Russian
   

Навигация по сайту  

   

База знаний  

   

Авторизация (получите больше информации)  

   

Map

   
   
   

   

   
   

Инвариантность восприятия времени и самоорганизация

Details

Б.Р. Мушаилов
(Государственный астрономический институт им. П.К.Штернберга (ГАИШ)
при МГУ им. М.В. Ломоносова)

1. Введение

Концепция автономных поселений (АП), основывающаяся на выборе оптимальных зон (терра-среды обитания) для их реализации по неотъемлемым критериям, обеспечивающим устойчивое существование [1], предполагает наличие ряда квазиинвариантов, характеризующих АП. Наряду с определённой концентрацией и парциальным давлением кислорода, азота, водяного пара, углекислого газа в атмосфере АП, величинами гравитационного, электромагнитного полей и т.п. к числу нетривиальных квазиинвариантов относится единая временная организация психических и двигательных актов, непосредственно связанная с асимметрией времени.

2. Общепринятые типы времени

Наличие асимметрии времени в явном виде проявляется на макроуровне. По современным представлениям, по меньшей мере, существуют четыре различных (различно определяемых) «стрелы времени»[1]).

Помимо «космологической» - направления, в котором вселенная эволюционирует, «термодинамическая стрела» (шкала) выделяет направление времени, в котором возрастает беспорядок, наблюдается рост энтропии. Так называемая «психологическая стрела» соответствует направлению, в котором человек ощущает ход времени, к которому – относит память о прошлом (но не помнит будущего), а «гравитационная стрела» - связана с макроскопическими свойствами самоорганизующейся материи.

Факт самого существования «стрелы времени» представляет особый интерес, поскольку все основные закономерности современной физики (локальные физические законы) инвариантны относительно времени.

Второй закон термодинамики, определяющий термодинамическую шкалу (в любой замкнутой системе беспорядок всегда возрастает со временем; или, иначе говоря, число степеней свободы молекулярного хаоса растёт со временем), по существу вытекает из того, что состояний беспорядка априори больше, чем упорядоченных состояний. Например, число оптимальных зон автономных поселений, обеспечивающих по априори выбранным критериям устойчивое существование этих поселений, является заведомо не тождественным подмножеством зон гипотетического существования автономных поселений. Если какая-то термодинамическая система вначале находится в одном из немногих состояний порядка, то система, эволюционируя, будет изменять своё состояние. Через некоторое время эта система из состояния порядка, наиболее вероятно (при отсутствии регулируемой отрицательной обратной связи) перейдёт в состояние беспорядка просто потому, что состояний беспорядка статистически больше. Следовательно, если система вначале находилась в состоянии высокого порядка, то со временем в термодинамической системе под действием внутренних факторов будет расти беспорядок. Это не противоречит известной теореме Пуанкаре о возвращении, согласно которой любая динамическая система по истечении определённого времени T возвращается в исходное состояние, поскольку T может стремиться к бесконечности.

С другой стороны, «психологическая стрела» времени - субъективное ощущение направления времени связано с процессами, идущими в организме и сознании человека. Темп его, как показали эксперименты, коррелирует с внешними условиями (терра-среды обитания) и внутренним состоянием человека. Этот темп времени не одинаков у разных людей.


3. Восприятие времени

На рубеже XIX – XX вв. в психологии было сделано важное открытие [2]. Экспериментально было установлено существование трёх типов зон переживаемого времени (фиксирование настоящего как временнóй единицы), ставших впоследствии классическими:

  • короткие интервалы (до 0,5 сек),
  • нейтральные интервалы (0,5 -1,0 сек),
  • длинные интервалы (больше 1,0 сек),

1 сек. равна 9192631770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия – 133.

