Розділ 4. СТРУКТУРНІ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ МАТЕРІЇ

У даний час основні положення нерівноважної термодинаміки про розвиток складних систем стали практично загальнонауковими. Спираючись на таке уявлення про розвиток складних систем, можна виділити два основні параметри, що характеризують процес розвитку. Це стійкість системи і міра її організованості.

Розвиток – це єдиний цілісний процес, що може розглядатися тільки стосовно системи, тому що цей процес є результатом кооперативної дії елементів системи. Якщо ми хочемо досліджувати процес розвитку окремого елемента, то повинні зобразити цей елемент у вигляді системи, провівши розбивання його на елементи і виділивши зовнішнє середовище.

Мірою організованості системи може служити ентропія, що розуміється в широкому смислі. Стан системи визначається розподілом її елементів, що мають дану ознаку, мірою їхньої впорядкованості. Ентропія системи може бути визначена д ля різних рівнів агрегування її елементів.

З викладених вище міркувань випливає, що для визначення стану і тенденцій розвитку системи необхідно знати, у якому стані знаходиться система (стійкому чи нестійкому) і як при цьому міняється ентропія системи. Еволюційний етап розвитку характеризується стійкістю системи і збільшенням ентропії. Зростання ентропії може бути викликано не тільки зростанням числа елементів, але й порушенням зв'язків, упорядкованості системи. У цьому випадку порушення зв'язків може призвести до того, що система перестане виконувати покладені на неї функції, вона буде нездатна до цього в силу своєї неорганізованості. Отже, зростання ентропії не завжди свідчить про те, що система підвищує свій запас стійкості. Поблизу точки біфуркації випадкові флуктуації можуть змінити траєкторію руху системи.

Залежно від зовнішніх і внутрішніх умов система або деградує, або переходить на новий якісний рівень розвитку. Період зародження і формування нової системи пов'язаний із втратою стійкості і виникненням дисипативної структури, що зберігається тільки завдяки обміну енергією, речовиною, інформацією із зовнішнім середовищем. Період зародження нової системи характеризується збільшенням дисипації. При дотриманні певних умов у системі можуть виникнути процеси впорядкування структури, в результаті чого ентропія буде зменшуватися і система перейде до нового стійкого стану. На цьому один цикл розвитку закінчується, починається наступний – еволюція нової системи.

Деградація системи розглядається в двох аспектах. У першому випадку різко зростає ентропія, система втрачає стійкість, але перехід до нового стійкого стану не відбувається. У даному випадку відсутні регулюючі механізми (внутрішні і зовнішні), виникає лавиноподібне зростання ентропії внаслідок зростання числа нових елементів-ознак і відсутності когерентної поведінки з їхнього боку. Система дезорганізується і не може виконувати свої функції.

У другому випадку ентропія зменшується за рахунок кількісних змін у системі. Система в силу своєї гіперстійкості втрачає здатність до адаптації і за наявності відповідних зовнішніх впливів може зруйнуватися, тобто стійкість окремих підсистем ще не визначає стійкість системи в цілому. Стійкість систем, що розвиваються, ми пов'язуємо зі структурною стійкістю і функціонуванням системи. У даному випадку система, яка не має здатності до адаптації, не може функціонувати в мінливих зовнішніх умовах (А. К. Айламазян).

Залежно від значень керуючого параметра система може знаходитися у великому числі стійких і нестійких режимів. Траєкторія розвитку системи характеризується чергуванням стійких ділянок, де домінують детерміністичні закони, і нестійких ділянок поблизу точок біфуркації, де перед системою відкривається можливість вибору одного з кількох варіантів майбутнього. І детерміністичний характер рівнянь, що описують поведінку системи і дозволяють обчислити заздалегідь набір можливих станів, визначити їхню відносну стійкість, і випадкові флуктуації, які "вибирають" один з кількох можливих станів поблизу точки біфуркації, найтіснішим чином взаємозалежні. Ця суміш необхідності й випадковості становить "історію" системи. Модель пов'язує конкретний етап розвитку системи зі знаком похідної ентропії і стійкістю системи. Модель показує, що система будь-якої складності за відповідних умов може проходити всі етапи розвитку.

Пропонована концептуальна модель розвитку базується на одній з основних категорій інформатики – ентропії як мірі порядку в системі. Таку концепцію розвитку систем назвемо інформаційною і висунемо гіпотезу про те, що вона застосовна до систем неживої і живої природи, до штучних, соціальних та інших систем.