Биофизическая модель развития цивилизаций

Цивилизации были ступенями общественного и технического прогресса, так как технические достижения каждой из них распространялись за ее пределы и сохранялись там после ее гибели. Небольшие цивилизации Египта, Индии, Двуречья, государства Шан сменились гигантами: Римской империей, государством Мин, империей Моголов, Западноевропейской цивилизацией. Со времени великих географических открытий началось формирование единой мировой цивилизации, резко ускорившееся во время промышленной революции. На повестке дня - создание Мирового государства, ибо мир уже един в экономическом и в информационном отношении, а средства управления позволяют контролировать события в любой точке Земли из одного центра.

Рассматривая причины упадка и разрушения Римской империи, Э. Гиббон поставил вопрос о судьбе современной цивилизации. [9] Нынешний социальный и экологический кризисы делают решение этого вопроса актуальной научной проблемой, имеющей фундаментальное значение для дальнейшего существования человечества.

Факторы, определяющие причины возникновения, расцвета и гибели цивилизаций, следует искать в особенностях их системной организации, так как не природные, а стихийно действующие социальные процессы привели к гибели Древний Египет, Римскую империю, государство Хань и другие древние общества. Их гибель была не просто переходом общества из одного состояния в другое: она носила характер катастрофы. Падал культурный уровень, иногда вплоть до утраты письменности, разрушалась наука, падал уровень техники и технологии, снижался уровень жизни. Сопутствующие этому гражданские войны, вторжения иноземных завоевателей, разрушение экономики вели к массовой гибели населения. Те же стихийные силы действуют в современном обществе, породив, в частности, экологический кризис. Цивилизация - социальная система, поэтому особенности ее развития можно понять, используя общие законы теории систем. Таковы законы термодинамики, в принципе не зависящие от природы образующих систему объектов, а именно: закон сохранения энергии замкнутой системы (I начало термодинамики), закон возрастания энтропии (неупорядоченности) замкнутой системы (II начало термодинамики), закон стремления к нулю энтропии (стремления к полной упорядоченности) системы при стремлении к нулю ее температуры (III начало термодинамики).

Под энтропией ниже понимается информационная энтропия Н = -  pi log2 pi где pi-вероятности различных состояний системы. В биологических и социальных системах pi- вероятность состояний, возникающих в результате выполнения системой ее функций. Социальная система - открытая система, через которую проходит поток вещества, энергии и информации. В открытых системах законы термодинамики проявляются в диалектическом единстве: рассеяние энергии такой системой в виде излучения приводит к росту энтропии всей системы, в то время как снижение внутренней энергии системы, обусловленное потерей энергии при излучении, ведет к уменьшению энтропии подсистемы вещества. Это справедливо для таких объектов, как возбужденный атом, звездная система, конденсирующийся пар или замерзающая жидкость. Наиболее близкий аналог социальных систем - биологические системы. Для последних справедлива теорема Э. Шредингера о питании системы упорядоченностью из окружающей среды. Суммарная энтропия системы "биологический объект - окружающая среда" растет, т.е. беспорядок, создаваемый живым, превышает достигаемую при жизнедеятельности упорядоченность. [10]

Основное проявление жизни биологической системы - процесс деления клетки, происходящий в тот момент, когда масса клетки удваивается. Фактор, вызывающий процесс деления, пока неизвестен, но деление может быть следствием только одной из двух причин. Первая - ухудшение условий питания с ростом клетки. Действительно, входной поток вещества, энергии и информации пропорционален площади поверхности клетки, а число его потребителей пропорционально ее объему. Отношение же "объем - поверхность" пропорционально линейному размеру клетки. Следовательно, величина удельного потока, или потока, приходящегося на единичного потребителя, уменьшается с ростом клетки, и процессы жизнедеятельности должны замедляться. При этом скорость процессов метаболизма остается постоянной, поскольку они не зависят от размеров. Максимальный размер клетки определяется условием превышения скорости процессов жизнедеятельности над скоростью процессов разрушения. Вторая причина, ограничивающая размер клетки, - ухудшение условий управления внутренними процессами. С ростом клетки увеличивается время прохождения сигналов. Кроме того, рост клетки означает построение копий каждого ее элемента. Возникают два центра управления, и эффективное руководство делается невозможным. Деление клетки приводит к снижению ее энтропии, т.е. увеличению упорядоченности. Лишняя энтропия сбрасывается в окружающую среду.

При делении в специально подобранных средах клетки образуют колонии (культуры). Клетки, живущие в колонии, после 50-60 делений неизбежно гибнут. Поэтому продолжительное существование данного вида возможно либо путем распада на отдельные клетки, если они способны выжить в одиночку, либо путем образования системы - многоклеточного организма. Многоклеточный организм - это способ существования вида, клетки которого не в состоянии выжить в одиночку. Организм растет за счет процессов накопления вещества, энергии и информации в клетках, что обусловливает их деление. Увеличение числа клеток приводит к уменьшению удельного потока благодаря отношению "объем - поверхность" и к увеличению энтропии системы из-за увеличения числа элементов. Уменьшение удельного потока при постоянной скорости процессов метаболизма ведет к снижению средней внутренней энергии, приходящейся на отдельную клетку, или температуры, что, в свою очередь, ведет к увеличению упорядоченности системы путем увеличения ее структурной сложности, компенсирующей рост энтропии, обусловленный ростом числа элементов. Рост организма прекращается тогда, когда становится невозможным дальнейшее усложнение системы, образованной из клеток данного типа, определяемого генотипом.

Разрушение организма обусловлено двумя причинами: различной скоростью процессов накопления вещества, энергии, информации в разных его органах и нарастанием нарушений жизненных процессов на уровне клетки. В силу различий в условиях функционирования разные подсистемы организма развиваются с разной скоростью и используют при этом разные стратегии. Так, клетки печени и слизистых оболочек очень часто делятся на протяжении всей жизни организма, в то время как нервные клетки и клетки мышц теряют способность делиться очень рано. Различная скорость накопления в разных органах ведет к тому, что оптимальная, т.е. обеспечивающая наименьшую энтропию, согласованность функционирования органов достигается только в определенный отрезок времени. Рассогласованность функционирования подсистем организма усиливается также постепенно нарастающими отклонениями от нормы процессов на низшем уровне системной организации - уровне клетки. Например, неделящиеся клетки нервной системы постепенно отмирают, в то время как быстро делящиеся клетки при сбоях в процессе деления могут перейти в раковую форму, а клетки стенок кровеносных сосудов кальцинируются. Увеличение рассогласованности функций отдельных органов увеличивает энтропию организма. Положение осложняется тем, что для компенсации отклонений от нормы функций отдельных подсистем организма требуются воздействия, нарушающие нормальное функционирование других его подсистем: снижение давления крови можно компенсировать возбуждающими средствами, однако они нарушают работу нервной системы и органов пищеварения. Процесс увеличения энтропии организма, или рассогласованности функционирования его органов, нарастает и достигает такой величины, что эффективное управление при данной системной организации становится невозможным. Нарушение же системной целостности означает гибель организма.