Дан краткий анализ современных междисциплинарных направлений, как основы дальнейшего развития науки. Отмечено наибольшее развитие теории самоорганизации, синергетики, теории фракталов, теории сложных систем. Особо отмечено становление и развитие нанонауки и нанотехнологий. Показана общность и различие этих направлений и их перспективы.
На основе дискретной модели геофизической среды, развитой ранее, и универсального алгоритма самоорганизации структур адаптации применительно к геофизическим средам показана иерархия процессов адаптации систем грунта к сейсмическим колебаниям и выделены критические амплитуды колебаний, определяющие переход от периодической к квазипериодической перестройке структур при развитии землетрясения. Развиты методы определения мер устойчивости и адаптивности геофизической среды с использованием значений радиусов изосейст или данных мультифрактального анализа, что позволило классифицировать, грунты по их демпфирующей способности при данной мере устойчивости системы. Сделан вывод, что решение ключевых проблем сейсмологии требует перехода от континуальной линейно-упругой модели к дискретной нелинейной модели геофизической среды с учетом универсальных свойств нелинейных хаотических систем.
Водосборный бассейн, река и дельтовая зона вместе составляют сложную открытую дипольную систему. В ней роль аккумулятора высокой потенциальной энергии воды выполняет подсистема водосбора, русловые зоны являются кумулятивными транзитными зонами потенциальной энергии воды, а устьевые зоны - диссипаторами этой энергии, предельно минимизирующими ее уровень. Подобную систему удобно представлять в виде модели «водостока», что позволяет рассмотреть все виды наводнений в различных ее участках и одновременно дать сравнительную оценку потенциальных возможностей речных систем как дипольных образований с тектонических позиций.
Научно-теоретическое существования явления самоорганизации неравновесных открытых систем как процесса неравновесного упорядочения было дано И. Р. Пригожиным [1, 2] и автором настоящей статьи [3, 4] практически в одно и то же время независимо друг от друга. Под самоорганизацией нами подразумевался процесс с диаметрально противоположной энергодинамической направленностью, чем процесс обычной организации, подчиняющийся принципу Больцмана (стремление системы к максимуму энтропии и минимум свободной энергии). Однако подходы к описанию физической сущности явления у нас с Пригожиным оказались альтернативными; разными были характер исследования и природа объектов, где оно наблюдалось. Поэтому развитие исследований в этих двух направлениях практически происходило независимо и не пересекалось, пока не возникла необходимость сопоставления этих двух подходов в решении вопросов связи процессов самоорганизации и саморазвития и взаимоотношения самоорганизации и прогрессивной химической эволюции, приводящей к возникновению жизни. Сопоставление этих двух подходов в аспекте решения указанных задач, проведенное в [14, 5], выявило их альтернативность и разные эвристические возможности.
Показано, что в числе типов клеток, которыми обладают те или иные биологические таксоны, если его рассматривать какфункцию времени их появления, имеются сокращающиеся по времени циклы (от цикла к циклу, примерно, в одно и то же количество раз). Причём такие, что если их экстраполировать в исторические времена, то они могут совпасть с некоторым другим (историческим) показателем своего рода сложности - с индексом специализированного управления государства.
Конец 20-го начала 21-го века отмечены успехами бактериальной палеонтологии. Было введено представление об эволюции геосферно-биосферной системы. Это понятие пришло на смену термина Биосфера по В. И. Вернадскому. Одновременно эти достижения дают возможность по-новому взглянуть на природу самых ранних экзогенных процессов в геологии. В геологии традиционно считается, что экзогенные процессы - это результат воздействия внешних подсистем через параметры: солнечный нагрев, климатические воздействия мороза, ветра, дождя, растворения и вымывания подземными и текучими водами на систему земной коры. С введением понятия геосферно-биогенная система акцент должен быть смещен или дополнен понятием экзогенное воздействие микробиоты. Оснований для этого достаточно. Согласно Г. А. Заварзину, вся первичная микробиота образует почти замкнутые циклы, свидетельствующие о переработке основных пород микробиотой в промежуточные продукты с дальнейшим переводом их в осадочные породы. Так древнейшие строматолиты - это первичные осадочные породы - результат жизнедеятельности первичной микробиоты. Они занимали ранее все окраины палеоморей и океанов. Они близки по химическому составу отложениям окраин современных морей и океанов с плантациями из сине-зеленых водорослей. В геосферно-биосферной системе наряду с определяющими прямыми связями от геосферы к биоте большую роль играют трансформирующие обратные связи. Так прокариотное сообщество, катализирующее систему биогеохимических циклов, служит основой для дальнейшей эволюции. Возрастающая сложность живых организмов не упраздняет ключевую роль “невидимой микробиоты” для существования биосферы, а накладывается на созданную ими систему. Следовательно, эволюция носит выраженный аддитивный характер.
В последние годы мировая научная общественность пытается объединить свои усилия по координации научных исследований в направлении исследования сложных систем. Так уже в 80-е годы сложилась специальная научная дисциплина, названная теорией сложности. Наука о сложных нелинейных процессах (Nonlinear Science, Science of complexity, Science of Chaos) находится сейчас лишь в начальной стадии стремительного роста, о чем свидетельствует бурное развитие этой отрасли в США. Проблемы сложных нелинейных систем изучаются во всех крупных университетах Европы и Америки. Данная работа посвящена анализу различных подходов к исследованию проблемы сложных систем с современных позиций. Кратко освещены вопросы становления системного мира. Изложены основы современного понимания глобального Эволюционизма.
