Курс лекций Составил: к т. н., доцент Тихонов А. И. 2002г

Вид материала

Курс лекций

Содержание Вселенная как система 3.1. Понятие Вселенной Закон Хаббла: все далекие галактики удаляются от нас со скоростями, прямо пропорциональными расстояниям до них 3.2. Принцип единства Вселенной 3.3. Принцип оптимальности

Подобный материал:

• Курс лекций по дисциплине «Экономика малых предприятий» Составил: Курочкин, 1063.49kb.
• Курс лекций по предмету «Макроэкономика». Составил: ассистент кафедры, 1929.31kb.
• Курс лекций Барнаул 2001 удк 621. 385 Хмелев В. Н., Обложкина А. Д. Материаловедение, 1417.04kb.
• Книга организация управленческого труда (курс лекций), 2089.08kb.
• Матюшкин Александр Васильевич, кандидат филологических наук, доцент кафедры литературы., 123.47kb.
• Матюшкин Александр Васильевич, кандидат филологических наук, доцент кафедры литературы., 123.48kb.
• Курс лекций по автоматизированному электроприводу для итр проектный организаций с применением, 24.37kb.
• Курс лекций (28 часов) канд филос наук О. В. Аронсон Курс лекций «Математика и современная, 27.49kb.
• Курс лекций в электронной форме содержит все лекции предусмотренные программой дисциплины, 32.88kb.
• В. А. Деденко Л. Г. Караваев В. А. Курс лекций, 48.22kb.

Глава 3.

Вселенная как система

Цель: понимание взаимосвязанности всех процессов во Вселенной

 

Судя по всему, феномен жизни является не исключением, а одной из сторон мироздания, изначально ему присущей. Поэтому появление земной жизни невозможно правильно оценить, не зная эволюционного пути Вселенной в целом. Этого, в частности, требует системогенетический закон. Именно во взаимосвязанности всех явлений Вселенной лежат истоки целесообразности, царящей в живой природе. То есть истоки феномена жизни следует искать в структуре и особенностях развития Вселенной.

Познакомившись с современными взглядами на Вселенную, как на единую систему, мы выведем некоторые наиболее фундаментальные законы, лежащие в основе всего мироздания, из которых следует, в частности, что земная жизнь является неизбежным следствием глобального эволюционного процесса. Только зная эти законы, можно найти выход из современного экологического тупика.

 

3.1. Понятие Вселенной

 

В традиционном смысле под Вселенной понимают всю совокупность качественно различных форм материи. В более узком смысле под Вселенной понимают физическую реальность, доступную астрономическим наблюдениям (более правильно такую Вселенную называть метагалактикой). Однако уже со времен русских космистов (Федоров, Флоренский, Соловьев, Бердяев и др.) формировался более широкий подход к пониманию Вселенной, суть которого в признании того, что и человек, и все, что его окружает - это частицы единого организма, где все взаимосвязано. Особенно ценной была идея, что мысль, сознание есть такая же принадлежность природы, как и звезды, микробы, камни и пр. В среде естествоиспытателей к этим идеям были близки Циолковский, Менделеев, Сеченов и др. Поэтому под Вселенной мы будем понимать всю совокупность объективной и субъективной реальности как материального, так и идеального плана.

Формирование современных представлений о структуре и истории Вселенной (космология) во многом обязано успехам астрономии.

Масштабы физической Вселенной грандиозны. Об этом, в частности, свидетельствует ряд цифр. Так, например, наша галактика “Млечный путь” содержит приблизительно 100 миллиардов звезд, среди которых наше Солнце является вполне заурядной звездой. Галактика имеет диаметр порядка 90000 световых лет. Галактики отделены друг от друга гигантскими межгалактическими пространствами. Так ближайшая к нам галактика "Туманность Андромеды", которая примерно в два раза больше нашей, удалена от нас на 2 миллиона световых лет. Существуют и скопления галактик, содержащие от десятков до тысяч членов. В структуре физической Вселенной различают также и сверхскопления галактик, которые представляют собой уплощенные образования размером до 150 миллионов световых лет. Вся наблюдаемая часть физической Вселенной называется метагалактикой. Она имеет радиус порядка 10 млрд св.лет.

