Самоорганизация и энтропия в природе и экономике

Базовые определения

Прежде чем рассматривать глобальные проблемы материального мира необходимо определиться, что же это такое – энтропия?

Термин и понятие "энтропия" (от греч. en, trope – поворот, превращение) впервые ввел выдающийся немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории теплоты, Рудольф Клаузиус в 1865 году. Научная задача, породившая данное понятие, состояла в установлении соответствия между количеством теплоты, подводимой к объекту (системе) и изменением его температуры. Опытным путем было обнаружено дополнительное свойство, состоящее в зависимости передачи тепла от степени "внутренней упорядоченности" системы, что и стало причиной появления в науке нового понятия – энтропии. По определению, энтропия представляет собой меру обесценивания энергии, ее потери, рассеивание в окружающее пространство и т.д. Таким образом, термин и его содержание, имеющий чисто физический характер, в силу своей универсальности породил новую общенаучную парадигму.

Возможно, это событие так и осталось бы незамеченным для широкой публики, но увеличение энтропии, по мнению приверженцев данной парадигмы, должно было привести к тому, что все температуры в мире когда-нибудь обязательно сравняются, тепловая энергия перестанет превращаться в механическую, весь мир замрет и наступит "тепловая смерть" [1, с.143].

Такие выводы и претензии на фундаментальность и всеобъемлющую сущность энтропии привели к широчайшему ее применению в научных исследованиях. Для примера рассмотрим некоторые из них.

Энтропия в теории информации: величина, характеризующая степень неопределенности системы; в теории систем: величина, обратная уровню организации системы [2, с.30.]. Статистическая физика рассматривает энтропию как меру вероятности пребывания системы в данном состоянии – принцип Больцмана [3, с.139.]. Энтропия как мера неопределенности состояния любой вполне упорядоченной физической системы, или поведения любой системы, включая живые и неживые объекты и их функции [4]. Термодинамическая энтропия микрочастиц или молекулярного (микроскопического) множества используется для описания тепловых процессов в физике [5, с.25.]. Если термодинамическая энтропия есть мера неупорядоченности (или беспорядка) микрочастиц, то энтропия в широком смысле – мера неупорядоченности (или беспорядка) любого объекта по любым признакам. Величина энтропии измеряет степень гомогенности структуры объекта [6]. В медицине понятие энтропии также нашло свое применение при описании жизнеспособности человеческого организма [7].

Понятие "энтропия" связано с превращением, а лучше сказать, с изменением чего-либо, отражает неопределенность поведения любой не вполне упорядоченной системы вплоть до макроскопических множеств. Нобелевский лауреат Илья Пригожин, основоположник теории неравновесных необратимых процессов в природе и обществе, разработал новую теорию диссипативных (рассеиваемых, переходящих в другое состояние) структур, и тем самым впервые доказал, что неравновесность является источником организации (или самоорганизации) и энтропии (меры беспорядка) в природе и обществе. Обосновывая свою теорию, И.Пригожин доказал теорему о неравновесных процессах, в соответствии с которой установившемуся состоянию соответствует минимум энтропии. Он показал, что при внешних условиях, препятствующих равновесному состоянию, энтропия увеличивается, а если препятствия отсутствуют – энтропия достигает абсолютного минимума (нуля) [8].

Парадигма энтропии не обошла своим влиянием и экономику. Оказалось чрезвычайно удобным объяснять научно непредвиденные аномалии социально-экономического развития влиянием энтропии. То есть задуманное не получилось потому, что система оказалась "неупорядоченной", недостаточно информативной, распыленной, чрезмерно демократичной и т.д., в общем – плохая энтропия. Понятие энтропии в экономике сформулировано весьма расплывчато, не имеет четкого определения, например: "Энтропия в экономике – это количественный показатель беспорядка, мера излишней работы при достижении поставленной цели, доля неполезных побочных процессов или явлений, сопровождающих какую-либо деятельность" [9]. Энтропийный закон в замкнутой экономической системе характеризует меру хозяйственного порядка-беспорядка за временной цикл взаимодействия через реализуемые стабильные и дестабилизированные режимы экономического обмена [10, с.77.].

Таким образом, энтропия в экономике стала наиболее абстрактным выражением многочисленных процессных аномалий и поэтому постоянно увеличивает число своих приверженцев и количество научных исследований.

Научно-исследовательская программа "Энтропия"

Произведем фальсификационный анализ энтропийной теории по известной методологии К.Поппера–И.Лакатоса [11]. Представим научно-исследовательскую программу (НИП) "Энтропия" в форме твердого ядра – собственно парадигмы энтропии, и защитного пояса – понятий энтропии, используемых в различных сферах науки. Схематично НИП "Энтропия" представлена на рис.1.

Рис.1. НИП "Энтропия".

Твердое ядро НИП в общем случае, по существующим теоретическим представлениям, определяет потери в объекте, которые фокусируются в понятии энтропии – мере неупорядоченности системы. В качестве защитного пояса, где проявляются признаки твердого ядра НИП, предлагаются различные объекты из сферы знаний и системы, а также вселенная, ноосфера, научные дисциплины, что вызывает определенные несоответствия.

Вообще следует принять за аксиому, что потери возможны только в движущейся материи (объектах). Объект в состоянии покоя (если таковое существует) потерями, а значит, энтропией не обладает и не может обладать. Что же является признаком движения? Ответ оказывается парадоксально простым – процесс. Именно процесс, его стадийность, течение определяет движение объекта из одного состояния – входа (начало процесса), в другое состояние – выход (конец процесса). При этом сам процесс, как правило, имеет несколько альтернативных направлений, которые исследователь классифицирует как полезную функцию и потери.

