – последующий революционный сдвиг в этом же направлении. Шестое поколение, видимо, связано с фотоникой (основой процессов здесь служат потоки фотонов). В перспективе – создание молекулярных вычислителей (или биокомпьютеров). Молекулярные материалы позволяют записывать до 1010 бит на одном квадратном сантиметре.

В русле этой тенденции достигается, по всей видимости, максимальная плотность антропогенного структурирования.

Как отмечалось выше, внешняя функция может служить хорошим опосредующим показателем интересующего нас внутреннего качества формы, её s'. В истории вычислителей это особенно наглядно:

Почти в такой же степени возросла и ёмкость памяти [7].

Тип «структурирование горизонтальное», или «экстенсивное»

Данный тип процессов представляет собой неусложняющее новообразование. Строение форм меняется, разнообразится, однако изменения эти протекают в рамках одного уровня сложности: ∆s > 0 и ∆s' ≈ 0.

Такой характеристикой могут обладать только соответствующие процессы переупорядочения. Рассмотрим два примера.

Идиоадаптация – второе по важности направление эволюционирования организмов – представляет собой приспособление к специальным условиям среды, не изменяющее уровня организации.

Примеры идиоадаптаций – колючки растений; плоская форма ската, камбалы; многообразные структурные вариации пятипалой конечности млекопитающих, обеспечивающие плавательную, лазательную, роющую, хватательную и летательную функции. Так же как и диверсификация конечностей и клювов колибри, пеликана, попугая, цапли,..., при всём своём структурном разнообразии всё же сводится к частным, специальным структурным приспособлениям, не задевающим уровня организации целого.

Пример горизонтального структурирования из иной области – профессионализация как процесс, взятый в аспекте сопоставления развивающихся индивидуумов. Познание и удержание познанного, обретение и закрепление умений, навыков – процесс нейрофизиологический. Фиксация информации в мозгу происходит посредством нейроструктур второго порядка. Первичные, биологические нейросети в ходе гносеогенеза наращиваются вторичными, социогенными. Иными словами, индивидуум как некоторая упорядоченная форма усложняется.

Однако, если некий Иванов нарабатывает нейронные связи, обеспечивающие ему соответствующие навыки и умения в области, скажем, языкознания, а Петров в то же время претерпевает усложнение как будущий скрипач, при условии, что на выходе мы получаем хорошего, талантливого филолога и хорошего, талантливого скрипача, Иванов и Петров вряд ли будут сильно различаться по s', если будут различаться вообще.

Тип «структурирование мультипликативное»

Здесь имеется в виду всякий рост числа носителей исходного строения; сюда же, с оговоркой, можно отнести и увеличение размеров, вещественной представленности уже имеющихся форм. ∆s = 0, ∆s' = 0.

Примерами мультипликации могут служить:

рост кристалла по отношению к кристаллическому телу;

не осложнённые мутациями бесполое размножение, партеногенез, клонирование (о последнем иногда говорят как о биологическом ксероксе).

Половое размножение, в отличие от перечисленного, сочетает редупликацию генов и новые комбинации, поэтому если половое размножение рассматривать не в целом, а по частям, то в нём следует признать компоненты мультипликации и, по меньшей мере, экстенсивного структурирования;

Техногенез, если его анализировать по аспектам, тоже слагается из разных типов структурирования – вертикального, горизонтального, мультипликативного. Последний представлен различными видами нетворческой производственной деятельности – штамповка, изготовление деталей по чертежу, вообще шаблонное, серийное производство.

Здесь мы коснулись проблемы дифференциации разнохарактерных аспектов комплексных процессов. На данном этапе мы ограничимся лишь кратким замечанием: следует различать аспекты процесса «форма n → форма n + 1» и «материал → форма». В приводимых по мультипликации примерах рассмотрению, очевидно, подлежал аспект сопоставления новых форм с исходными.

Тип «деструктурирование»: ∆s > 0 и ∆s' < 0

Под данный тип подпадает весьма широкий спектр существенно различных процессов, которые следует внимательно проанализировать и различать; здесь нам предстоит произвести дальнейшую, в несколько ступеней, дифференциацию (под)типов.

К деструктурированию, с одной стороны, относятся любые процессы разупорядочения (распада, разрушения), с другой – процессы упрощающего переупорядочения. Начнём с разупорядочения.

(Под)тип «эндогенное деструктурирование»

Это процессы разрушения форм, которые происходят без активного силового внешнего вмешательства, под действием внутренних факторов – лаконичнее, но менее точно, это процессы самораспада.