В 20-х годах было обнаружено, что световые спектры всех галактик по структуре практически не отличаются от спектров светил нашей галактики, но почему-то практически все они смещены в “красную” сторону, и чем дальше от нас галактика, тем сильнее “красное смещение” спектра. Было выдвинуто множество объяснений этого факта, однако все они не выдержали критики за исключением одного из них, основанного на эффекте Доплера: если источник волн удаляется от наблюдателя, то наблюдатель фиксирует увеличение длины волны (например, смещение светового спектра в красную сторону), если же источник волн приближается к наблюдателю, то фиксируется укорочение волн (например, смещение спектра в синюю сторону). То есть “красное смещение” спектров далеких галактик свидетельствует о том, что все далекие галактики удаляются от нас. Позже Э.Хаббл сформулировал закон, который теперь носит его имя.

Закон Хаббла: все далекие галактики удаляются от нас со скоростями, прямо пропорциональными расстояниям до них. Скорость удаления оценивается постоянной Хаббла Н = 15 км/с на каждый млн св.лет расстояния между галактиками. Значит, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас удаляется. То есть, либо мы находимся в центре Вселенной, и все почему-то от нас “убегают”, либо следует искать какой-то другой ответ, который может в корне расходиться с привычными обыденными представлениями, как это случилось, например, во времена Коперника.

Существует множество моделей, пытающихся как-то избежать кризиса рассудка. Однако наиболее логичная модель несет в себе парадокс, не поддающийся рассудочному осмыслению. Согласно данной модели Вселенная представляет собой расширяющуюся четырехмерную сферу.

Рис.6

Понять это нашим трехмерным умом невозможно. Однако мы в состоянии провести аналогию, которая несколько сглаживает кризис непонимания. Представьте себе раздувающийся воздушный шар, на котором нанесены точки (галактики) (рис.6). По мере раздувания шара все точки на его поверхности будут удаляться друг от друга, и из каждой точки будет казаться, что остальные точки удаляются от нее. Причем чем дальше две точки друг от друга, тем быстрее их взаимное разбегание в полном соответствии с законом Хаббла. Например, отрезок АС на рис.6 по мере раздувания шара будет расти быстрее, чем отрезок АВ. Всех быстрее будут удаляться друг от друга диаметрально противоположные точки, например А и D. На рисунке у нашего шара есть особая точка D, из которой надувается шар. Во Вселенной, конечно же, такого нет, все точки абсолютно равноправны. Каждая точка на этой модели существует в двухмерном мире, то есть на поверхности трехмерной сферы, но каждая область нашего реального мира трехмерна. Если замкнуть наш трехмерный мир в четвертом измерении, мы получим четырехмерную сферу, трехмерная поверхность которой является нашей физической Вселенной в данный момент времени.

Зная расстояние и скорость удаления какой-либо галактики от нас, можно рассчитать, когда это расстояние было равно нулю. Это дает значение возраста Вселенной. Так если расстояние между двумя галактиками в настоящее время L = 10⁶ световых лет, то согласно закону Хаббла она удаляется от нас со скоростью V = 15 км/с = 473.106 км/год = 5.10 ^-5 св.лет/год. Если принять, что на протяжении всего времени существования Вселенной это движение было равномерным, то началось оно порядка 20 миллиардов лет назад (T = L/V = 10⁶/5.10 ^-5 = 2.10¹⁰ лет). Такое же число можно получить и для любой другой галактики. То есть около 20 миллиардов лет назад все галактики находились в одной точке (сингулярности).

Что представляла собой данная сингулярность мы можем только догадываться. По некоторым соображениям сингулярность - это абсолютное ничто, полная пустота. Так по словам известного астрофизика Дж.Силка, "очень ранняя Вселенная, возможно, была пуста".

Рис.7

Однако абсолютная пустота не имеет ничего общего с обыденным пониманием пустоты. Физической аналогией абсолютного ничто может служить вакуум, который на субквантовом уровне флуктуирует короткоживущими виртуальными (воображаемыми) частицами, которые рождаются из ничего в паре со своими античастицами, а затем бесследно гибнут во взаимной полной аннигиляции. Эта модель вакуума получила образное название «Море Дирака». Некоторые опыты полностью подтверждают справедливость данной модели. Так уже классическим является опыт с вакуумным конденсатором (рис.7), между обкладками которого при определенной величине напряженности электростатического поля начинают рождаться “из ничего” электрон-позитронные пары. Это те самые виртуальные частицы, которые “растаскиваются” мощным сторонним полем конденсатора, после чего каждая частица начинает самостоятельное реальное существование.

