Балакшин О.Б. Гармония — новая роль в естествознании:
Дуализм альтернатив гармонии, познания и саморазвития систем. Изд. 5, испр. и доп.

Содержание

Введение

С противостоянием цивилизации и Природы возросла необходимость дальнейшего познания роли гармонии как одной из системообразующих закономерностей саморазвития естественных систем, её связи с физикой, механикой и естествознанием. Работа посвящена анализу дуализма гармонии, познания и саморазвития систем. Свойства гармонии активно проявляются в механике и физике, саморазвитии жизни и деятельности человека.

В основу познания гармонии положено диалектическое учение Гегеля и его полузабытая, но знаменитая формула: «тезис-антитезис-синтез». Алгоритм формулы объясняет и прогнозирует причину совместного проявления парных противоположностей естественных систем: непрерывность и дискретность, детерминизм и случайность, с которыми встретилась физика элементарных частиц в ХХ веке. При этом однозначная (детерминированная) логика связей альтернатив замещается двузначной (случайной) картиной восприятия физических явлений и языка человека. Установлена связь гармонии с содержанием понятий: самоорганизация, синергетика и саморазвитие.

Явление относительности в механике и физике является одним из примеров неопределённости альтернатив «покой – движение» и трудностей познания систем. Важную роль играют явления двузначности гармонии и асимметрии систем Природы. Оба явления связаны между собой через свойства золотого сечения, производной гармонии, отображаемые двухмерными гармоническими рядами чисел. Константа золотого сечения и гармония объединяют натуральный ряд с множеством гармонических рядов, имеющих разные масштабы.

Параметры асимметрии большинства естественных систем малы (биение орбит планет и форма птичьих яиц, спектры гармоник ЭКГ сердца человека и спирали распада элементарных частиц и др.). Они имеют по опытным данным порядок установленных двузначных масштабов гармонических рядов. Поэтому гармония, отображая через золотое сечение и его свойства нормированную асимметрию физических систем, играют новую роль в естествознании, отражая стремление Природы к саморазвитию.

Гармония определяет связующую роль между обобщениями философии и результатами научных дисциплин. Она объясняет смысл познания как преодоление явления «парадоксального тождества противоположностей», замещения причинной логики алогизмами (неопределённостями), известными в физике и механике, генетике и деятельности человека. Модальный синтез механики указал на существование в линейном пространстве множества траекторий динамически подобных моделей (матриц) систем. Синтез и самоорганизация групп инвариантов матриц положены в основу модели «механогенетики» - качественного аналога генома. Траектория «саморазвития» имеет, благодаря диагонализации матриц, встроеный замкнутый цикл самоотрицания бесконечного развития подобных систем. Материалы книги заслушивались дважды на семинаре «Метафизика» физического факультета МГУ, в ИМАШ РАН и ИПУ РАН.

Для научных сотрудников, студентов и всех, интересующихся проблемой гармонии естественных систем Природы в естествознании.

Предисловие к пятому изданию

Пятое издание книги  продолжает исследование гармонии и её роли в естествознании на основе диалектики Гегеля, начатое в предшествующем издании. Полученные результаты охватывают широкий  круг проблем, начиная с известных парадоксов древних греков, поставленных две тысячи лет назад, и заканчивая, по выражению В. Гейзенберга, фундаментальными парадоксами элементарных частиц, с которыми физики встретились в первой кризисной половине ХХ века.

Показано, что гармония объясняет причину совместного проявления парных противоположностей естественных систем: непрерывность и дискретность, детерминизм и случайность и многое другое. При этом однозначная (детерминированная) логика связей замещается двузначной (случайной) картиной восприятия физических явлений и языка человека. Установлена взаимосвязь гармонии с содержанием новых понятий: самоорганизация, синергетика и саморазвитие.

Показано, что на классе саморазвивающихся систем механогенетики имеют место «встречные» процессы: саморазвитие «от простого к сложному», характеризуемое самоорганизацией и ростом параметров дуальных альтернатив гармонии, и синергетика, редуцирующая текущие связи структуры системы и число энергетически активных параметров процесса до нескольких «параметров порядка». В результате возрастающая сложность системы компенсируется за счёт повышения эффективности управления. Однако механизм саморазвития на траектории динамического подобия, одновременно, ведёт систему к «самоуничтожению» в форме цикла возращения к исходному состоянию. Новые результаты изменяют некоторые традиционные взгляды или уточняют их содержание.