Примерами могут служить 1) распад ядер радиоактивных элементов; 2) в известной мере износ машинной техники; 3) для диссипативных/потоковых структур – старение и естественная смерть организмов.

Пожалуй, можно заметить, что это всё энтропийно-детерминированные процессы, в этом смысле приписываемая им характеристика «само-» уместна.

(Под)тип «экзогенное деструктурирование»

Это процессы разупорядочения, вызванные внешними к форме причинами внеэнтропийной природы.

В зависимости от характера внешних факторов данный тип важно дифференцировать далее на:

деструктивную интерференцию исходно независимых процессов;

телеологическое деструктурирование.

Под деструктивной (или деструктурирующей) интерференцией мы понимаем случайное, немотивированное, не обусловленное целью наложение исходно независимых процессов. Часто это процессы весьма различной природы.

Разномасштабными примерами могут служить:

1. Биоценотическая катастрофа, вызванная падением тунгусского метеорита.

2. Образование нейтронного вещества на звёздах массой более 1,4 солнечной.

При массе ≥ 1,4 солнечных равновесие между силами гравитации и давления звёздного «газа» (состоящего главным образом из ядер гелия и электронов) нарушается в пользу гравитации, звезда сжимается, плотность вещества чрезвычайно возрастает, электроны «вдавливаются» в атомные ядра и соединяются с протонами – это означает разрушение наднуклонных структур (в данном случае атомных ядер). Так образуются нейтронные звёзды, целиком состоящие из нейтронов – в одном кубическом сантиметре такой звезды содержатся миллиарды тонн нейтронной материи.

(Под)тип «телеологическое деструктурирование»

Это неслучайное, мотивированное, целеобусловленное разрушение.

Очевидно, эта характеристика приложима лишь к процессам живой природы (и тем явственнее необходимость их выделить в отдельную группу, чем ближе мы подходим к виду homo sapiens.)

Какова их сущность?

Дабы ответить на этот вопрос нам, пожалуй, придётся поставить следующий – вопрос о векторном качестве самоорганизованных форм.

Под векторностью или векторным качеством формы мы понимаем деятельностную направленность формы в интересующем нас аспекте динамики структурности. В принципе такая направленность может быть:

структурирующая – как по характеру самой активности, так и по нацеленности;

непроявленная / индифферентная;

деструктурирующая (деструктивная – как частный случай).

О векторости в этих случаях естественно говорить – 1) положительная, 2) нулевая (или непроявленная) и 3) отрицательная (или обращённая).

Какова же она, векторность самоорганизованных форм?

Образование обозримой вселенной от начальной точки, неудачно именуемой Большим Взрывом, представляет собой, как уже было показано, цепочку процессов удерживающего макроформирования: нуклоны (если начинать отсчёт именно с них) → ядра, атомы → молекулы → кристаллы, полимеры → делимые макроформы неорганической природы (геологические макротела, планеты, звёзды, звёздные скопления, галактики). В той мере, в какой чрезмерная гравитация не препятствует образованию и существованию макроформ, структурность материи в этой последовательности возрастает или, по крайней мере, в случае делимых макроформ, не убывает. Этот чрезвычайно масштабный структурирующий процесс разворачивается естественно, самостийно, он имеет характер Закона, описывающего принцип поведения стационарных структур.

Существенно иной тип упорядочения – потоковые структуры (или диссипативные, как говорит  И.Пригожин). Динамическое упорядочение происходит в условиях открытых нелинейных сред, в дали от термодинамического равновесия. Оно предполагает не только и не столько статический каркас, сколько упорядочение потоков вещества и энергии. Такая структура «живет» и развивается только на потоке вещества и энергии, в условиях сбалансированного взаимодействии ввода и стоков энергии, обеспечивающих поток в среде. Все живые формы суть потоковые структуры, но не все потоковые формы суть живые. Диссипативные структуры неорганической природы – своего рода опосредующая ступенька между неживой и живой природой, по меньшей мере в познавательном отношении.

Здесь мы не будем слишком углубляться в описание потоковых структур неживого, отметим лишь, что они, как потоковые структуры вообще, негэнтропийны – способны «сбрасывать» свою энтропию вовне, и приведём несколько примеров диссипативной самоорганизации – это фазовые переходы в лазерной генерации, автоволновые процессы в реакциях Белоусова – Жаботинского,  ячейки Бенара, кристаллы горения.

Страницы: 1, 2, 3, 4