Вообще согласно современным представлениям мир построен из ничего, наделенного структурой, которую мы воспринимаем в форме пространственно-временных отношений (П.Девис). Таким образом, можно сказать, что современная наука в рождении Вселенной из пустоты не видит ничего антинаучного.

Рис.8

Переход Вселенной из "ничего" в физическую реальность произошел самопроизвольно в результате так называемого "Большого взрыва", причины которого неизвестны. Мы можем только догадываться о тех процессах, которые происходили в первые мгновения рождения Вселенной. Тем более не понятно нам, что было до Большого взрыва. Похоже на то, что само время родилось в момент Большого взрыва, поэтому времени “до взрыва” просто не было.

Аналогичная картина возникает и с понятием пространства: до Большого взрыва пространства не было, оно родилось вместе с самой Вселенной. Кроме того, вероятно, есть смысл говорить и о пределах Вселенной, за которыми физическая реальность не существует. Если мы проведем вокруг себя сферу, радиусом приблизительно 20 млрд св.лет (рис.8), то очертим тем самым горизонт Вселенной. Если за горизонтом Вселенной находится хотя бы одна галактика, то согласно закону Хаббла она должна удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света, а это запрещено теорией относительности. То есть за горизонтом Вселенной, по-видимому, физической реальности не существует. Это также один из парадоксов, не укладывающийся в рамки обыденного трехмерного мышления. Но если применить для понимания данного феномена описанную выше сферическую модель Вселенной, то можно выйти за рамки и этого парадокса. Если принять, что диаметр расширяющейся четырехмерной сферы Вселенной (отрезок AD) увеличивается со скоростью света, то горизонт Вселенной вырождается в одну точку D, диаметрально противоположную точке наблюдателя А. Эта точка (в нашем случае точка D) удаляется от наблюдателя со скоростью света и видна по всем направлениям поля зрения наблюдателя. То есть данная точка как бы “размазывается” по всему горизонту Вселенной. Поэтому попытки выйти за пределы горизонта Вселенной равносильны попыткам войти внутрь математической точки, не имеющей пространственных размеров.

Вообще все эти парадоксы снимаются, если применить для понимания информационную модель Вселенной. Но это уже предмет отдельного курса.

 

3.2. Принцип единства Вселенной

 

Здравый смысл говорит нам, что из ничего невозможно создать ничего. Однако законы природы не всегда опираются на здравый смысл человека. Открывая законы природы, человек сначала очень удивляется, так как встречается с тем, чего не ожидал, что противоречит его убеждениям. Затем он привыкает к этому и принимает как само собой разумеющееся (очень ярко это наблюдалось в связи с квантовой теорией - по мере того, как в физику приходили молодые незакомплексованные умы, которые принимали квантовые парадоксы, как само собой разумеющееся, разрешался и кризис неприятия новых взглядов на мир). То есть границы здравого смысла человека достаточно динамичны. Так произошло, например, с законом сохранения энергии. Сейчас он ни у кого не вызывает сомнения. Но были и другие времена. Более того, до сих пор масса добровольных изобретателей вечного двигателя не может смириться с этим законом. Но природу не обманешь, существует ряд принципиальных ограничений, через которые перешагивать невозможно.

Согласно современным представлениям принципы сохранения лежат в самом фундаменте мироздания. Как же могла Вселенная нарушить эти принципы, возникнув из ничего? Оказывается, парадокс существует только по отношению к здравому смыслу человека, но не по отношению к принципам сохранения. Действительно, было исходное состояние, когда ничего не было. И до сих пор суммарный эффект всех явлений Вселенной равен нулю. В целом Вселенная до сих пор является абсолютным «ничто».

Имеется масса подтверждений этому. Так ни у кого не вызывает серьезных сомнений тот факт, что суммарный электрический заряд Вселенной равен нулю. То есть, не смотря на грандиозность размеров Вселенной, мы убеждены, что количество отрицательных зарядов в точности равно количеству положительных. Мы уже знаем, что электрические заряды всегда рождаются в паре, так что суммарный заряд рожденной пары равен нулю. Это потом новорожденные заряды разлетаются по пространству, участвуя в совершено разных явлениях. По отношению ко всей Вселенной с рождением пары зарядов вряд ли что-то меняется. И если уж возникают какие-то изменения, то они в точности компенсируются изменениями другого знака, так что в итоге состояние Вселенной остается прежним.