Вот тут и начинается разночтение энтропии как разновидности потерь, которые приписываются объекту. Как уже указывалось выше, это обесценение энергии в термодинамике, физике, химии, неопределенность в информатике, неоднозначность результатов решений в экономике и управлении, неопределенность жизнеспособности субъекта в биологии и медицине, неопределенность результатов развития ноосферы, вселенной, прочих материальных объектов и т.д.

Фальсификация НИП "Энтропия"

Фальсификация НИП «Энтропия» в современном ее толковании возможна по следующим признакам:

1) Нечеткое определение объекта исследования привело к разночтениям самого понятия энтропии. Сейчас энтропия трактуется чрезмерно широко, применяется практически без исключения ко всем объектам материального мира, как к статическим, так и к динамическим (в состоянии движения), к системам и прочим интегрированным структурам. На самом деле понятие энтропии применимо только к процессам. Отсутствие процесса указывает на отсутствие движения, а значит, не может порождать потери и их функцию – энтропию. В существующей НИП процессная функция не является доминирующей, так как исторически сложилось преобладание структурной функции.

2) К сфере действия энтропии по существующей парадигме отнесены объекты материального и нематериального мира, без соответствующей демаркации. Это вносит понятийную неопределенность самого термина "энтропия", несогласованность и невозможность логической сопоставимости понятий "материальная энтропия" и "нематериальная энтропия". Нет реальной возможности определить общую энтропию, так как неизвестны законы суммирования различных видов энтропии.

3) Конфликтность признаков понятия "энтропии" в теориях, составляющих защитный пояс НИП. Логика в общем одна и та же – потери, однако в каждой из рассматриваемых теорий, энтропия потерь имеет свою, существенно отличающуюся от других, эпистемологию, что не позволяет производить фундаментальных обобщений.

4) Неопределенность источников энтропии. Знаменитые исследования И.Пригожина позволили выявить некоторые источники энтропии и представить их как особо организованные диссипативные структуры. Однако механизм диссипации, порождающий энтропию, до сих пор раскрыт не полностью. Считается, что потери в силу своей необратимости могут задавать направление (стрелу) времени.

5) Незавершенность формирования твердого ядра НИП. Существующее понятие энтропии не удовлетворяет требованиям однозначности, системности, отсутствует демаркация в отношении процессных приложений.

Из сказанного вытекает, что современная НИП "Энтропия" может быть сфальсифицирована по указанным признакам, а потому допускает существенную реконструкцию и уточнения. Данные уточнения относятся, прежде всего, к определению "твердого ядра" – научного понятия энтропии как результата определенного процесса, а также к стандартизации логики научных понятий защитного пояса.

Проблема исследования состоит в необходимости уточнения НИП "Энтропия" и создания парадигм, релевантно отражающих динамические процессы в естественной науке и экономической деятельности человека.

Целью исследования является создание нового твердого ядра НИП – теоретических положений о движении материи и энтропии.

Для достижения поставленной цели предложено решение следующих задач:

• исследование сущности самоорганизации материи;
• фальсификация понятия диссипативных структур;
• определение движения материи как процесса;
• определение основных элементов процесса движения материи и их взаимодействий;
• разработка парадигмы о процессах материи и энтропии, основы твердого ядра НИП;
• исследование природных и экономических проявлений энтропии, роли человеческого фактора.

Исследование сущности самоорганизации материи

Парадокс И.Пригожина. В физике различают два типа самоорганизации или фазовых переходов: консервация и диссипация. Диссипативная самоорганизация – это фазовый переход необратимых структур вдали от состояния равновесия. Макроскопические структуры возникают в результате сложного нелинейного взаимодействия большого числа микроскопических элементов при некоторых критических условиях. По существующим научным представлениям, устойчивость возникающих структур обеспечивается балансом нелинейности и диссипации энергии. Илья Пригожин и ученые Брюссельской школы попытались определить движение материи как существование "диссипативных структур". Данный термин был впервые введен в 1967 г. и определял результаты развития собственных внутренних неустойчивостей в системе, что, в конечном итоге, вызывало ее самоорганизацию [12, с.71-72].

Согласно мнению И.Пригожина, изложенному в работе "Порядок из хаоса": "Основным условием возникновения явлений самоорганизации является существование каталитических эффектов. В то время как в неорганическом мире обратная связь между "следствиями" (конечными продуктами) нелинейных реакций и породившими их "причинами" встречается сравнительно редко, в живых системах обратная связь, напротив, является скорее правилом, чем исключением. Автокатализ (присутствие вещества Х ускоряет процесс образования его же в результате реакции) лежит в основе классического механизма регуляции, обеспечивающего согласованность метаболической функции. Основной механизм, с помощью которого молекулярная биология объясняет передачу и переработку генетической информации, по существу, является петлей обратной связи, т.е. нелинейным механизмом (с.142). …Активность материи связана с неравновесными условиями, порождаемыми самой материей (с.165). …К особенностям эволюции сложных систем относится то, что каждое отдельное действие или локальное вмешательство в систему обретает коллективный аспект, который может повлечь за собой совершенно неожиданные глобальные изменения (с.181). …Источником порядка является неравновесность. Неравновесность есть то, что порождает порядок из хаоса (с.252). …Необратимость есть источник порядка на всех уровнях. Необратимость есть тот механизм, который создает порядок из хаоса (с.257). …Именно энтропийный барьер гарантирует единственность направления времени, невозможность изменить ход времени с одного направления на противоположное (с.260)" [13].

Парадокс заключается в том, что в представленной теории упорядочение материальных систем происходит благодаря неравновесности. По мнению И.Пригожина, неравновесность порождает порядок и энтропию, что обеспечивает движение материи во времени. При этом равновесная система, по представленной логике, вообще не имеет права на существование.

