Самоорганизация и неравновесные
процессы в физике, химии и биологии
 Мысли | Доклады | Самоорганизация 
  на первую страницу НОВОСТИ | ССЫЛКИ   

Б.Б. Кадомцев. Свобода воли
от 08.06.06
  
Доклады


Свобода воли является имманентным, т.е. внутренне присущим свойством всего мира. Только на основе этого исходного положения можно уйти от бессмысленного, полностью детерминированного механического мира к миру живому и развивающемуся...Свобода действий может реализовываться только в точках бифуркации, когда законы механики и физики допускают неоднозначное развитие процесса

Вихрем разумным, вихрем единым
Все за богиней - туда!
Люди крылом лебединым
Знамя проносят труда.
Жгучи свободы глаза,
Пламя в сравнении - холод!
Пусть на земле образа!
Новых построит их голод...
Двинемся, дружные, к песням!
Все за свободой - вперед!
Станем землею - воскреснем,
Каждый потом оживет!
Двинемся в путь очарованный,
Гулким внимая шагам.
Если же боги закованы,
Волю дадим и богам!
В. Хлебников. О свободе. 1918, 1922

В свое время И. Пригожин ввел понятие открытых систем, через которые могут протекать потоки энергии и энтропии. При достаточно больших потоках в таких системах могут происходить явления нелинейной самоорганизации. Аналогичные процессы могут развиваться и в квантовых системах. Связь квантовых систем с внешним миром может быть очень малой, но она, тем не менее, может приводить к радикальному их изменению и к квантовой самоорганизации. Такие системы можно назвать информационно открытыми системами...В целом атмосфера и биосфера Земли представляет собой сложную открытую систему. Стационарный баланс потоков энергии устанавливается за счет теплового излучения Земли в космическое пространство: на Землю приходится энергия с малой энтропией, а уходит с энтропией намного большей. Но нельзя сказать, что необратимый процесс возрастания энтропии идет совершенно монотонно во всех составных частях сложной системы. Напротив, общий рост энтропии сопровождается процессом создания упорядоченных структур с уменьшением локальных величин энтропии. Именно за счет глобального роста энтропии и возникает возможность противоположного процесса локальной организации и развития порядка. Ситуация здесь сходна с ирригационной системой, использующей механизмы для перекачки воды с нижнего уровня на более высокий: сама падающая вниз вода приводит в действие водяное колесо, перекачивающее часть воды вверх. Большой поток вниз создает малый поток вверх...Постараемся понять, как, оставаясь в рамках физики, можно подступиться к обьяснению феномена свобода воли. Под свободой воли будем понимать здесь свободу действий, или свободный выбор между двумя или несколькими альтернативами. Принято считать, что человек, безусловно, обладает свободой воли, будучи свободным в своих поступках. Разумеется, что человеку часто приходится  совершать вынужденные поступки под давлением внешних обстоятельств, однако, и в этом случае, последний выбор остается за ним. Не факт, что абсолютно все примут данные утверждение за истину. Следуя, например, Шопенгауэру, можно было бы утверждать, что человек анализирует только хотения, а самый последний момент принятия решения может выпадать из-под его контроля. Другими словами, его волевые действия могут быть навязаны извне. Однако мы будем оставаться на более наивной точке зрения, полагая, что человек свободен в своих поступках и поэтому ответствен за них. Но принимая свободу действий для человека, мы не должны обижать и животный мир. С античных времен до нас дошел парадокс буриданова осла: осел, находящийся в точности между двумя охапками сена, должен умереть с голода, поскольку он не сможет решить, с какой охапки начать трапезу. Все мы знаем, что этого не произойдет, и осел, без всяких затруднений выберет одну из охапок сена. Но логический парадокс все же есть. Самое простое его решение основано на малых возмущениях: случайный ветерок может донести более сильный запах от одной из охапок и этого достаточно, чтобы осел сделал свой выбор. Но, опираясь на наблюдения за животными, можно утверждать, что осел и так свободен сделать свой выбор без всякой связи с внешней мотивацией: ему достаточно только знать о существовании обеих охапок сена. Более того, любое животное только потому и живо, что ему то  и дело приходится принимать решения, как прокормиться самому и не стать пищей для хищника. Чем более высоко развит данный вид, тем более щирокий спектр решений приходится принимать его представителям. Но никак нельзя принять допущение, что свобода действий появляется скачком на некотором уровне развития: даже у самых примитивных представителей животного мира сохраняется свобода действий. Более того, очень трудно представить себе рубеж появления свободы воли на границе между неодушевленным миром и жизнью. Гораздо более естественным является допущение о том, что свобода воли является имманентным, т.е. внутренне присущим свойством всего мира. Только на основе этого исходного положения можно уйти от бессмысленного, полностью детерминированного механического мира к миру живому и развивающемуся. Итак, примем, что мир в целом обладает свободой воли, т.е. способностью принимать решения и свободно действовать в рамках тех ограничений, которые накладываются на него законами физики, в том числе классической физики. Эта свобода действий реализуется в виде огромного набора малых свободных актов и каждый из них должен укладываться в рамки физических законов. Это значит, что свобода действий может реализовываться только в точках бифуркации, когда законы механики и физики допускают неоднозначное развитие процесса...