Суммарная энергия Вселенной похоже также равна нулю. Например, отрицательная энергия притяжения (сближения) может полностью уравновешиваться положительной энергией отталкивания (разбегания). Именно здесь, вероятно, следует искать природу некоторых сил. Например, силы гравитации, проявляющиеся в локальном притяжении массивных тел друг к другу, по-видимому, совершенно точно уравновешиваются фактом разбегания галактик в процессе расширения Вселенной. Другими словами, если расширение Вселенной когда-нибудь прекратится или сменится сжатием, как это следует из моделей Фридмана, в случае, если средняя плотность вещества во Вселенной больше или равна критической, то гравитационное притяжение исчезнет или же сменится гравитационным отталкиванием. Но вероятнее всего этого не произойдет. Расширение Вселенной будет происходить либо вечно, либо до тех пор, пока расстояния между отдельными объектами не станут настолько громадными, что они перестанут взаимодействовать друг с другом, после чего Вселенная, вероятно, просто исчезнет (это объясняется принципом Маха, см. ниже), растворится, превратится в то самое ничто, из которого она возникла. После этого, возможно, начнется новый цикл созидания Вселенной из этого ничто. Правда, все это пока еще только гипотезы.

Массивность (инерционность) физических тел также не является принадлежностью этих тел, а обусловлена фактом притяжения этих тел со стороны всей Вселенной. Это утверждение называется принципом Маха, который хотя и не доказан, но многие авторитетные ученые склоняются в пользу его справедливости. Попытка изменить положение тела по отношению к Вселенной вызывает с ее стороны ответную реакцию в форме силы инерции, препятствующей данному изменению. Принцип Маха можно распространить не только на массивность тел, но и на другие их параметры. То есть любое проявление, которое мы наблюдаем в данном физическом теле, обусловлено фактом принадлежности этого тела Вселенной и взаимодействием с ней. Значит, если физическое тело каким-то фантастическим образом вынести за пределы Вселенной, то оно просто перестанет существовать, так как исчезнут все его свойства (массивность, протяженность, внутренние взаимодействия и т.п.).

Можно бесконечно приводить примеры полной взаимоуравновешенности явлений и процессов во Вселенной. Все они приводят к утверждению, которое можно сформулировать в виде гипотезы: все явления и процессы во Вселенной взаимоуравновешены так, что по любому проявлению в целом Вселенная равна нулю так же, как и до ее возникновения (принцип абсолютного нуля).

Это объясняет принцип дополнительности, который в более широкой формулировке звучит следующим образом: любое явление может рождаться и существовать в физической реальности только в паре со своей противоположностью (отрицанием). Благодаря наличию во Вселенной феноменов пространства и времени, несмотря на взаимоуравновешенность всех явлений, противоположности могут быть разделены  либо в пространстве, либо во времени, что препятствует их полной аннигиляции и приводит к существованию локальных неоднородностей и в конечном итоге всего актуального мира (реальности, мира яви).

Неоднородности могут быть реализованы либо в статике, либо в динамике. Пример статического равновесия: равенство положительного и отрицательного заряда Вселенной. Локальные статические неоднородности возможны благодаря наличию во Вселенной феномена пространства. Пример динамического равновесия: равенство напряжения и противо-ЭДС при замыкании рубильника в цепи с индуктивностью: U + E = U - Ld²q/dt² = 0, где L - индуктивность, q - электрический заряд. Существование подобных явлений возможно благодаря наличию во Вселенной феномена времени.

Подтверждением сказанному может служит также один из наиболее фундаментальных законов, известный как принцип Ле Шателье - Брауна: на любое изменение Вселенная откликается возникновением процессов, тормозящих данное изменение. То есть любое изменение порождает динамическую составляющую (пропорциональную второй производной по времени от данного изменения), которая уравновешивает собой сам факт изменения, вызывая процессы, направленные сдерживание данного изменения. В случае с индуктивностью, при замыкании цепи возникает движение (изменение) электрического заряда q, что порождает силу инерции Е, которая тормозит движение заряда.

Частным случаем этого принципа является общеизвестный в физике принцип Ленца: любое изменение магнитного поля вызывает в проводящей среде вихревые токи (токи Фуко), которые своим магнитным полем препятствуют причине, их вызывающей. Вообще, любое проявление инерционности в природе (в том числе и массивности физических тел) есть следствие принципа Ле Шателье-Брауна. В электромагнитных явлениях мы достаточно хорошо представляем себе механику действия этого принципа, в других случаях механизмы нам неизвестны, но тем не менее этот принцип работает всегда.