Самоорганизация системы. Полученные выводы указывают на эффект усложнения природных систем, основанный на явлении самоорганизации. И.Пригожин выделяет следующие этапы самоорганизации:

- активная среда. По мнению представителей Брюссельской школы, рождение структур возможно только в особой среде, способной к самоорганизации, которую называют активной. Элементы этой среды должны выводиться из состояния равновесия внешними потоками энергии. Особенностью активной среды являются нелинейные взаимодействия составляющих элементов. Активные среды разнообразны по типам: физические, химические, биологические, социальные и т.д.;

- инверсия. В состоянии равновесия действие равно противодействию, что обеспечивает симметрию. Инверсия состоит в нарушении равновесного состояния, общепринятого подхода и реализации качественно нового состояния – порядка;

- параметры порядка. Система, обладающая бесконечным числом степеней свободы, находится в состоянии хаоса. При выделении из нее небольшого количества переменных – параметров порядка, формируется макроскопическая переменная, позволяющая описать процесс самоорганизации;

- когерентное взаимодействие. Установившиеся при данных условиях параметры порядка подчиняют себе остальные. В системе появляются внутренние механизмы согласованного (когерентного) взаимодействия элементов. При этом система становится неуправляемой извне. Самоорганизация системы происходит под действием параметра порядка. Дарвиновский принцип естественного отбора является примером самоорганизации;

- когерентность. Когерентность составляет основу самоорганизации, обеспечивая единство целого и части, определяет возникновение корреляций между элементами системы. Это выражается в согласованном поведении на макроуровне хаотически движущихся микроэлементов. Система ведет себя так, как если бы каждый ее элемент был информирован о ее состоянии. Система приобретает новые свойства, не присущие входящим в нее объектам, откликается на внешнее воздействие как единое целое. Когерентность, означающая согласованное поведение элементов, представляет собой механизм сборки, объединение отдельных элементов в определяющее понятие "порядок".

- порядок как когерентность коллективного состояния. В общественной жизни когерентность является одной из основных составляющих спектра человеческих отношений. На заре цивилизации кооперативное начало ограничивалось семьей, затем – стадом, племенем. Сейчас оно охватывает всю планету: общий рынок, таможенный союз, общую валюту и т.д. [14].

Фазы процесса самоорганизации в теории И.Пригожина описываются как следствия, без указания первоначальных причин, которые должны, безусловно, гарантировать новое качественное состояние – порядок. При этом порядок характеризуется большим количеством связей между элементами, которые обеспечивают самостоятельное и даже аномальное поведение системы в данный момент времени.

Пример самоорганизации системы, на который ссылается И.Пригожин. Реакция Белоусова-Жаботинского представляет собой яркое подтверждение взаимодействия элементов самоорганизации материи, будучи одной из первых исследованных и наиболее впечатляющих реакций этого типа:

Суть данной химической реакции следующая. В термостатированной колбе исследуется окислительно-восстановительная реакция в растворе серной кислоты Н₂SO₄, малоновой кислоты СН(СООН)₂, сульфата церия Се₂(SО4)₃ и бромата калия КВrО3. При добавлении в раствор индикатора окислительно-восстановительной реакции (ферроина) можно следить за ходом реакции по изменению цвета или, более точно, по спектральному поглощению.

При достаточно высокой концентрации веществ, участвующих в реакции, наблюдаются необычные явления: цвет раствора периодически (при определённых концентрациях) меняется от красного (при избытке Ce⁴⁺) до синего (при избытке Ce³⁺). Кривая изменения поглощения света показывает, что в системе происходят колебания, причём могут наблюдаться как периодические, так и хаотические колебания [15].

Срыв колебательного процесса на некоторое время достигался перемешиванием реагентов в колбе при помощи стеклянной палочки, причем колебания восстанавливались через некоторое время и продолжались до полного расходования реагентов.

В 1955 г. И.Пригожин показал, что в открытой системе около стационарного состояния, достаточно удаленного от химического равновесия, возможны химические колебания [16]. Однако остается неясным, что же представляют описанные колебания: порядок или его отсутствие? Происходит ли самоорганизация системы или, наоборот, наступает хаос? Вот в чем главный парадокс парадигмы И.Пригожина.

Фальсификация парадигмы самоорганизации диссипативных структур

По приведенной парадигме движения, логика самоорганизации системы описывается следующими признаками:

1. В системе происходит консервация и диссипация энергии.
2. При этом консервативное состояние формирует хаос – равновесные обратимые процессы.
3. Диссипативное состояние представляет собой фазовый переход необратимых структур вдали от состояния равновесия, что может и должно вызывать самоорганизацию системы.
4. Существуют некоторые критические условия, при которых возникает сложное нелинейное взаимодействие микроскопических элементов, порождающее устойчивые макроскопические структуры в диссипативном состоянии.
5. Движение материи определяется существованием "диссипативных структур", которые определены как следствия без доказательства причин. Непонятно, откуда вдруг они возникают?
6. Источником порядка, по мнению И.Пригожина, является неравновесность. "Неравновесность – есть то, что порождает порядок из хаоса" – достаточно спорное предположение.
7. Необратимость есть источник порядка на всех уровнях, представляет механизм, создающий порядок из хаоса. Энтропия определяет потери в системе, которые носят необратимый характер.
8. Энтропийный барьер гарантирует единственность направления времени, невозможность изменить ход времени с одного направления на противоположное. Можно предположить, что малая энтропия или ее гипотетическое отсутствие остановит время.

Движение материи по И.Пригожину определяется исключительно наличием диссипативных структур, которые порождают время в системе и обеспечивают ее самоорганизацию. Однако данный признак является достаточно условным, так как не вытекает из логики существования материи. Диссипация принята как некое состояние, при этом четкой демаркации этого явления не представлено. Указывается только, что она возникает в "состояниях, далеких от равновесия", которые также сложно определить (в природе отсутствуют весы, которые измеряют это "равновесие – неравновесие").