Выполненный анализ гармонии как проявления закономерности Природы в физике, механике и других областях деятельности человека привёл к необходимости уточнения названия книги: «Гармония – новая роль в естествознании».

Предисловие к первому изданию

Одним из главных итогов минувшего ХХ столетия, наряду с  достижениями науки и техники, можно признать углубляющийся конфликт человечества с Природой. Её имя, в связи с общим признанием первостепенной роли Природы в окружающем мире и цивилизации, далее рассматривается как собственное и пишется с большой буквы. Конфликт с Природой принимает драматические формы, особенно в области экологии и климата. Этот конфликт характеризуется в наиболее общем виде как нарушение гармонии естественных систем и окружающей среды в целом. В связи с этим возникают непростые и практически важные вопросы, решение которых не вполне ясно в настоящее время и нуждается в дальнейших масштабных исследованиях. Что надо понимать под мерами гармонии естественных систем и самой Природы, каково содержание и формы их количественного выражения, могут ли они измеряться и служить в качестве обобщённых мер дисгармонии естественных систем, каковы истоки их образования и закономерности с точки зрения физики и многое другое?

Вызов Природы и обсуждение поднятых и других вопросов вызвали известное противостояние мнений «физиков и лириков» по проблеме гармонии, произошедшее ещё в 60-тые годы прошлого столетия в СССР. Как многие считают, теперь его итог склонился объективно в пользу мнения лириков. Это мотивируется тем, что мысли и творчество лириков в целом ближе к Природе и  гармонии, чем специализированные знания. Поэтому они полнее чувствуют и отображают диалектику, парадоксы и, одновременно, синтезирующую роль гармонии в Природе. Это следует, в частности, из эпиграфа, написанного А.С. Пушкиным ещё в начале ХΙХ века, и отсутствия ссылки на явление гармонии по золотому сечению в известных современных курсах  теоретической физики. Знаменитый Вернер Гейзенберг отметил в начале своей книги «Физика и философия. Часть и целое» важность понятия гармонии, но не привёл в дальнейшем тексте свидетельств конструктивного использования её закономерностей [1, с.30]. Отмеченное положение, как теперь полагают, свидетельствует о том, что развитие разделов науки в области естествознания происходит чрезмерно обособленно. Это тормозит процесс познания. При обострении конфронтации  с Природой углублённое познание частей должно сопровождаться их более полным междисциплинарным синтезом с обязательной оценкой места и роли человека в этом процессе. В этом состоит сущность гуманизации (биологизации) науки, к которой призывал выдающийся исследователь Природы Н.Н. Моисеев [2]. Анализ закономерностей гармонии естественных систем находится в русле направления гуманизации науки и тесно связан с диалектикой познания. Философу-стоику Сенеке принадлежит высказывание, что «Природу можно победить только на основе её законов». Две тысячи лет допускалась сознательная конфронтация с Природой. Сейчас её стремятся  исключить.

Гармония по Гераклиту тесно связана с законами многообразия мироздания и его единства в целом на основе взаимодействия множества альтернатив. Единство альтернатив определяет наиболее общие условия существования нормы естественных систем, их предельное совершенство  и сбалансированность, в том числе по расходу энергии. В настоящее время собраны многочисленные  факты проявления гармонии в различных областях естествознания, искусства, социологии и ментальной деятельности человека, преимущественно по критерию золотого сечения[3-8]. Однако их взаимосвязь и роль в явлениях саморазвития систем Природы ещё не вполне изучены и практически не используются. Отчасти, это связано также с тем, что традиционные  закономерности гармонии все ещё находятся в состоянии определённой исторически сложившейся обособленности от специальных знаний и пока не востребованы ими. Поэтому дальнейший синтез знаний и гармонии систем нуждается в сближении с различными дисциплинами и, прежде всего, с физикой и механикой, принципами симметрии и инвариантности. Необходим также и более полный учёт многообразия явлений Природы на основе множества альтернативных факторов, свидетельств их асимметрии и иррациональности. Для этого, в свою очередь, необходимо, чтобы фундаментальная физика ещё более сближалась с биофизикой, а механика – с биомеханикой и, особенно, с вибробиомеханикой, в основе которой лежат спектральные методы исследования собственных свойств биосистем.

