Антропогенез и самоорганизация

Нелинейность.Сложные  системы являются нелинейными. Для  их описания используются нелинейные математические уравнения, т.е. уравнения, в которых искомые величины входят в степенях больше единицы, в составе математических функций (тригонометрических, логарифмических и т.п.) или коэффициенты зависят от свойств среды и особенностей протекания процесса. Нелинейные уравнения могут иметь несколько качественно различных решений. Физически это означает возможность различных путей эволюции системы. 

Диссипативность. Великий русский математик А.М.Ляпунов  разработал общую теорию устойчивости состояний систем. Очень кратко ее идею можно выразить следующим образом. Устойчивые состояния систем не теряют своей устойчивости при флуктуациях физических параметров, поскольку система за счет внутренних взаимодействий способна погасить возникающие флуктуации. Неустойчивые системы, наоборот, при возникновении флуктуаций способны усиливать их, и, в результате такого нарастания амплитуд возмущений система уходит из стационарного состояния. Критерием эволюции при этом является величина (dS/dt) < 0, которая указывает направление развития физической системы к устойчивому стационарному состоянию. Эти процессы происходят достаточно медленно, поэтому на каждом этапе как бы достигается равновесие.Величина прироста энтропии за единицу времени в единице объема называется функцией диссипации, а системы, в которых функция диссипации отлична от нуля, называются диссипативными. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного движения и, в конечном счете, в тепло. Практически все системы являются таковыми, поскольку трение и прочие силы сопротивления приводят к диссипации энергии (диссипация < лат. dissipatio - разгонять, рассеивать). 

При определенных условиях суммарное уменьшение энтропии за счет обмена потоками с внешней средой может превысить ее внутреннее производство. Тогда неупорядоченное однородное состояние системы может потерять устойчивость. В ней возникают и могут возрасти до макроскопического уровня т.н. крупномасштабные флуктуации. При этом из хаоса могут возникнуть структуры, которые последовательно начнут переходить во все более упорядоченные. Образование этих структур происходит не из-за внешнего воздействия, а за счет внутренней перестройки системы, поэтому это явление и получило название самоорганизации. При этом энтропия, отнесенная к тому же значению энергии, убывает. Пригожин назвал упорядоченные образования, возникающие в диссипативных системах в ходе неравновесных необратимых процессов, диссипативными структурами. 

На макроуровне  диссипативность проявляется как  хаос. На микроуровне хаос - это не разрушающий фактор, а сила, выводящая  системупуть образования новых  структур. 

Бифуркация. Выше было сказано, что нелинейная система  уравнений, которой описывается практически любая реальная сложная система, имеет не одно, а подчас целый спектр решений. Ответвления от известного решения появляются при изменении значения параметров системы. Поэтому мы рассматриваем здесь еще одно понятие - управляющие параметры (параметры порядка). Изменения управляющих параметров способны вызвать катастрофические, т.е. большие скачкипеременных системы, и эти скачки осуществляются практически мгновенно. 

Бифуркация (от лат. раздвоение, размножение). Усложнение структуры и поведения системы тесно связано с появлением новых путей решения в результате бифуркаций.В сильно неравновесных условиях процессы самоорганизации соответствуют «тонкому взаимодействию» междуслучайностью и необходимостью, флуктуациями и детерминистскими законами. Вблизи бифуркаций, т.е. резких, «взрывных» изменений системы, основную роль играют флуктуации или случайные элементы, тогда как в интервалах между бифуркациями преобладает детерминизм. Ситуацию, возникающую после воздействия флуктуации на систему и возникновения новой структуры,И. Пригожин назвал порядком через флуктуацию или «порядком из хаоса». Флуктуации могут усиливаться в процессе эволюции системы или затухать, что зависит от эффективности «канала связи» между системой и внешним миром. 

Выделим основные условия и положения самоорганизации систем: 

1. Система должна  быть открытой, диссипативной и  находиться вдали от термодинамического  равновесия. 