При восприятии различных из приведённых типов зон люди по-разному их оценивают. Так, короткие интервалы воспринимаются в целом (длительность переживается как нерасчлененное мгновение) и при воспроизведении человек их удлиняет. В случае нейтральных интервалов, начало, конец и сама длительность воспринимаются как некоторое комфортное психологическое единство; в зоне нейтральных интервалов имеются такие длительности, для которых нет ни переоценки, ни недооценки при их воспроизведении. Так, интервалом в ~0,6 сек характеризуется наиболее удобная длительность шага при ходьбе, произнесение одного слова в речи, пауза между двумя ударами пульса и т.п.

Восприятие длинных интервалов (при воспроизведении их интервал сокращается) требует значительного волевого напряжения для объединения начала и конца длительности в целостный образ. Предел длительности психологического настоящего составляет от 3 до 5 сек.

Анализ особенностей воспроизведения длинных интервалов показал, что в акте восприятия время распадается на некоторое, всегда целое, число фундаментальных интервалов, длительностью равной t - единице времени, получившей название «действительное настоящее».

У каждого человека на хронометрическую единицу (объективное время) приходится своя собственная единица – индивидуальный «t-тип». На статистически значимых выборках было установлено, что существует практически сплошной спектр t-типов, ограниченный интервалом: 0,7 сек £ t £ 1,1 сек (см. рис. 1).

Рис. 1. t-типы в человеческой популяции.

(1) – спешащий, (2) – точный, (3) – медлительный типы людей.


Соответствие временных параметров движений трём временным зонам показывает, что у человека единая временная организация психических и двигательных актов. Деление на три зоны не случайно.

Зона мгновенно прошедшего времени - это граница перехода от настоящего к прошлому. В будущее же можно сделать шаг только из настоящего. То есть «действительное настоящее» выполняет связующую функцию между прошлым и будущим, так как находится между границами коротких и длинных интервалов. Такая постоянная связка на оси времени, имеющаяся у каждого человека, порождает собственный субъективный ход переживаемого времени и определяет индивидуальное отношение каждого человека к переживаемому времени.

Время в психике человека выступает универсальным параметром, который непосредственно заложен в нём, в его «t-типе», в функциях мозга. Подлинным измерителем «психического времени» служит «t-тип», для согласования хода которого (для согласования объективного и индивидуального времени) человечество придумало хронометрическое время.

  • Следовательно, темпоритм основополагающих жизненных процессов в АП не может быть произвольным, а должен коррелировать со спектром t-типов локализованных в интервале: 0,7 сек £ t £ 1,1 сек (см. рис. 1), что, в свою очередь, нелинейным образом обуславливает параметры и условия функционирования терра-среды обитания АП.В частности, длительность протекания единичных функциональных процессов

(продолжительность элементарного событийного факта) в АП не должна систематически быть меньше 0,5 сек и превышать 5 сек.

Вместе с тем, направление изменения психологического времени всегда связанно у человека с уверенностью, что происходят необратимые изменения от прошлого через настоящее к будущему. Физическая асимметрия психологического времени может быть связана с тем, что организм человека, как и любая система со сложными внутренними и внешними связями, является неинтегрируемой системой. А такие системы несимметричны относительно прошлого и будущего: как бы точно ни задавалось прошлое, нельзя абсолютно точно предсказать будущее (система как целое эволюционирует во времени). Причём направление психологического времени может быть вызвано возможностью появления новых степеней свободы, а изменение психологического времени отражает процесс «включения» этих степеней свободы в динамику системы.

С другой стороны, «психологическая стрела» времени может быть вызвана «термодинамической стрелой», поскольку запоминание событий (фиксация настоящего) идёт в том же порядке, в каком возрастает энтропия. Второй закон термодинамики становится при этом тривиальным: беспорядок растёт со временем потому, что мы измеряем время в направлении, в котором растёт беспорядок.

Эволюция вселенной (Метагалактики), ввиду иерархической её структуры, не оказывает доминирующего влияния на ход процессов в гравитационно-связанных системах таких, как галактики и Солнечная система. Не происходит, например, космологическое «растягивание» (увеличение) радиусов планет и Солнца. Поэтому возможная космологическая нестационарность вселенной не может определять направление течения времени в любой области (точке) пространства.