Все сказанное дает возможность сформулировать еще один наиболее фундаментальный закон, который лежит, по-видимому, в основе действия принципа Ле Шателье-Брауна и носит название принципа единства Вселенной: во Вселенной все взаимосвязано, любое явление влияет на весь мир и само испытывает влияние от всех явлений Вселенной.

Все объекты Вселенной в определенном аспекте не имеют свойства конечности и одновременно заполняют собой всю Вселенную, то есть взаимопогружены друг в друга. Подтверждением этому является квантово-механическая модель элементарных частиц, заполняющих собой всю Вселенную в виде “облаков вероятностей”. Поэтому любое изменение, происшедшее в одном конце Вселенной, отражается на всех других явлениях, как бы далеко они не отстояли от данного события в пространственно-временном континууме Вселенной.

В этом и состоит основа холизма Вселенной, то есть ее целостность. Это приводит к тому, что некоторые проявления Вселенной невозможно разложить на составляющие. Их можно объяснить только как результат воздействия на конкретные явления всей Вселенной как единого целого. Если этому воздействию подвергается человек, то есть мыслящее существо, то у него может возникнуть ощущение общения с высшей сущностью - Богом. Это ощущение усиливается, когда человек убеждается, что целостный фактор Вселенной обладает качеством, аналогичным человеческому разуму. Это происходит благодаря господству во Вселенной принципа оптимальности, который является прямым следствием принципа единства Вселенной и принципа дополнительности. Именно эволюция форм проявления принципа оптимальности породила в конечном итоге человеческий разум. Вселенной же в целом он присущ изначально.

 

3.3. Принцип оптимальности

 

В самом фундаменте мироздания лежит принцип оптимальности: во Вселенной реализуются лишь оптимальные состояния и процессы (в обыденной формулировке: что ни делается - все к лучшему).

Под оптимальным мы будем понимать такое состояние системы в целом, которое практически не изменяется или изменяется минимально возможным образом при различных вариациях внутренней структуры (такое состояние еще называется равновесным).

Наиболее показателен в этом смысле принцип наименьшего действия, который среди вариационных принципов исторически был открыт первым: из всех возможных сценариев какого-либо процесса реализуется лишь тот, которому соответствует наименьшее действие. Под действием понимается интеграл от полной энергии системы по времени W = (К - П)dt, где К - кинетическая, а П - потенциальная энергия системы в текущий момент времени t.

Рис.9

Например, траекторию, по которой движется тело в поле притяжения Земли, можно изобразить кривой в четырехмерном пространственно-временном континууме (рис.9). На рисунке траектория изображена в трех координатах: х - направление движения тела вдоль поверхности земли, h - высота тела над поверхностью земли, t - время. Точки А и В соответствуют положениям и моментам времени, соответствующим началу и окончанию движения тела. Среди возможных путей, соединяющих точки А и В, один из путей f₀(x,h,t) соответствует наименьшему значению действия W. Проекция этой траектории на пространственные координаты xh даст всем известную траекторию f_xh(t), имеющую форму параболы. Любое незначительное изменение (вариация) данной траектории f₁(x,h,t) практически не повлияет на величину действия, что говорит об экстремальности (о наименьшем значении) этой величины (вспомните поиск экстремума в математическом анализе!). Любая другая траектория fi(x,h,t) при попытке ее вариации даст значительные изменения величины действия, что говорит об энергетической неоптимальности этих траекторий. Оказывается, что траектория, соединяющая в четырехмерном континууме две наперед заданные точки А и В, найденная из условия обеспечения наименьшего действия (оптимальности), всегда соответствует природной действительности. Поэтому задача поиска траектории может быть решена, как задача оптимизации. На подобных положениях основан ряд методов решения некоторых практических задач, в частности расчет поля.

Это напоминает решение задачи математического анализа по нахождению экстремума (оптимума) функции f(x). Здесь экстремум ищется из условия, что в точке экстремума малым приращениям аргумента dx соответствует нулевое приращение значения функции df = 0. В вариационном исчислении искомым является не значение аргумента х, а форма функции f(х), которая минимизирует некоторую интегральную функцию Ф = F(f(x)), которая в данном случае называется функционалом (в предыдущем примере Ф = W).