2. Если в случае  закрытых систем самоорганизация  (эволюция) ведет к росту энтропии  и беспорядка, то в случае открытых систем происходит возникновение и усиление порядка через флуктуации. Именно флуктуации приводят в этом случае к «расшатыванию» старого порядка и возникновению нового. Энтропия падает, количество информации (негэнтропия растет). 

3. Управление  процессами и сохранение динамического равновесия систем основано на принципе обратной связи, когда на основе полученных обратных сигналов система возвращается в исходное состояние. Самоорганизация открытых систем опирается на принцип положительной обратной связи, согласно которому изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а наоборот, накапливаются и усиливаются, что приводит к возникновению нового порядка и структуры. 

4. Система должна  обладать достаточным количеством  взаимодействующих между собой  элементов и, следовательно, иметь некоторые критические размеры. В противном случае коллективное поведение элементов системы может не проявиться (самоорганизация не наступает). 

5. Чем выше  в своем эволюционном развитиинаходится  система, тем более сложными  и многочисленными будут факторы, которые влияют на ее самоорганизацию 

3. Происхождение  материков 

Материк (континент) - крупный массив земной коры, большая  часть которого выступает над  уровнем Мирового океана, а периферия  находится ниже его уровня (подводная  окраина материка). Для материка характерен континентальный тип строения земной коры мощностью 35-70км с присутствием гранитно-метаморфического слоя. В современную геологическую эпоху существуют материки: Евразия, Сев. Америка, Юж. Америка, Африка, Австралия, Антарктида. 

Рассмотрим две  теории о происхождении материков. Первая была описана Паршаковым Евгением Афанасьевичем в книге «Происхождение и развитие Солнечной системы». 

В «начале времен», то есть во времена образования планеты, на её поверхность выпадали космические осадки - твердые тела, а вместе с ними и радиоактивные вещества, которые распределялись неравномерно на поверхности. Это приводило к гравитационным и температурным аномалиям в веществе планеты. Гравитационные аномалии приводили к прогибам на поверхности планет, а температурные аномалии - к неравномерной дифференциации вещества с разных сторон планеты. Чаще всего гравитационные и температурные аномалии действуют совместно в одних и тех же местах планеты. А это усиливает их воздействие на геологическую эволюцию планеты. При значительном прогибе поверхности планеты хотя бы в одном только месте, хотя их может быть несколько, космические осадки заполняют его, подобно тому, как снег во время земной зимы заполняет все овраги, сравнивая их с поверхностью земли. Но под тяжестью заполнивших прогиб поверхности планеты космических осадков, которых в месте прогиба на единицу площади поверхности приходится во много раз больше, чем в среднем по планете, прогибание поверхности в этом месте еще более усиливается, вследствие нарушения установившегося было гравитационного равновесия за счет прогиба поверхности. В результате прогиб поверхности планеты превращается как бы в гравитационный колодец, через который космические осадки попадают внутрь планеты. Одновременно продолжает действовать механизм дифференциации вещества планеты, но теперь большая часть вещества космических осадков попадает внутрь планеты уже через один или несколько ограниченных участков поверхности (морских впадин). Некоторые из морских впадин могут достигать больших размеров. Такой огромной древней океанической впадиной на Земле был, возможно, древний Тихий океан, границами которого являются, приближенно, современные тихоокеанские хребты, проходящие по окраинам современного Тихого океана. Большая часть же поверхности планеты обновляется медленно, что в конце концов приводит к грандиозным последствиям в геологическом развитии планеты. 

Изменяется скорость протекания дифференциации вещества в  различных частях планеты. В результате при сохранении темпов роста планеты происходит замедление расширения наружных оболочек планеты. Если раньше, при примерно равномерной дифференциации вещества по всем направлениям от центра планеты, последняя увеличивалась только снаружи, то теперь, при образовании гравитационных колодцев, планета начинает увеличиваться не только (и не столько) снаружи, но и изнутри. А это приводит к возникновению мощных и все более усиливающихся напряжений внешних оболочек планеты, которая превращается как бы в паровой котел, в котором непрерывно увеличивается давление пара. 