Консервация энергии в системе, согласно рассмотренной парадигме, представляет собой обратимый процесс, а значит, по И.Пригожину, исключает течение времени, в результате чего сложно говорить о движении материи. Получается, что материальным миром управляет только диссипация, однако в реальной природе это не так, что требует более убедительных доказательств.

Энтропия принята как источник неравновесности и диссипации на основании того, что потери не могут быть возвращены в систему, а значит, невозможна обратимость времени. Но признак необратимости не является решающим в самоорганизации системы, как это утверждает И.Пригожин. Обратимость материи совершенно не предусматривает обратимости времени. Само время в системе не определено, указывается только, что оно является некоторой характеристикой движения материи. При этом выделяют "машины времени" – стабильные циклические процессы, принятые за эталон, повторяемость и счетность которых позволяет сопоставлять параметры движения материи.

Следует отметить, что мы привыкли связывать время с человеческой памятью – способностью фиксации состояний системы. Если предположить, что память отсутствует, то каждое явление природы будет представляться новым, настоящим, без прошлого и будущего. Именно память позволяет зафиксировать отдельные состояния материи и выстраивать их последовательно в виде траектории движения. Именно память позволяет определить длительность наблюдаемых состояний и сопоставить их с какими-либо машинами времени. То есть память является причиной возникновения времени в материальной системе. Возникает логичный вопрос, что такое память – свойство только человеческого интеллекта или всеобщее свойство материи? Существует ли память материи? В некоторой степени да, так как любой материальный процесс оставляет за собой текущие изменения (след) в окружающей среде, однако данный вопрос требует более детального исследования, выходящего за рамки данной работы.

В результате проведенного анализа показано, что парадигма о диссипативных структурах и ее следствиях – самоорганизации системы, энтропии и направлении стрелы времени, не полностью релевантны. Отсюда следует вывод о возможной фальсифицируемости парадигмы самоорганизации диссипативных структур.

Применение процессного подхода к раскрытию сущности самоорганизации

Методология процессного подхода IDEF0 (Integrated Definition Function Modeling) впервые была предложена Дугласом Россом в 1973 г. в аэрокосмической промышленности США для удовлетворения потребности в разработке методов анализа взаимодействия процессов в производственных системах. Методология IDEF0 была принята в качестве федерального стандарта США и успешно применяется в самых различных отраслях науки, производства и бизнеса для анализа, проектирования и представления деловых процессов. В настоящее время методология IDEF0 широко используется исследователями не только в США, но и во всем мире [17].

Стандартный процесс, по методологии IDEF0, определяется как: преобразование "входа" в "выход" под действием "управления" с использованием "механизма". Графическая нотация процесса в системе моделирования [19] представлена на рис.2.

Процесс отображается блоком в виде прямоугольника, к левой стороне которого направлена стрелка "Вход", к верхней – "Управление", к нижней – "Механизм". Из правой стороны блока выходит стрелка "Выход". Вход интерпретируется как совокупность исходных данных, объектов, ресурсов, которые преобразуются процессом, или как начальное состояние объекта, системы. Выход представляет собой продукт процесса, конечное состояние объекта, системы, результат отработки определенного жизненного цикла процесса. Управление – составная часть процесса, определяющая воздействие на жизненный цикл, по которому вход преобразуется в выход. Механизм – составная часть процесса, обеспечивающая управляющее воздействие и жизненный цикл. Механизм представляет собой ресурсы, которые напрямую не переходят в выход, но участвуют в процессных преобразованиях. Одним из главных элементов процесса является жизненный цикл (стрелка внутри прямоугольника).

Декомпозиция процесса предусматривает разбиение его на составные части – подпроцессы. Полученные подпроцессы определяют функционирование элементов процесса, их взаимодействия между собой и в составе процесса.

Рис.2. Стандартная схема процесса.

Принцип декомпозиции позволяет выполнять многократные дробления процессов, начиная с макроуровня и обеспечивая переход на уровни с минимальной степенью агрегирования. В результате такой декомпозиции появляется реальная возможность определения элементов для каждого подпроцесса и процесса в целом.

Методология процессного подхода является, пожалуй, единственной, отражающей такие характеристики, как управление, обратная связь и ресурсы. Другая особенность данной методологии заключается в том, что она развивалась как язык описания функционирования систем общего вида, что позволяет использовать ее практически для любых научных задач и категорий, вне зависимости от масштабов явления.

Особое внимание необходимо обратить на логику процессного подхода, по которой движение определяется как процесс, формирующий состояния системы. Указанные состояния описываются Входом и Выходом и не влияют на ход самого процесса, что методологически очень важно.

Особенности естественно-природного процесса

Рассмотрим процесс существования (движения) материи, представленный на рис.3.

Данный процесс происходит без участия человека. Входом является исходное состояние материи, выходом – ее конечное состояние. Так как движение материи не определено во времени, понятия исходного и конечного состояний приняты условно с тем, чтобы показать текущие изменения. Непрерывность процесса движения материи на схеме отображается пунктирной линией, которая связывает выход текущего состояния с входом будущего, то есть обеспечивает непрерывность движения материи. В процесс введено замещение – перераспределение части входных параметров в механизм (ресурсы) процесса, что соответствует реальному состоянию материи. При этом материальные объекты могут присутствовать в одних процессах в виде Входов, для других процессов это будут Выходы и Механизмы.