4. Самоорганизация в неравновесной системе

Астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что наряду с процессами разрушения структур, выравнивания температур и концентраций веществ, в Метагалактике (видимой части Вселенной) происходят разнообразные процессы самоорганизации материи [3]. В этих процессах (в частности, приводящих к известным формам жизни) развиваются пространственно – временные корреляции, нарушающие однородность и бесструктурность вещества.

В известной степени, аномально по отношению ко второму закону термодинамики ведёт себя гравитация. Если в некоторый момент времени имеется квазиоднородно распределённое вещество, то с течением времени, в силу гравитационной неустойчивости, оно фрагментирует на отдельные сгустки. Эти сгустки, благодаря собственному тяготению, будут сжиматься. При этом в процессах гравитационной фрагментации и сжатия образовавшихся сгустков вещества энтропия всей системы растёт, так как в ходе эволюции в системе появляется всё больше отдельных сгустков, а, следовательно, вариантов распределения гравитационной потенциальной энергии.

Для всех других известных фундаментальных взаимодействий рост энтропии означает, что распределение вещества становится более однородным.

В системах с гравитационным взаимодействием изменение времени можно связать с образованием вторичных субструктур. Начальные неоднородности плотности вещества Метагалактики, благодаря развитию гравитационной неустойчивости, должны превращаться в протогалактики. Из-за локального сжатия фрагментированного вещества, гравитационная потенциальная энергия всех новых образований растёт. В ходе эволюции эта энергия может переходить в другие формы, генерируя новые степени свободы. С ростом числа степеней свободы в системе растёт и энтропия. Структуры развиваются, и Метагалактика становится всё более организованной (структурированной), несмотря на рост энтропии. Появляются галактики, звёзды, планеты и другие сложные космические структуры, которые обязаны своим происхождением развитию гравитационной неустойчивости.

Таким образом, изменение гравитационного времени есть отражение процессов самоорганизации. В частности, с точки зрения эволюции звёздной материи, события выстраиваются в следующем порядке.

Первыми по времени, благодаря гравитационной неустойчивости и сжатию протозвёздного вещества, появляются звёзды, состоящие из первичного вещества – водорода и гелия. На поздних стадиях эволюции эти звёзды взрываются и обогащают окружающий газ ядрами химических элементов, которые были синтезированы в недрах звёзд и во время взрыва. Звёзды следующего поколения образуются тоже благодаря гравитации, но уже из газа, имеющего другой химический состав. Звёзды разных поколений, тем самым, свидетельствуют о том, сколько прошло времени с начала процесса фрагментации в первичном веществе. Появление звёзд из первоначально почти однородной среды соответствует появлению новых степеней свободы (то есть новых способов распределения внутренней энергии гравитирующего вещества). Тот факт, что в настоящее время видимая (наблюдаемая) материя сосредоточена, главным образом, в звёздах одного (I I) поколения, означает, что наблюдаемые области Метагалактики имеют (с точностью до нескольких миллионов лет и без учёта конечности скорости распространения света) примерно один и тот же возраст. Мы «чувствуем» этот возраст потому, что вся наша жизнь связана с ближайшей звездой второго поколения – Солнцем. Прошлое гравитационного времени отличается от его будущего тем, что в будущем могут появиться новые формы движения вещества.

Мерой гравитационного времени может быть мера самоорганизации (самоорганизация – появление макроскопически упорядоченных в пространстве и времени структур в первоначально бесструктурной среде, причём под структурой понимаются не только статичные образования, но и упорядоченные движения среды), которую можно определить величиной ׀S-S0 ׀/S0, где S, S0 – соответственно, значения энтропии системы с уже развитыми структурами и без них.

Самопроизвольное, не связанное с действием внешних регулярных полей, упорядоченное поведение в неравновесной системе есть следствие развития в ней определенного вида неустойчивости (например, гравитационной), когда движения отдельных подсистем становятся стохастическими (случайными). Возможность возникновения во всей системе упорядоченного движения зависит от характера коллективного взаимодействия подсистем. Система самоорганизуется, если стохастические и коллективные эффекты уравновесятся. В этом случае система попадает в состояние динамического равновесия, в котором стохастические – неустойчивые движения всех подсистем согласованы между собой, благодаря их коллективному взаимодействию.