Согласно теореме Нетер, при условии симметрии пространства-времени каждому закону сохранения можно дать вариационную формулировку, то есть поставить в соответствие некоторый функционал Ф. Например, Ф = f(x)dt - для задач механики, Ф = f(x,y,z)dV - для полевых задач и т.п. Так, например, принцип наименьшего действия тесно связан с законом сохранения энергии при условии симметрии времени (два эксперимента, проведенных в разное время, но при одинаковых условиях, дадут одинаковые результаты).

Исходя из принципа единства Вселенной и принципа дополнительности, все процессы во Вселенной взаимоуравновешены, то есть в целом Вселенная сохраняет свое исходное состояние “абсолютного ничто”. Следовательно, можно предположить, что в соответствии с теоремой Нетер, Вселенная в целом подчиняется какому-то глобальному вариационному принципу, частные проявления которого выливаются в различные локальные вариационные принципы, типа принципа наименьшего действия, принципа минимума диссипации энергии и т.п. Именно этот глобальный принцип можно назвать принципом оптимальности.

В предыдущем примере мы из опыта знаем форму траектории движения тела. В более сложных случаях (например, движение в неоднородной среде) простого решения для траектории получить не удается. Ее могут исказить любые локальные неоднородности среды. Однако после того, как траектория будет пройдена данным телом, то есть после того, как сама природа решит данную задачу, поверочный расчет функционала по данной траектории обязательно покажет, что функционал имеет минимальное значение из всех возможных. Функционал можно рассчитать только после того, как будет известна сама функция, то есть после того, как траектория будет пройдена. Но уже перед началом движения мы знаем, что этот функционал будет минимальным. Но ведь движущееся тело не знает о том, какие неоднородности встретит оно на своем пути!

Получается, что тело чуть ли не сознательно выбирает траекторию своего движения, чтобы минимизировать функционал. Когда были открыты вариационные принципы, дискуссия о “разумности природы” длилась в ученом мире очень долгое время. На самом деле это есть лишь следствие определенных природных механизмов, известных нам как законы природы. Но из всех принципиально возможных механизмов процессов реализуются почему-то именно те, которые дают наиболее оптимальные сценарии развития процессов. Это, с одной стороны, позволяет получать оптимальные сценарии развития, следуя в каждом своем шаге законам природы. С другой стороны, даже не зная конкретных механизмов и законов системной динамики, но зная интегральные характеристики системы, мы можем на основе принципа оптимальности прогнозировать (рассчитывать) ее будущее.

Создается впечатление, что природа сначала рассчитывает будущее, планирует его, а уже затем реализует наиболее оптимальный сценарий. Или же когда-то давно была уже проведена подобная работа, позволившая сформулировать такие законы системной динамики, которые в случае их выполнения всегда дают оптимальные результаты.

Таким образом, феномен целесообразности (телеологичности) изначально присущ природе. В его основе лежит принцип оптимальности, причина которого в единстве Вселенной и взаимодополнительности всех протекающих в ней процессов. Раздражимость, инстинкт, психика, разум - все это лишь некоторые наиболее привычные нам проявления феномена целесообразности. Можно показать, что все они являются конкретными механизмами, найденными природой для реализации принципа оптимальности. Так человек, использует свой разум для оценки последствий своих шагов в целях нахождения наиболее оптимального варианта поведения. Психика животных также служит этой цели, но “степень проникновения в будущее” у психики гораздо меньше, чем у разума. То, что мы понимаем под конкретными законами природы, выполняет аналогичные функции, но еще с более незначительной “степенью проникновения в будущее”. Так из квантовой теории известно, что даже в процессе взаимодействия двух элементарных частиц присутствует парадоксальная фаза, когда частицы каким-то образом получают информацию (прогноз) о ближайшем будущем.

В основу принципа оптимальности могут быть положены два взаимодополнительных постулата:

1) любая система стремится занять состояние, в котором любое изменение внутри системы практически не влияет (влияет минимально возможным образом) на состояние системы в целом;

2) из всех возможных состояний в каждый момент времени реализуется то состояние, с которым связано наименьшее количество изменений.

Первый постулат лежит в основе динамики Вселенной, заставляя ее эволюционировать от неравновесных состояний ко все более равновесным. Второй постулат запрещает скачкообразные переходы в равновесные состояния, заставляя всегда выстраивать четкие причинно-следственные цепи событий. Можно видеть, что второй постулат возникает вследствие действия принципа Ле Шателье - Брауна (природа пытается затормозить любые изменения) при попытках системы перейти в равновесное состояние, то есть он взаимодополнителен к первому постулату.