В качестве Управления имеем законы материального мира (сохранения, движения, гравитации и т.д.). Механизм представляет собой природные ресурсы, обеспечивающие процесс. Как видно из модели (рис.3), отдельными выходами процесса являются обратная связь по управлению (ОСУпр) и обратная связь по механизму (ОСМех). Откуда возникли эти обратные связи? Как они влияют на ход процесса? Определить это можно при рассмотрении самого процесса движения материи.

Рис.3. Процесс в естественной природе без участия человека.

Работает модель следующим образом. Преобразование Выхода процесса в его Вход обеспечивает непрерывность движения материи. Однако процесс движения в силу неравномерности среды происходит локально, вовлекает в себя все новые и новые материальные объекты (скорость взаимодействия конечна), а потому Управление (законы природы) изменяет свое воздействие на процесс также локально, в строго ограниченной области. В результате общее Управление в материальном мире дополняется локальным управлением, которое может существенно влиять на ход самого процесса и его интенсивность. Механизм – природные ресурсы, обеспечивающие его существование, также не могут быть бесконечными. Ресурсы обладают локально-конечным свойством, а значит, также подвергаются изменениям. В результате получаем, что основной процесс на локальном уровне претерпевает аномалию, то есть имеет существенные отличия, вызванные локальными изменениями Управления и Механизма. В схеме процесса, приведенной на рис.3, указанные изменения обеспечиваются действием обратных связей ОСУпр и ОСМех.

Жизненный цикл процесса определяется локальным Управлением и локальным Механизмом, а состояния процесса – Входом и Выходом. Обратные связи ОСУпр и ОСМех постоянно вносят изменения в жизненный цикл и при определенных фазовых соотношениях могут вызывать линейные изменения, апериодические колебания, периодические колебания, как это наблюдается, например, в реакции Белоусова-Жаботинского. Обратные связи оказывают существенное влияние на Управление и Механизм на локальном уровне, чем могут быть объяснены изменения состояния материи (Выход), определяемые как самоорганизация системы. В результате реакция Белоусова-Жаботинского доказывает локальность процесса движения материи! То есть переход от начального к конечному состоянию химической системы происходит не равномерно, а при наличии локальных отклонений Управления и Механизма, воспринимаемыми нами как некий порядок – колебания в системе.

Следует отметить, что в природе существует бесконечное множество процессов, которые связаны между собой как состояниями – Входами и Выходами, так и элементами – Управлениями и Механизмами. В результате мы имеем процессы, которые способны производить как локальную структуризацию материи (самоорганизацию), так и ее дезорганизацию – разрушение ее локальной структуры. При этом указанные состояния равновероятны, тепловой смерти вселенной, которой нас пугают физики, не может быть. То есть возможен как "порядок из хаоса", так и "хаос из порядка". При этом энтропия как функция потерь в системе не может быть однонаправленной. Любые потери одного процесса, Выход – например, тепло от трения, могут переходить в другие процессы в виде их элементов – Механизма, Управления, чем вызывается самоорганизация или дезорганизация на локальном уровне.

В качестве примеров можно рассматривать процессы геосферы, где были глобальные потепления, обледенения и колебательные режимы. При этом устанавливался определенный порядок и самоорганизация процессов системы (жизненный цикл). Даже природные процессы по временам года вблизи пограничного состояния – температуры кристаллизации воды, воспринимаются нами как локальные структурные изменения. Выход колебаний температуры в зону выше точки кристаллизации воды приводит к самоорганизации природы в направлении весна–лето. Выход колебаний температуры в зону ниже точки кристаллизации воды приводит к дезорганизации природы в направлении осень–зима. При этом процессы самоорганизации и дезорганизации системы являются относительными. Всегда существует точка зрения, согласно которой дезорганизация системы может быть представлена как ее самоорганизация и наоборот. Например, переход осень-зима может рассматриваться как самоорганизация природной системы в сторону энергосбережения.

Энтропия в системе. Как следует из приложения процессного подхода к описанию движения материи, изменения происходят не в каких-либо консервативных или диссипативных структурах, а в ходе самого процесса существования (движения) материи. Поэтому структуры (диссипативные, консервативные) есть промежуточные состояния, которые не могут производить самоорганизацию, а скорее являются индикаторами процесса, указанием на то, что развитие идет в заданном направлении при когерентном взаимодействии. Само когерентное взаимодействие равновероятно участвует как в процессах самоорганизации, так и дезорганизации. Например, катастрофа, после ее начала развивается самостоятельно, включая когерентные взаимодействия множества элементов, и в результате порождает новое состояние системы, которое можно оценивать как порядок или как хаос. В результате энтропия может трактоваться как некоторый остаток Выхода основного процесса. Например, если основной процесс имеет Выход, определяемый сочетанием элементов Вход, Управление, Механизм, в результате чего формируется предсказуемый результат, то на выходе обязательно присутствуют аномалии, которые не подчиняются процессу и выступают как потери. Таким образом, энтропия с точки зрения процессного подхода выступает как внепроцессная функция, которая требует своего обоснования и которая может быть определена в рамках совершенно другого процесса.

Скорость процесса и его элементов. Как известно, изменения в природе осуществляются за счет действия группы процессов, скорости которых существенно различаются. При этом возникают различные комбинации скоростей процессов движения материи, порождающие фазовые сдвиги, колебания, бифуркации и другие явления. Гипотетически в данной статье положено, что времени в природе не существует, есть только память и смена состояний процесса, группы процессов. При этом время принята как некоторая относительная величина (эталонный процесс), которая синхронизирует события и фиксируется при помощи памяти. Без памяти понятие времени бессмысленно, так как именно память формирует траекторию процесса и само время.

