Естествознание. Базовый уровень. 11 класс

Термиты способны строить огромные и сложные земляные сооружения – термитники (рис. 35). В строительстве принимает участие огромное количество насекомых, и движения их кажутся такими слаженными, что некоторые учёные говорили о существовании «коллективного разума» термитов. Однако при детальном исследовании было показано, что для проявления такого «коллективного разума» требуется очень мало информации. Вначале термиты совершенно беспорядочно разбрасывают комочки земли, но каждый комочек пропитан гормоном, привлекающим других термитов. Через некоторое время в результате случайной флуктуации в каком-то месте плотность комочков окажется большей, чем по соседству. Теперь к этому месту будет стремиться большее количество термитов, и флуктуация будет нарастать, так как концентрация гормона в этом месте будет продолжать увеличиваться. Так воздвигается одна из опор будущего термитника. Другие опоры возникнут в местах, определяемых радиусом распространения запаха гормона, т. е. примерно на одинаковых расстояниях друг от друга. Так происходит закладка основания термитника.

Организующую роль параметров порядка можно наблюдать и в человеческом обществе. В качестве таких параметров могут выступать язык, культура, законы, принятые нормы поведения и общественное мнение. Тут, как и в других случаях синергетики, выявляется интересная взаимная связь между управляющим параметром, который определяется целостностью системы и частями этой системы. По выражению Хакена,

«параметр порядка действует подобно кукольнику, который задаёт танец марионеток, но решающее различие между кукольником и параметром порядка заключается в том, что отдельные части, в свою очередь, сами генерируют параметр порядка своим коллективным поведением».

Рис. 35. Термитник

При изменении внешних условий, т. е. при каком-либо воздействии на систему, параметры порядка реагируют гораздо медленнее, чем части системы. Кроме того, часто, как, например, в человеческом обществе, параметры порядка существуют гораздо дольше, чем отдельные элементы системы. Очевидно, что продолжительность жизни человека значительно меньше, чем время существования государства, языка или культуры.

Определённые установившиеся параметры порядка могут в течение некоторого времени способствовать сохранению устойчивости управляемой системы. Но постепенно в результате изменения либо внешних условий, либо состояния и структуры элементов системы и характера их взаимодействий регулирующая роль управляющего параметра ослабевает, и система переходит в неустойчивое состояние. В этом случае система может или разрушиться, или изменить управляющие параметры, возможно даже отвергнуть некоторые из них.

Как и прежде, мы обратим внимание на тот факт, что такие закономерности присущи уже химическим реакциям. Если в сосуд, где протекает реакция, постепенно добавлять какое-то вещество, то до определённого времени эта реакция протекает по закономерной устойчивой траектории, т. е. количество продуктов реакции в каждый момент её протекания вполне предсказуемо. Но когда концентрация этих продуктов достигает определённого уровня, состояние химической системы становится неустойчивым, и она должна резко измениться. Такое состояние в синергетике называется точкой бифуркации.

В этой точке концентрация одного из входящих в смесь веществ должна либо резко возрасти, либо резко снизиться.

Рис. 36. Многообразие структур снежинок

Часто невозможно предугадать, какой именно из этих двух вариантов осуществится, потому что результат зависит от случайной флуктуации, которая произойдёт в момент «выбора».

В физике тоже можно найти состояния, которые можно определить как точки бифуркации. Одним из примеров такого состояния служит образование снежинок. При охлаждении водяного пара молекулы воды внезапно образуют кристаллические структуры. При этом все снежинки представляют собой шестигранники, но форма этих шестигранников может быть совершенно различной и зависит от случайных процессов, которые происходят в начале образования снежинки (рис. 36).

На этом мы пока закончим знакомство с основными принципами синергетики, но поскольку эта наука оказывается применимой в самых различных областях человеческого знания, мы в дальнейшем ещё будем к ней обращаться при изучении биологических проблем.

Проверьте свои знания

1. Опишите процесс построения термитника.

2. Что можно считать параметрами порядка в человеческом обществе?

3. Что такое точка бифуркации? Какой фактор определяет, как пойдёт дальнейшее развитие системы после прохождения точки бифуркации?

Задания

Придумайте самостоятельно пример самоорганизации и точки бифуркации в какой-либо физической, биологической или социальной системе. Обоснуйте свой выбор. Обсудите в классе этот и другие примеры, предложенные вашими одноклассниками.