При сравнении простых и сложных систем, например простых механизмов и биологических систем со сложной иерархической организацией, резко бросается в глаза их принципиальное различие, состоящее в том, что движение простых механических систем полностью предопределено, а в живых организмах, даже простейших, мы видим признаки свободного поведения, не определяемого только внешними причинами. Разумеется, эта свобода действий еще более ярко выражена у сложных организмов. Спрашивается, нельзя ли проследить за этой тенденцией развития, исходя из представлений о самоорганизации. Как мы обсуждали выше, у самоорганизующихся систем имеется возможность расслоения на динамическую и информационную, управляющую, части. Если речь идет о биологических или добиологических системах, у которых имеется возможность репликации и многократного повторения цикла развития, то нетрудно себе представить, что системы с информационным поведением могут иметь и фактически имеют преимущества в борьбе за жизнь, т.е. за расширение фазового пространства своего устойчивого состояния. Таким образом, в условиях конкуренции динамическое поведение системы и ее развитие в большей мере начинает определяться ее информационными свойствами, включая информационное отношение к внешнему миру. Такие системы наряду с обычным обменом энергией и негэнтропией с внешним окружением, необходимым для сохранения открытой самоорганизованной структуры, получают возможность информационного развития, т.е. усложнения и совершенствования своего управления. Этот процесс связан с усложнением управляющей части, т.е. появлением в ней новых степеней свободы или параметров порядка за счет все новых бифуркаций. Феноменологически этот процесс можно охарактеризовать как получение новой информации от неравновесного внешнего мира. При взаимодействии систем с памятью и информационным поведением могут развиваться процессы адаптации одних систем к другим. Это аналог появления знаний о реакции других систем на поведение данной. Дальнейшее развитие механизмов адаптации и оптимизации поведения системы приводит к возможности обработки информации, т.е. к появлению элементов сознания. Но кроме свободы у сложных систем появляются зачатки воли. Свобода - это возможность выбора из нескольких альтернатив, акт воли - сам этот выбор. В неустойчивых системах с разбегающимися траекториями, для выбора одной из траекторий достаточно очень мало изменить начальные данные, т.е. использовать для этой цели очень малый сигнал с определенной информацией. В сложной системе с информационным поведением этот выбор может быть сделан из блока управления. Сигнал вырабатывается системой управления в процессе ее динамического движения и с использованием накопленной ранее памяти, т.е. знаний. Эти знания представляют собой продукт длительного развития данной системы в процессе ее взаимодействия с другими информационными системами. Знания в некоторой мере приобретают невременной характер, т.е. становятся не жестко связанными с событиями только ближайшего прошлого. Благодаря этому волевой акт выглядит как бы свободным - он не предопределен видимыми в настоящий момент причинами. Более того, проинтегрированные за большой промежуток времени и накопленные в памяти сведения содержат информацию о временном поведении системы и ее окружения, поэтому появляется возможность предугадывания событий, а следовательно, принятия решений с определенной целью. Другими словами, в отличие от обычной динамики, где поведение системы определяется ее мгновенной конфигурацией и соответствующими этой конфигурации силами, в информационных процессах выбор делается на основе долговременной памяти и с возможной экстраполяцией на будущее. Отсюда и появляется возможность выбора цели. Таким образом, целесообразность и возможность выбора цели можно считать достаточно естественным продуктом развития сложных систем с информационным поведением. Чем система сложнее, тем, казалось, бы, в большей мере у нее должны проявляться аспекты информационного поведения. В Природе в целом волевое начало связано с той структурой и памятью, которые сложились в ней в результате ее длительного развития. Когда в процессе исследований мы изолируем некоторую систему от внешнего окружения, мы, безусловно, создаем более простую и доступную для понимания ситуацию, но вместе с тем и обедняем ее путем информационной изоляции от внешнего мира. При переходе к изучению все более сложных систем именно структурные, информационные аспекты их поведения и развития выступают на первый план, а динамика создает лишь основу для информационного развития...Идеи о самоорганизации и образовании диссипативных структур в открытых системах оказались очень важными для того, чтобы перебросить мостик между физикой и биологией. Но видно, что следует идти дальше и изучать самопроизвольную иерархизацию структур, образование структур с памятью и возможностями извлечения информации извне, накопления ее в памяти, использования информации для управления и обработки этой информации с целью оптимального управления. Нетрудно видеть, что существует много общих черт в поведении сложных систем как органических, так и неорганических, причем неорганические системы со сложной структурой тоже не являются простыми как в структурном плане, так и по характеру их поведения
Б.Б. Кадомцев. Динамика и информация
http://kirsoft.com.ru/freedom/KSNews_230.htm