Гипотеза о движении материи и энтропии

На основании рассмотренной процессной модели о движении материи предполагается научная гипотеза о естественно-природном процессе и его энтропии в системе со следующей формулой. Установлено неизвестное ранее свойство материального мира, основанное на взаимодействиях элементов процесса движения материи – входа, выхода, управления, механизма, при котором на локальном уровне возникают обратные связи по управлению и механизму, приводящие к изменениям процесса движения материи, в результате чего материальная система на выходе переходит в локальные состояния самоорганизации или хаоса, а энтропия играет роль фактора демаркации указанных состояний.

На основании выдвинутой гипотезы получаем движение материи как процесс, в котором на локальном уровне могут происходить различные отклонения, порождающие структуры (по И.Пригожину). При этом диссипация и консервация энергии системы позволяют формировать порядок и хаос в системе, что является относительным. Указанные состояния на локальном уровне могут проявлять значительную устойчивость, которая поддерживается достаточно долго. Энтропия, определяющая потери в системе, является фактором демаркации, то есть определяет нашу "точку зрения" на процесс и то, что мы принимаем в качестве потерь процесса.

Следует отметить, что Управление и Механизм одного процесса могут распространяться на другие процессы, приводя их в когерентность. В результате когерентных взаимодействий происходит формирование некоторого макропроцесса, обеспечивающего развитие системы в заданном направлении (самоорганизация), причем структуры (промежуточные состояния) выступают как входы-выходы процесса жизненного цикла.

На основании предложенной гипотезы доказывается, что структуры, которые были приняты И.Пригожиным как основа самоорганизации материальной системы, не могут играть роль источника движения, так как являются всего лишь промежуточными состояниями материи. Именно процесс обеспечивает движение материи и развитие ее как в направлении "порядок из хаоса", так и в обратном направлении – "хаос из порядка".

Процессная интерпретация реакции Белоусова-Жаботинского

На основании изложенного процессного подхода реакция Белоусова-Жаботинского может быть описана двумя процессами:

- трендом, связанным с расходованием химических реагентов окислительно-восстановительной реакции;

- отклонениями, носящими колебательный характер, вызванными локальными изменениями элементов процесса: Управления (скорости реакции) и Механизма (концентрациями реагентов, участвующих в реакции).

Указанные процессы на локальном уровне могут носить колебательный характер, что позволяет создавать "химические часы". После окончания реакции никакой "самоорганизации" системы не происходит, колебания – всего лишь локальные изменения, которые затухают при исчерпании ресурсов процесса (реагентов).

Отсюда следует вывод, что никаких диссипативных и консервативных структур в природе не существует, есть только взаимодействие элементов процесса (движения материи), обратные связи процесса, фазовые сдвиги между взаимодействиями элементов процесса. Вернее, указанные структуры И.Пригожина возникают как характеристики (индикаторы) процесса движения материи, но они носят акцидентный, иллюстративный характер.

Более правильным следует признать реализацию процесса, в данном случае окислительно-восстановительной реакции, который ввиду наличия обратных связей по Управлению и Механизму, порождает на локальном уровне колебания концентраций химических реагентов. Это указывает на целесообразность применения процессного подхода к раскрытию сущности самоорганизации, консервации и энтропии материальных систем.

Особенности естественно-природного процесса при участии человека

Рассмотрим процесс движения материи при участии человека. Для этого модифицируем модель естественно-природного процесса, как это показано на рис.4. Модель включает: собственно процесс, Вход, Выход, Управление, Механизм, Замещение, ОСУпр, ОСМех, процесс жизненного цикла. Отличительной особенностью модели является присутствие интеллектуального звена – человека. При этом человек принимает участие в Управлении путем производства Информации, а также в Механизме – трудовые ресурсы (ТР). Интеллект в модели является продуктом некоторого "порядка", который присущ только человеку, неотделим от него и вряд ли существовал ранее. Археологическими раскопками пока еще не доказано существование в прошлом нечеловеческого интеллекта.

Участие человека в процессе движения материи предусматривает формирование Задачи управления и Задачи механизма, которые представляют собой интеллектуальные обратные связи.

Задача управления возникает на основе полученного человеком эмпирического опыта, который преобразуется в науку – систему положений, теорий, отображающую материальную действительность. Наука формирует выход – информацию, используемую в качестве управления процесса, и запас – знания, своеобразную память об эмпирическом опыте и теоретических положениях. Знания используются как ресурс (механизм) науки.

Задача механизма возникает на основе необходимости повышения квалификации ТР и решается с помощью образования. Выходом процесса образования является Квалификация, входом – задача механизма, ресурсом – знание. В результате образование формирует квалифицированные ТР и направлено на повышение эффективности процесса жизненного цикла.

Рис.4. Процесс в естественной природе при участии человека.

Работает модель следующим образом.

Природные процессы обеспечивают преобразование Входа в Выход при участии Управления, Механизма, Замещения, ОСУпр, ОСМех, как это было описано выше (рис.3). Однако при участии человека формируются дополнительные выходы, определяющие его потребности. Это Задача Упр, которая состоит в интеллектуальной оценке процесса и возможности использования его в своих интересах, и Задача Мех, определяющая те ресурсы, которые следует создать для эффективной реализации Задачи Упр.

Задача Упр формирует Науку – систему отражения окружающей действительности и управляющих воздействий в природе. Управляющие воздействия науки выражаются в Информации, которая, согласно данной модели, является когерентным управлением, обеспечивающим процесс жизненного цикла (стрелка внутри блока). Знание представляет собой кодированную память науки – всевозможные сведения об эмпирическом опыте и теоретических положениях, полученных на основе научных исследований.

Задача Мех реализуется в Образовании, которое не относится к науке, но использует Знание для передачи их трудовым ресурсам, в результате чего последние повышают свою Квалификацию. В результате процесс жизненного цикла получает от человека не только управление в форме Информации, но и квалифицированные трудовые ресурсы – Механизм, способный когерентно поддерживать процесс.