В статье рассматривается зарождение и изменения полового процесса как генетического обмена между клетками, имеющими общую основу в химических свойствах ДНК in vitro (денатурация и последующая ренатурация). Прослеживается упорядочивание полового процесса через создание универсальных механизмов размножения через митоз и мейоз при возникновении эукариот. Отмечается, что с появлением мейоза возникла облигатная связь между половым процессом и размножением, что привело к появлению полового (постмейотического) размножения. Однако, наряду с этим среди высокоорганизованных многоклеточных организмов оказался возможным возврат к половому процессу как горизонтальному переносу с включением чужеродных генов при экстремальных условиях существования. Дальнейшим гарантированным обеспечением полового размножения на организменном уровне явилось возникновение полов как носителей специфических половых клеток и процесса оплодотворения (восстановления диплоидности). Эпигамный импринтинг при гаметогенезе млекопитающих стал важнейшим эволюционной достигнутым механизмом, обеспечивающим облигатную двуполость при размножении у млекопитающих.
Существующие и широко используемые величины механического движения, а именно: импульс или количество движения p = mv, а также кинетическая энергия p = mv 2/2 включают в себя одни и те же параметры - массу m и скорость v. Отличие между импульсом и кинетической энергией состоит в степени скорости и числовом коэффициенте. Формальные вариации степеней скорости и числовых коэффициентов приводят к появлению других величин механического движения. В тривиальном случае, когда степень скорости равна нулю, а числовой коэффициент - единице, имеет место величина 0 p = mv 0. Нетрудно заметить, что эта величина входит в уравнение Шредингера для свободной частицы. Это является предпосылкой для поиска других величин механического движения, входящих в состав квантово-механических уравнений, связанных с уравнением Шредингера.
На основании сферических однослойных структур создаются многослойные модели шаровых звездных скоплений. Представлен алгоритм их построения и описана программа для их создания. В результате решения задачи гравитационного взаимодействия N тел исследована эволюция 5-и и 10-слойных структур. В процессе взаимодействия тел происходит переход от первоначально организованной структуры к равномерно распределенной в пространстве. Количество столкновений между телами уменьшается, и модель шарового скопления переходит в установившуюся форму существования. Представлены траектории отдельных тел. Исследованы обстоятельства сближения тел. Рассмотрены процессы при столкновении тел и приобретении ими вращательного движения и тепловой энергии.
Выдвигается гипотеза, согласно которой при развёртывании изображений в европейской живописи от эпохи Возрождения до абстракционизма включительно повторяются в обратном порядке этапы эволюции системы зрительного восприятия человека как вида. При этом художниками, которые используют те или иные художественные приёмы, воспроизводятся архаические способы видения, характерные для системы зрительного восприятия на разных этапах её формирования. Ставится задача выявить схему, с помощью которой одинаково удобно описывать сценарии - последовательности структурных событий, как в системе зрительного восприятия человека, так и в системе изображений. Для этого названные системы представляются как компоненты единого циклического процесса. Хорошо описанные стили и стилевые направления в живописи рассматриваются в качестве основы анализа. Предлагается: а) очистить систему изображений от сюжетных и эстетических элементов; b) заполнить выявленную схему оставшимися структурными компонентами; с) прочитать полученную последовательность структурных событий в обратном порядке и тем самым реконструировать архаические способы видения. Результат анализа представляется как иерархическая конструкция - дерево эволюции системы зрительного восприятия, ветви и ствол которого заполнены визуальными парадигмами - способами видения, большая часть которых является архаикой. Названные способы сформировались в процессе эволюции условного носителя системы зрительного восприятия, к которому относится не только человек, но и, возможно, предшествовавшие ему биологические виды. Используется структурный подход, ориентированный на отказ от специфики исследуемого объекта. Изображения и образы рассматриваются как структурные эквиваленты наблюдаемых объектов внешнего мира. Методика является тринитарной, т. е. выделяются элементы оппозиции и базовый элемент между ними. Проблема рассматривается с разных точек зрения. Используются такие представления, как цикличность - необратимость, порядок - хаос, непрерывность - дискретность и лингвистическая логика. Большое внимание уделяется ситуации, при которой в системе зрения реализуется двусмысленная “распознающая” интерпретация - появляются и конкурируют два дополнительных (взаимоисключающих) первичных смысла. Работа является междисциплинарной, для решения задачи привлекается широкий контекст.
Анализ и математическое моделирование процессов различной физической и химической природы имеет большое значение для решения различных практических задач. Для моделирования сложных процессов авторами ранее был разработан в рамках современной неравновесной термодинамики единый формализм описания и моделирования физикохимических процессов различной природы. Для реализации моделей, полученных этим формализмом, в численном виде необходимо задать (в численном виде) функции состояния для свойств веществ и процессов. Эти функции состояния могут быть заданы либо непосредственно (с использованием функциональных разложений), либо задаются частные производные этих функций по координатам состояния. Функции состояния для необратимых составляющих кинетических матриц должны быть положительно определенными, для потенциалов взаимодействия – удовлетворять условию полного дифференциала энтропии (в общем случае нелинейной), для коэффициентов распределения некомпенсированных теплот – положительно определенными и давать в сумме единицу. Если же функция состояния задается в дифференциальном виде, то должно быть дополнительно выполнено условие полного дифференциала этой функции состояния. Настоящая статья посвящена заданию функций состояния для свойств веществ и процессов в дифференциальном виде.