Теме гармонии систем Природы и творческой деятельности человека посвящены многочисленные публикации, монографии,  учебные пособия для студентов высших учебных заведений, сайты Интернета и, особенно, замечательный музей «Золотого сечения» на сайте http://www.goldenmuseum.com, созданный А.П. Стаховым. Во многих странах издаются специализированные журналы, проводятся международные семинары и конференции. Крупные обобщения в области гармонии по золотому сечению за последние два десятилетия сделаны в трудах А.П. Стахова, В.И. Коробко, М.А. Марутаева, И.Ш. Шевелева, А.П. Саврухина, С.А. Алфёрова и многих других [3, 4, 5, 6, 7, 8]. Определённый итог многочисленным достигнутым результатам в этой области был подведён международной конференцией «Проблемы Гармонии, Симметрии и Золотого Сечения в Природе, Науке и Искусстве», состоявшейся в 2003 году в городе Винница на Украине [9].

Наблюдаемый в настоящее время рост интереса научной общественности к теме синергетики, самоорганизации и гармонии систем можно рассматривать как своеобразный отклик на вызов Природы. В очень широкой и разнообразной тематике гармонии систем по золотому сечению просматриваются три взаимосвязанных направления исследований: биолого-генетические и логические истоки гармонии; симметрия, подобие и целостность саморазвития живых систем, и обобщение новых закономерностей в форме развития так называемой математики гармонии.

Заметим, что в синергетике и ряде других дисциплин, пока не применяются методы гармонии и подобия, которые весьма характерны для естественных систем Природы. Это затрудняет и тормозит познание проблемы их саморазвития. В развивающемся научном направлении «гармония систем» имеются свои особенности - присутствуют как традиционные основополагающие факторы золотого сечения и подобия, так и особая специфика междисциплинарности исследований. Разработчики этой области знаний обычно признают, в определённой мере, самодостаточность явления гармонии по золотому сечению в саморазвитии систем Природы. Допускается, что явления гармонии не связаны прямо с известными физическими законами, не подменяются ими, но существенно дополняют эти законы в чрезвычайно широком спектре явлений, особенно при анализе живых объектов и ментальной деятельности человека. Гармонии органически присущи не только подобие, но и трудно формализуемая диалектика реальных свойств естественных систем, возможность их перевоплощения и неоднозначность, множество дуальных (парных) альтернатив. Все это обеспечивает Природе фактическую свободу выбора решений, не превзойдённую человеком даже теоретически, на основе бифуркации траектории саморазвития естественных систем в направлении их предельного совершенства.

Данное исследование посвящено анализу оснований, развитию гармонии и подобия по золотому сечению на основе концепции единства альтернатив натурального и иррациональных рядов для отображения асимметрии формы и свойств естественных систем Природы. Цель работы состояла в исследовании общих свойств и системно-образующих параметров гармонии систем при помощи новых средств анализа и устранения неопределённости фактически используемого числового формата иррациональных чисел [5, 11-13]. Особое внимание уделено анализу совместности проявления таких альтернатив  как симметрия и асимметрия, подобие и не подобие, рациональность и иррациональность, определённость и неопределённость и другое.

Выполнен анализ взаимосвязи двух фундаментальных явлений – гармонии и асимметрии систем Природы. Установлено, что оба явления связаны между собой через золотое сечение и его свойства и поэтому могут быть выражены при помощи двузначных иррациональных рядов чисел. Для отображения общих свойств гармонии систем  натуральный ряд чисел дополнен сеткой двузначных иррациональных числовых последовательностей. Таким образом, введено и использовано вещественное числовое пространство, объединяющее в общем случае поли масштабные рациональные и иррациональные ряды. Иррациональные, а в общем случае и асимметричные рациональные числовые ряды узко специализированы. Их масштабы зависимы от характерных констант анализируемых систем, в отличие от универсального натурального ряда чисел, масштаб которого постоянен и, следовательно, безразличен к ним. Данная особенность позволяет асимметричным рядам более  адекватно и полно отображать локальные свойства гармонии систем, включая спиральные формы подобия. Это стало возможным в результате установления функциональной связи золотого и гармонического рядов. Они имеют разные масштабы и ряды, но тождество  способа деления отрезка по золотому сечению. Исследована необходимость совместной оценки числовых результатов, представленных рядами с разными масштабами, и предложено нормированное векторное вещественное пространство. Одной из важных задач признана оценка закономерностей, меры и пределов асимметрии природных систем.