Рост гравитационной энтропии (развитие новых степеней свободы) означает, что в системе развивается динамический хаос. По-видимому, в этом состоянии находится наблюдаемая Метагалактика.

В динамическом хаосе (система, в которой стохастичность траекторий есть следствие внутренних взаимодействий, а не случайных внешних воздействий) индивидуальные траектории движения тел (частиц) неустойчивы (направление касательного к траектории вектора изменяется экспоненциально по времени) и их движения воспринимаются как случайные блуждания. При временах, не превышающих время перемешивания, в расположении тел (частиц) прослеживаются определенные закономерности – корреляции. При больших временах перемешивания можно наблюдать корреляции как определённую структуру распределения среды в системе.

В этой связи, можно говорить о том, что динамический хаос состоит из структур, которые сменяют друг друга по истечении времени перемешивания, и тогда явление самоорганизации следует рассматривать как рождение структуры из хаоса структур. Структуры динамического хаоса могут отличаться не только разнообразием, но и симметрией форм.

То есть в динамическом хаосе есть определённая гармония, что существенно отличает его от истинного хаоса, который не связан с какими – либо динамическими процессами.

В теории так называемого «Большого взрыва» предполагается, что начальное распределение материи квазиоднородно. Но такое распределение неустойчиво: малые возмущения однородности должны приводить к тому, что к точке концентрации будет притягиваться окрестное вещество и в результате должно происходить нарушение первоначально симметричного распределения.

Переход от симметричного распределения сразу к абсолютно несимметричному крайне маловероятен. Более вероятны такие возмущения, при которых часть симметрий остаётся (они образуют подгруппу G исходной группы симметрии).

Если некоторая точка а охвачена возмущением, которое симметрично относительно определенного преобразования Н, то, очевидно, возмущение будет охватывать и точку Н(а). Множество всех точек Н(а) для всех преобразований Н из подгруппы G принято именовать орбитой подгруппы G.

Тогда область расположения возмущений, а значит и форма тела, формирующегося при этом возмущении, состоит из орбит подгрупп исходной группы симметрии.

Подобная интерпретация (схема) позволяет объяснить практически все наблюдаемые формы небесных тел, их сравнительную распространённость, преимущественное направление эволюции геометрических форм: от однородного распределения к диску (протогалактика, протопланетная система), затем – к логарифмической спирали и к системе, состоящей из центрального тела и спутников, расстояния которых до этого тела образуют геометрическую прогрессию [4].

  • Следовательно, принцип формирования АП целесообразно реализовывать аналогично механизму гравитационной неустойчивости, формирующему самоорганизующиеся структуры, то есть обеспечивать структурирование дифференциальных (локальных) автономных поселений в результате ветвления (фрагментации) исходного – базового автономного поселения.

В результате многолетних экспериментальных исследований было также показано, что в неравновесных термодинамических условиях происходит самоорганизация (самосборка) супрамолекулярных кластерных пленок (наноструктур) белка с образованием сверхрешётки с определёнными видами и масштабами симметрии (спиральная, зеркальная, киральная и др.) с нано- до макроуровня, которые характерны для живой природы [5].

Многообразие химических веществ и биологических структур, построенных на основе базисных (фундаментальных) структур (элементов, блоков), следует интерпретировать как результат нарушения исходной симметрии.

Таким образом, в целом феномен самоорганизации следует рассматривать как коллективный процесс в неравновесной системе, а поэтому автономные поселения возможны и в неравновесной системе!

5. Заключение

Каждому человеку имманентно присуща единая временнáя организация психических и двигательных актов, связанная с процессами, происходящими в организме и сознании человека. Хотя темп времени не одинаков у разных людей, время в психике человека выступает универсальным параметром (инвариантом), который непосредственно заложен в нём, в функциях его мозга.