http://kirsoft.com.ru/freedom/KSNews_930.htm
Свобода, информация и самоорганизация. C точки зрения физика
http://kirsoft.com.ru/freedom/KSNews_13.htm
Б. Кадомцев. Ю. Данилов. Солнце и информация
http://sinsam.kirsoft.com.ru/KSNews_84.htm
Термин - коллективные явления в плазме - появился довольно давно. На первых порах он еще не вполне приобрел свое конкконкретное содержание, а всего лишь отражал то смутное ощущение, что в системе заряженных частиц с дальнодействующими кулоновскими силами наряду с парными столкновениями должно существовать взаимодействие между частицами, имеющее некую особую коллективную природу. И лишь исследование реальной плазмы, с ее многочисленными неустойчивостями, самопроизвольно развивающимися шумами и колебаниями, сложными нелинейными процессами, постепенно вырисовывало круг тех явлений, которые стало принято называть коллективными.
В настоящее время коллективными явлениями в плазме называют сугубо нелинейные процессы, связанные с наличием
колебаний или шумов конечной амплитуды, взаимодействие которых с частицами существенно влияет на макроскопические свойства плазмы. Чаще всего эти шумы и колебания возникают самопроизвольно вследствие различного рода неустойчивостей.
Если возбуждается очень много степеней свободы и колебания становятся нерегулярными, то такое состояние плазмы называют турбулентным. Но кроме турбулентных состояний существует широкий круг нелинейных регулярных процессов, в которых взаимодействие между частицами и волнами-коллективными возбуждениями системы - может приводить к весьма
своеобразным, подчас изумительно красивым явлениям. К ним относятся, например, эхо в плазме, нелинейное затухание
Ландау, самосжатие и самофокусировка волновых пакетов, нелинейные слабодиспергирующие волны. Изучение такого рода нелинейных явлений само по себе очень интересно, но еще более оно полезно с точки зрения развития общих представлений о физике плазмы - этой своеобразной и весьма своенравной субстанции. Не будет преувеличением сказать, что коллективные явления в плазме отражают саму ее природу, ее главное свойство
...
§ 1. Плазма как состояние вещества
1. Четвертое состояние вещества
Если следовать школьным представлениям о гом, что по мере нагревания вещества оно
испытывает последовательные превращения из твердого состояния в жидкость, а затем в газ, то естественно возникает вопрос,
что же будет происходить с газом при его нагревании. Ясно, что по мере усиления хаотического движения молекул газа они,
сталкиваясь, начнут расщепляться на составляющие их атомы, а затем и сами атомы начнут разрушаться, разбиваясь на электроны и ионы. Таким образом, при нагревании любого вещества оно должно в конце концов превратиться в плазму - сильно
ионизованный газ. Именно в этом смысле плазму иногда называют четвертым состоянием вещества.
В отличие от резких фазовых переходов твердое тело-жидкость, жидкость-газ, переход к ионизованному состоянию является непрерывным, так что степень ионизации n(i)/n(0), т.е. отношение плотности ионов n(i) к плотности нейтральных атомов n(0),
является плавной функцией температуры. Даже в пламени свечи имеется небольшое количество электронов и ионов, но вряд ли это пламя можно считать настоящей плазмой. Ясно поэтому, что определение плазмы требует еще некоторой количественной
характеристики, которая показала бы, начиная с какой плотности заряженных частиц ионизованный газ можно считать плазмой.
Чтобы найти эту характеристику, нужно прежде всего представить себе, чем же новое состояние вещества отличается от
обычного газа. Главная особенность коллектива заряженных частиц, составляющих плазму, состоит в появлении нового типа
взаимодействия частиц этого коллектива - через электрические и магнитные поля, т.е. посредством дальнодействующих сил.
Именно благодаря возможности этого типа взаимодействия коллектив заряженных частиц приобретает новые качества. Фактически он образует нечто целое вместе с теми электрическими и магнитными полями, которые с этими частицами взаимодействуют (их и называют поэтому самосогласованными полями).
Таким образом, плазмой можно назвать ионизованный газ при такой плотности заряженных частиц, когда становится существенным взаимодействие этих частиц с самосогласованными электрическими и магнитными полями (в том числе — и с внешними полями)...
2. Неравновесность плазмы, теоретические модели Тот факт, что частицы плазмы выступают вместе с создаваемыми ими
электрическими и магнитными полями, приводит к сильному усложнению протекающих в плазме явлений. Часто речь должна
идти скорее не о свойствах вещества, а о свойствах сложного комплекса из вещества и электромагнитного поля. Наличие
внешних полей, иногда также достаточно сложных и неконтролируемых, еще больше запутывает всю картину. К этому следует добавить, что в лабораторных или природных условиях плазма часто является крайне неравновесной; она требует для
своего создания совершенно необычных условий (например, вспышка молнии, полярное сияние, разряд в газовой трубке,
вспышка в фокусе лазерного луча и т.п.). В такой неравновесной плазме в силу высокой ее подвижности и наличия дально-действующих сил очень легко развиваются различного рода неустойчивости и шумы
Б.Б. Кадомцев. Коллективные явления в плазме. физико-математической литературы. Наука, 1976 - Не будет преувеличением сказать, что коллективные явления в плазме отражают саму ее природу, ее главное свойство
http://www.krelib.com/files/physics/Plazma_Kad.djvu

  


СТАТИСТИКА