Резонно возникает вопрос: если в любой момент времени природа реализует только оптимальные состояния и процессы, почему же в мире так много абсурда, ошибок, далеких от понятия оптимальности? Или может быть человек, приведший планету к экологической катастрофе, является исключением, для которого закон оптимальности не писан? Но ведь не только человек совершает абсурдные поступки. Разве есть какая-то оптимальность в поведении ночной бабочки, летящей на огонь, или стаи саранчи, уничтожающей всю растительность в округе и затем гибнущей от голода, или мухи, бьющейся о стекло? Оказывается есть. Так, например, муха, бьющаяся о стекло, задействует один из самых эффективных алгоритмов поиска оптимального решения: метод случайного поиска. Муха не имеет того аналитического аппарата, который есть у человека. Это мы понимаем, что нужно чуть отклониться в сторону и вылететь в открытую форточку. Мухе же не известно, есть ли вообще выход из той ситуации, в которую она попала. Но случайный поиск гарантирует, что решение рано или поздно будет найдено, если оно, в принципе, возможно. Более того, случайный поиск позволяет иногда находить выход даже из, казалось бы, тупиковых ситуаций (так муха может найти свое решение задачи, а не то, которое для нее приготовили мы, например, она может отыскать и вылететь в щель, о которой мы даже не подозревали). Причем если функция (ситуация) сама имеет случайный характер (или ее характер неизвестен), то данный метод дает наименьшее среднестатистическое время поиска ее экстремума.

Природа очень часто задействует подобные алгоритмы оптимизации. Так, например, очень показательна в этом смысле тактика поиска мест взятка (нектара и пыльцы), осуществляемая пчелиной семьей. Если одна из пчел найдет богатую цветочную поляну, то при возвращении в улей она совершает свой знаменитый “танец на сотах”, который “рассказывает” другим пчелам, куда нужно лететь, сколько энергии для этого потребуется, какие именно цветы растут на поляне и т.п. После этого множество пчел вылетает по месту назначения. При этом они демонстрируют хорошее понимание переданной им информации. Но почему-то не все пчелы, наблюдавшие танец, достаточно пунктуальны. Некоторые из них сбиваются с пути или даже изначально летят в неправильном направлении, иногда в совершенно противоположном. Это уменьшает количество принесенного в улей взятка. Но, оказывается, подобные ошибки изначально запрограммированы и несут в себе большую пользу. В принципе, природа могла бы наградить пчел абсолютной роботоподобной безошибочностью в понимании друг друга. Но она дала пчелам “право на ошибку”. Даже процент пчел, сбившихся с пути, определен достаточно строго (около 5%). Именно “ошибочные” вылеты приносят как правило в улей информацию о других богатых источниках взятка, на которые эти пчелы иногда случайно натыкаются.

Без определенной доли ошибки, абсурда, случайности природа не смогла бы развивать и усложнять свои формы. Поэтому, наверное, А.С.Пушкин назвал случай “богом-изобретателем”. Именно здесь реализуется та самая свобода выбора, без которой немыслима гармония в системе (см. выше). Системы, структура которых лишена неопределенности, случайности, ошибки, нежизнеспособны, так как они далеки от гармонии - наиболее объективного оптимального состояния. Они неспособны развиваться, а потому для Вселенной они бесполезны. Поэтому они довольно быстро разрушаются (накапливают ошибку). Механизмы этого разнообразны. Например, такая система может регулярно вступать в конфликты с другими системами (войны), в результате рано или поздно погибнет. Правда, чаще всего такая система, утратившая подобие с метасистемой, частью которой она является (предполагается, что метасистема гармонична), самопроизвольно теряет устойчивость (устойчивы только гармоничные системы). Мы такое состояние называем болезнью, иногда с летальным исходом. Как мы уже говорили, гармоничное соотношение между строгой предопределенностью и свободой выбора в структуре системы определяется “золотой пропорцией”.

Таким образом, в абсурде всегда есть доля здравого смысла. Без абсурда невозможно достичь оптимального состояния. Здесь, вероятно, каждому человеку придется многое пересмотреть в своем мировоззрении, в своем отношении к своим и особенно к чужим ошибкам. “Не судите, да не судимы будете” - учил нас Христос [Мф. 7:1]. Может быть, мы наконец-то осознаем мудрость этих слов?