И рано или поздно сила давления глубинного вещества на наружные оболочки изнутри достигает  такой критической величины, что  в наружных оболочках планеты  возникают трещины. И наружные оболочки лопаются на несколько частей, между которыми возникают глубокие разломы, которые снизу постепенно заполняет глубинное вещество, а сверху, более быстро, - космические осадки. 

После разлома  наружных оболочек на части (плиты) они  начинают постепенно расходиться в  разные стороны. Дифференциация вещества на поверхности этих плит почти прекращается. Все космические осадки втягиваются атмосферными перемещениями в образовавшиеся разломы и дифференциация космических осадков происходит теперь главным образом в местах разлома. 

Планета продолжает постепенно увеличиваться, но площадь поверхности континентальных плит не увеличивается. Увеличение поверхности планеты происходит за счет расширения разломов и увеличения их поверхности. И хотя континентальные плиты не подвергаются (или подвергаются мало) горизонтальным перемещениям, но они отдаляются друг от друга, поскольку перемещаются в вертикальном направлении при увеличении объема, площади поверхности и радиуса планеты по мере ее роста. 

В местах разломов верхних оболочек планеты сразу  же начинают формироваться новые оболочки, преимущественно за счет космических осадков, заполняющих в галактические зимы и после их окончания разломы и подвергающиеся в разломах ускоренной дифференциации. Но различие в уровнях поверхностей плит и разломов сохраняется еще долгое время, хотя и со временем все более стирается. Единая раньше поверхность планеты, если не считать небольшие по площади морские прогибы, разделяется на материковые поднятия и океанические впадины. И только срединно-океанические хребты показывают места расколов единой ранее материковой коры. 

Но через какой-то довольно длительный промежуток времени  уровни материков и океанов сравниваются за счет наращивания верхних оболочек в океанических впадинах. А затем  увеличившаяся планета, залечив  на своем теле глубокие шрамы, принимает свой прежний вид. Но пройдет время, и все повторится снова. Вновь возникнут гравитационные колодцы, вновь планета будет пухнуть изнутри, вновь лопнет с грохотом верхняя ледяная (или ледяная и силикатная и т.д.) оболочки, и вновь возникнут материки и океаны, возникнут, чтобы снова со временем исчезнуть. 

При последнем  разломе земной материковой коры возникли три новых океана: Атлантический, Индийский и Северный. А Тихий  океан лишь увеличил свои размеры, поскольку  разлом литосферы произошел и по его дну вблизи берегов. Можно предположить, что древний Тихий океан, в несколько раз меньший современного, произошел либо в результате прогиба вследствие гравитационно-температурных аномалий, имевших место на его территории в еще более раннее время, либо в результате предпоследнего разлома материковой коры (вместе с литосферой) на континентальные плиты, которые затем срослись за счет привнесения космических осадков во все океанические впадины. Сращивание не произошло лишь в одном месте - в наиболее крупной впадине, там, где располагался древний Тихий океан. Ныне это центральная часть современного Тихого океана. Что, возможно, единая материковая кора Земли подвергалась нескольким разломам, подтверждается, по-видимому, тем, что материковые платформы отличаются между собой возрастом. Если соединить мысленно все древние платформы одного возраста, мы получим первоначальную литосферу маленькой Земли. Любопытно, что тогда с лица планеты исчезнут и Западно-Сибирская низменность, и Уральский хребет, и его продолжение - Северная Земля. Тот факт, что восточный край Восточно-Европейской древней платформы и западный край Восточно-Сибирской древней платформы имеют одинаковые очертания, говорит о том, что ранее они сливались в единую платформу. Затем эта единая платформа раскололась при очередном разломе литосферы Земли и между раздвинувшимися плитами возник древний Урало-монгольский океан. А современный Уральский хребет и Новая Земля являются остатками древнего срединно-океанического хребта, юго-восточная часть которого была разрушена мощными потоками северных ветров (атмосферной и гидросферной эрозией). 

Любопытно, что  очертания древних платформ Африки и Южной Америки со стороны  Атлантического океана не совпадают  подобно современным их берегам. Очевидно, между этими материками разломы происходили не один раз.