Следует отметить, что наличие интеллекта, связанного с присутствием человека, в модели обеспечивает дополнительные преимущества, что позволяет:

- использовать выборочно существующие ОСУпр и ОСМех для достижения конкретного результата, связанного с хозяйственной деятельностью. Например, посадка овощей весной гарантирует их вызревание осенью;

- более рационально формировать Замещение (распределение природных ресурсов между Входом и Механизмом) с целью получения положительного эффекта от хозяйственной деятельности;

- создавать дополнительное Управление на основе Информации, получаемой от функционирования Науки с целью обеспечения результатов хозяйственной деятельности. Например, создание новых технологий, которые повышают эффективность определенного процесса жизненного цикла;

- улучшать ТР за счет повышения Квалификации работников на основе Образования. При этом повышается эффективность труда и управления, что обеспечивает эффективность процессов жизненного цикла;

- накапливать запасы Знаний о движении материи, что позволяет формировать новые представления о материальной экономической системе, новые научные парадигмы;

- создавать условия процессного резонанса (когерентности), при котором Информация и Квалификация трудовых ресурсов воздействуют на процесс жизненного цикла синфазно с Управлением и ОСУпр, а также с Механизмом и ОСМех, в результате чего обеспечивается синергетический эффект хозяйственной деятельности;

- сокращать влияние нежелательной энтропии на процессы в экономической системе, чем обеспечивается повышение эффективности хозяйственной деятельности.

Добавление интеллекта в материальную систему оказывает существенное влияние на энтропию процесса, которая в данном случае получает дополнительные факторы в виде Информации и Квалификации трудовых ресурсов. При этом энтропия в естественной природе при участии человека имеет дополнительную когерентность, связанную с действием интеллекта.

Гипотеза о движении материи и энтропии при участии человека

На основании рассмотренной процессной модели движения материи при участии человека нами была предложена соответствующая гипотеза. Согласно этой гипотезе, человеческая деятельность носит производительный характер и направлена на создание наилучших условий существования человека. При этом интеллект позволяет анализировать и синтезировать данные об окружающей среде с тем, чтобы когерентно использовать локальные изменения Управления и Механизма процесса движения материи. Весь смысл человеческой деятельности состоит в подчинении природы своим интересам, создании локального резонанса Управления при помощи Информации и локального резонанса Механизма при помощи повышения Квалификации трудовых ресурсов. В качестве примера можно привести: использование огня, приручение животных, культуру земледелия, промышленное производство, жилищное строительство и т.д.

Человеческое существование в материальной системе всегда учитывает и использует энтропию природных процессов для достижения положительного эффекта.

Энтропия и экономика

Экономическая деятельность человека во многом определяется как процессами материального мира, так и его способностью осуществлять преобразования природы. Во многих случаях человек может использовать энтропию природы для собственных нужд. Например, с давних времен используются ресурсы: геотермальной энергии, гидроэнергии, энергии ветра и т.д. Причем все эти энергоресурсы в естественной природе являются потерями, которые при движении материи бесполезны и составляют энтропию материального мира. Однако при осуществлении собственной экономической деятельности человек может выступать как хозяин процессов использования природной энтропии, в которых существуют специфические Вход, Выход, Управление, Механизм, Обратные связи, Наука, Знания, Образование. Причем в каждом из перечисленных элементов данного процесса также существуют свои потери, то есть энтропия. Как определить такую множественную энтропию в экономике?

Данный вопрос в настоящее время практически не изучен и требует хотя бы гипотетического решения. Действительно, экономическая деятельность человека в современном мире опирается на научные знания, где важным элементом является достижение когерентности человеческой деятельности и природных процессов. Именно научное знание явлений природы, законов движения материи, свойств материальных объектов позволяет человеку подстроиться, приспособиться к текущим изменениям и получить при этом полезный (экономический) эффект.

Поэтому энтропия в экономике – это не только потери движения материи, но также и потери человеческой деятельности (управленческой, производственной, интеллектуальной, ресурсной), которые носят симбиотический характер. Например, планирование носит ярко выраженный управленческий характер, позволяет выполнить поставленную цель при использовании заданных ресурсов процесса. Ошибки планирования (управления) определяются как энтропия человеческой деятельности. Однако возможны непредвиденные изменения ресурсов (энтропия природных процессов), которые существенно влияют на производство, что не позволяет достичь запланированного результата. Это требует создания стратегических и текущих планов, где последние предназначены для корректировки человеческой деятельности в зависимости от изменений энтропии природы.

В качестве примера когерентного энтропийного процесса при участии человека можно привести накопление и сход снежных лавин в условиях высокогорья. Если данное явление не причиняет вреда человеку, его просто не замечают. Но когда в результате схода большой лавины может быть нанесен значительный материальный ущерб, человек принимает предупредительные меры – осуществляет подрыв и искусственный сброс лавины заранее, когда масса накопленного снега лавины (малая энтропия) еще не представляет опасности. Таких примеров, где человек взаимодействует с природой, можно привести множество. И в каждом из них человеческая деятельность опирается на науку (опыт), которая выступает как особый вид управления – информация. В рассмотренной модели под информацией следует понимать управленческие действия, обоснованные наукой, или результаты научной деятельности, которые непосредственно используются в управлении и процессах жизненного цикла.

При определении энтропии в экономике, согласно представленной модели, получаем сложную зависимость взаимодействия элементов процесса, в том числе человеческой деятельности. Поэтому простое суммирование или какое-либо усреднение энтропий элементов процесса не может быть корректным. Необходимо оценивать взаимосвязи в системе, функциональные зависимости процессов жизненного цикла, Управления и Механизма, что порождает более сложные логические и математические взаимосвязи.