Подлинным измерителем «психического времени» служит так называемый «t-тип». В акте восприятия время распадается на некоторое, всегда целое, число фундаментальных интервалов, длительностью равной t - единице времени, получившей название «действительное настоящее» и выполняющей связующую функцию между прошлым и будущим. Каждому человеку свойственна своя собственная единица – индивидуальный «t-тип», однако спектр t локализован интервалом: 0,7 сек £ t £ 1,1 сек, так что восприятие «действительного настоящего» для всех людей ограничено данным временны΄м интервалом. Человек воспринимает предопределённый темпоритм, прежде всего потому, что вся его жизнь связана с ближайшей звездой – Солнцем.

В случае нейтральных интервалов, протяжённостью ~ 0,5 ÷ 1,0 сек, начало, конец и сама длительность воспринимаются как некоторое комфортное психологическое единство. Восприятие же длинных интервалов приводит к значительным волевым напряжениям для объединения начала и конца длительности в целостный образ. Предел длительности психологического настоящего составляет от 3 до 5 сек. Следовательно, темпоритм основополагающих жизненных процессов в АП должен коррелировать со спектром t-типов локализованных в интервале: 0,7 сек £ t £ 1,1 сек, а это, в свою очередь, предопределяет параметры и условия функционирования терра-среды обитания АП. В частности, длительность протекания единичных актов в АП не должна систематически превышать интервал от 0,5 сек до 5 сек.

В термодинамической системе, находящейся в состоянии высокого порядка, под действием внутренних факторов со временем будет расти беспорядок, однако наряду с процессами разрушения структур, выравнивания температур и концентраций веществ, возможны разнообразные процессы самоорганизации материи.

В частности, изменение гравитационного времени есть отражение процессов самоорганизации. Прошлое гравитационного времени отличается от его будущего тем, что в будущем могут появиться новые формы движения вещества.

Система самоорганизуется, если стохастические и коллективные эффекты уравновесятся. В этом случае система попадает в состояние динамического равновесия, в котором стохастические – неустойчивые движения всех подсистем согласованы между собой, благодаря их коллективному взаимодействию. Динамический хаос состоит из структур, которые сменяют друг друга по истечении времени перемешивания, и тогда явление самоорганизации следует рассматривать как рождение структуры из хаоса структур. Структуры динамического хаоса могут отличаться не только разнообразием, но и симметрией форм.

Переход от симметричного распределения сразу к абсолютно несимметричному крайне маловероятен. Более вероятны такие возмущения, при которых часть симметрий остаётся, что, в конечном итоге, позволяет объяснить практически все наблюдаемые формы небесных тел, а также виды структур, характерных для живой природы.

Механизм гравитационной неустойчивости, приводящий к появлению самоорганизующихся структур, целесообразно реализовывать и при формировании АП в результате ветвления (фрагментации) исходного – базового автономного поселения на локальные автономные поселения специализированного предназначения.

В целом самоорганизация является коллективным процессом в неравновесной системе, а поэтому автономные поселения возможны и в неравновесной системе.


Литература

1. Мушаилов Б.Р. О фундаментальных принципах планетонавтики. Статья в этом же сборнике.

2. Фресс П., Пиаже Ж. Экспериментальная психология. Вып. YI. 1978. С. 88-130.

3. Розгачёва И.К. Самоорганизующиеся системы во вселенной. Сер. "Космонавтика, астрономия". М. Знание, 1989.

4. Фейнберг Дж. Из чего сделан мир. М. Мир, 1980.

5. Рапис Е. Белок и жизнь. Самоорганизация, самосборка и симметрия наноструктурных супрамолекулярных пленок белка. ИЕРУСАЛИМ "ФИЛОБИБЛОН". 2003.



[1]) В настоящее время принята линейная метрическая концепция времени в противоположность циклическому характеру его изменения, как это представлялось в античную эпоху, да и в последующие века.

   
   
© 2020 - "InoCont"; info@inocont.net