Выполнен анализ связи параметров гармонии с минимизацией энергии механических моделей саморазвития и электрокардиограмм сердца человека, с подобием биений периодов обращения планет Солнечной системы, их физических параметров и др. Для иллюстрации возможностей метода даны его приложения к некоторым задачам гармонии в математике, метрологии, механике, медицине, музыке, физике, астрономии, архитектуре и экономике.

Данное исследование выполнено в Институте машиноведения им. А. А. Благонравова РАН при поддержке директора академика Фролова К. В. Автор выражает свою признательность академику Прангишвили И. В. за обсуждение в ИПУ РАН темы связи гармонии систем с управлением, д.ф.-м.н., проф. Владимирову Ю. С. за написание Введения к книге и высказанные критические пожелания, д.ф.-м.н., проф. Величенко В. В. за положительное рецензирование работы в ИМАШ на ее начальной фазе, за содействие сотрудникам лаборатории к.ф.-м.н. Кухаренко Б. Г., к.т.н. Бунину В. А., к.т.н. Статникову И. Н., ст. инж.- программисту Сверчкову Ю. Л., а также полковнику, к.т.н. Балакшину А. Б. и студенту Болтянскому А. В. Заслуживают благодарности отзывы, пожелания и замечания читателей предыдущего издания данной работы «Гармония систем, иррациональные ряды и золотое сечение», 2004 г. и особенно Марутаева М. А., Шевелева И. Ш., Алфёрова С. А., Землицкого М. Я., д.ф.-м.н. Петухова С. В., д.т.н. и д. филос. н., проф. Глазунова В. А., к.ф.-м.н. Харитонова А. С. и к.т.н. А. И. Ивануса.

Заключение

Книга посвящена в своей основе анализу двух фундаментальных и связанных явлений Природы – гармонии и саморазвитию естественных систем. Эти темы развивались в процессе работы над пятью дополняемыми изданиями книги.

Гармония и её свойства, в основе которых лежит диалектическое учение Г. Гегеля, играет важную и активную роль в естествознании,  физике и деятельности человека. Главные особенности гармонии состоят в том, что она может отражать как вероятностную логику Природы, так и оптимизировать системы. Имеет место разветвление (бифуркация) проявления одной из двух альтернатив гармонии с равной вероятностью. Это явление широко наблюдается в физике и других областях. В этом случае детерминированная (причинная) логика замещается вероятностными алогизмами и парадоксами. В. Гейзенберг назвал их фундаментальными парадоксами физики элементарных частиц. Гармония проявляется в связующей роли дуальных альтератив и асимметрии систем, непрерывности и дискретности, подобии и оптимальности. Показано, что известные ранее свойства и парадоксы, например формула золотого сечения и др., прямо прогнозируются или вытекают из алгоритма общей формулы гармонии по Гегелю. Установлена связь гармонии с явлениями самоорганизации, синергетики и саморазвития, которые наблюдаются в неустойчивых процессах сложных технических систем.

Модели механогенетики являются  качественно аналогом генома, планирующего «саморазвитие» динамически подобных систем. Их основой является модальный синтез механики. Модальный синтез учитывает подобие, свойственное структурам живых систем. Многомерными точками исследуемых траекторий развития являются динамически подобные матрицы моделей систем. Траектории подобия имеют начало в точке «самоорганизации» системы из нескольких независимых осцилляторов. Система имеет  особые свойства, определяемые группами инвариантов её матрицы, которые оптимизируют структуру, параметры и состояние. Наряду с этим траектория развития имеет теоретически как бы встроенные условия  «вырождения». Они связаны с преобразованием матрицы в диагональную форму исходно независимых собственных частот, которой она подобна. В этом случае траектория развития системы неизбежно возращается в исходное неструктуриванное состояние, лишенное связей. Таким образом, можно сказать, что «платой» за выбор Природой саморазвития систем по траекториям подобия является встроеный в механогенетику замкнутый цикл самоотрицания развития индивидуальной жизни. Следовательно, сохранение жизни возможно лишь в форме популяции на основе правила эстафеты.

Об авторе