В целом, взаимодействие энтропии природы и энтропии человеческой деятельности представляет многовариантную задачу, которую целесообразно решать в каждом конкретном случае отдельно. При этом учитываются факторы природы, производственной деятельности, экономической среды, человеческих возможностей, обстоятельств непреодолимой силы.

Выводы

1. Проведенное исследование показало известную неопределенность понятия энтропии в природе. Современная парадигма энтропии дала развитие соответствующей научно-исследовательской программы (НИП), которая имеет существенные недостатки.
2. Анализ современного состояния НИП "Энтропия" показал возможность ее фальсификации, что предопределяет новые направления научных исследований.
3. Рассмотрен парадокс И.Пригожина, согласно которому основой развития материи является наличие особых диссипативных структур, позволяющих достигать состояния самоорганизации или порядка. При этом понятие диссипативных структур раскрыто не полностью, доступно фальсификации, а потому требует научных исследований и опровержений.
4. Рассмотрены фазы самоорганизации по И.Пригожину на примере реакции Белоусова-Жаботинского, которая не дает однозначного толкования происходящей самоорганизации диссипативных структур.
5. Произведена фальсификация парадигмы самоорганизации диссипативных структур, в результате чего доказана невозможность создания порядка при помощи каких-либо структур в принципе. Предложен процессный подход как более полно раскрывающий сущность указанной парадигмы и определяющий локальные изменения в материальной системе.
6. Рассмотрены особенности естественно-природного процесса без участия человека, определено взаимодействие элементов процесса. Установлено свойство локализации управления и механизма, в результате которого формируются обратные связи, приводящие к аномальным отклонениям в системе. Предложено новое объяснение реакции Белоусова-Жаботинского с использованием процессного подхода и локальных изменений элементов процесса.
7. Сформулирована научная гипотеза о движении материи и энтропии, в основе которой лежат не диссипативные структуры, а естественно-природный процесс. В результате пересмотрена концепция возникновения порядка из хаоса, обоснованная взаимодействием локального управления и локального механизма.
8. Разработана модель процесса движения материи при участии человека. Сформулирована научная гипотеза о движении материи с участием человека, определены условия, при которых человеческое воздействие на природу дает положительный эффект. Предложено новое понятие энтропии в материальной системе с учетом человеческой деятельности.
9. Доказано, что энтропию природной системы и энтропию производственной деятельности человека нельзя просто суммировать. Необходимо произвести декомпозицию процесса, выделить его составные элементы, определить взаимодействия элементов и только потом рассчитывать их вклад в общую энтропию системы.
10. Рассмотрена экономическая деятельность как когерентные природные и социальные процессы, взаимодействие которых формирует новую комбинированную энтропию. Предложены основные принципы расчета энтропии процесса при участии человека.

Литература

1. Дубнищева Т. Концепции современного естествознания. Учебное пособие/ Глава 4. Концепции классической термодинамики и статистической механики/ Понятие "энтропия". Суть спора о "тепловой смерти Вселенной". – Электронный источник. Режим доступа: http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/dubn/04.php.
2. Корольков Б.П. Термодинамические основы самоорганизации (монография). -Иркутск. ИрГУПС. 2011. 120 с.
3. История науки. Понятийный аппарат: Терминологический словарь/ сост. Н.И.Кобзева. Оренбург. ОГУ. 2010. 143 с.
4. Различные формы энтропии/ Market journal. Электронный источник. Режим доступа: http://www.market-journal.com/voprosiupravleniya/2.html.
5. Прангишвили И.В. Энтропийные и другие системные закономерности: Вопросы управления сложными системами. М. Наука. 2003. 428 с.
6. Шитиков В.К., Розенберг Г.С. Оценка биоразнообразия: попытка формального обобщения/ Структурный анализ экологических систем. Количественные методы экологии и гидробиологии (Сборник научных трудов, посвященный памяти А.И.Баканова). Тольятти. СамНЦ РАН. 2005. С. 91-129.
7. Энтропия как показатель адаптации человека к новым жизненным условиям/ Medical Science/ Электронный источник. Режим доступа: http://medscience.asia/articles/entropiya.
8. Энтропия и сущность теории И.Пригожина. Электронный источник. Режим доступа: http://www.market-journal.com/voprosiupravleniya/9.html.
9. Кокшотт П., Райт И. Вероятностный подход в экономике/ Информация, деньги и стоимость. Электронный источник. Режим доступа: http://left.ru/2009/2/cockshott184.phtml.
10. Янковский Н.А., Макогон Ю.В., Рябчин А.М. Инновационные и классические теории катастроф и экономических кризисов: монография/ Под ред. Макогона Ю. В. Донецк. ДонНУ. 2009. 331 с.
11. Пушкарева Н.В. Постпозитивизм – Поппер, Лакатос, Фейерабенд, Кун. Электронный источник. Режим доступа: http://www.disser.ru/library/70/247.htm.
12. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации. М. Мир. 1979. 512 с.
13. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой: Пер. с англ./ Общ. ред. В.И.Аршинова, Ю.Л.Климонтовича и Ю.В.Сачкова. М. Прогресс. 1986. 432 с.
14. Диссипативная структура. Этапы образования диссипативных структур (самоорганизация). Электронный источник. Режим доступа: http://solidstate.karelia.ru/~KOF/OLD/kse-pact/lectures/text/glava9_1.html.
15. "Химический маятник" – реакция Белоусова-Жаботинского. Электронный источник. Режим доступа: http://sota.ee/forum/index.php?PHPSESSID=7aff34735b80bef3b696ce782de9a05d&topic=625.0.
16. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М. Издательство иностранной литературы. 1960. 128 с.
17. Методология функционального моделирования IDEF0. Руководящий документ РД IDEF 0-2000. М. Госстандарт России. 2000. 75 с.