Рассмотрены результаты исследований процессов в различных системах. Обосновывается разделение изменчивости хода процессов на три группы: 1) флуктуации параметров, характеризующих ход процессов в физико-химических, биологических и иных сложных системах. Ход процессов в таких системах имеет хаотичный, всплесковый и фрактальный характер; 2) непостоянство интенсивности процессов в системах, состоящих из множества независимых элементов (например, ядер в радиоактивном веществе). В таких системах обнаружены как плавные ритмические изменения, так и короткие всплески; 3) изменчивость распределений значений, получаемых при многократных измерениях, даже если средняя скорость процесса неизменна. Обнаружены изменения распределений, имеющие космическую ритмику, а также вызываемые искусственными воздействиями. Изменчивость такого рода, возможно, указывает на существование особых информационных (энтропийных) взаимодействий.

Изменчивость хода процессов характеризуется ритмичностью, т.е. самоподобием во времени, и флуктуациями, т.е. хаотичными отклонениями от средней величины. В некоторых процессах, например в движении планет вокруг звезд, преобладает ритмичность. В других процессах преобладает хаотичность. Эталоном хаотичности считается распад радиоактивных ядер. Обычно в процессах есть и ритмика, и хаотичность. Например, погода меняется и ритмично - летом всегда теплее, чем зимой, и хаотично - измениться она может быстро и совершенно неожиданно.

Изучение изменчивости процессов является мощным инструментом познания. Например, исследование ритмики движения планет позволило не только понять устройство Солнечной системы, но и открыть закон Всемирного тяготения. А малые отклонения от «правильной» ритмики движения планет позволяют обнаруживать объекты, не видимые в телескоп.

Прогнозирование поведения сложных систем, состоящих из множества взаимосвязанных элементов, является одной из нерешенных научных проблем. К числу таких систем относится земная биосфера, процессы в которой многообразно и неоднозначно связаны изменениями в литосфере, атмосфере, гидросфере Земли и с процессами в Космосе [1, 2, 8, 10]. Аномальная динамика обнаружена при исследованиях хода физико-химических и биохимических процессов [4-9]. Исследование процессов в сложных системах в настоящее время, в основном, находится на стадии накопления и обобщения эмпирических данных. Многие из проведенных исследований выявляют в разнообразных геофизических, физико-химических, биологических, биосферных и социальных процессах ритмы, периоды которых совпадают с периодами космических явлений (солнечная активность, изменение взаимного положения небесных тел, движение Солнечной системы в Галактике). Это указывает на тесную связь земных и космических явлений. Однако, объяснение космо-земных связей далеко от совершенства. Нерешенность этой проблемы затрудняет удовлетворительное предсказание погоды и предотвращение трагических катаклизмов.

Считается, что изменения хода процессов в разнообразных земных системах являются реакцией на изменение геофизической обстановки [2]. Но остается неясным, как слабые геофизические изменения, индуцированные солнечной активностью, при наличии сильного и нестабильного фона оказывают весьма значительное влияние на процессы в живых и неживых системах, даже если они находятся в экранирующих камерах. На уровне гипотез до сих пор остается объяснение причин циклических изменений интенсивности происходящих на Солнце явлений. Неизвестность механизмов влияния взаимного положения Земли, Луны и Солнца, кроме приливных, делает непонятным целый ряд явлений, имеющих лунномесячную ритмику.

Здесь упомянуты лишь немногие из проблем космо-земных взаимодействий. Подходы к решению этих проблем изложены в [2, 10-17].

Радиоактивный распад, напротив, относится к числу весьма устойчивых и "хорошо прогнозируемых" процессов. Считается, что это явление имеет надежное теоретическое объяснение. Согласно существующим представлениям, должно происходить снижение числа испускаемых в единицу времени частиц по экспоненциальному закону с флуктуациями, соответствующими распределению Пуассона. Обнаружение даже самого небольшого отклонения от такого хода можно уподобить обнаружению аномалии в орбитальном движении небесного тела: оно указывает на наличие неизвестных воздействий или неисследованных свойств пространства и времени. Важность этих исследований очевидна. Понятно, что такие исследования требуют сочетания высокой тщательности с осторожностью выводов.

Обнаружение космической ритмики в радиоактивном распаде, а также в физикохимических и биохимических процессах [1, 4-9, 18, 19], которые, казалось бы, с Космосом никак не связаны, явилось важным событием в исследованиях космо-земных связей. Схожесть хода процессов в физико-химических системах с процессами во многих других сложных системах показывает возможность использования физико-химических процессов в качестве модели процессов большого масштаба, например геофизических или социальных, непосредственное изучение которых - дело весьма трудоемкое и дорогостоящее.

Обобщение обширного материала, полученного в результате исследований хода процессов в различных системах, позволяет разделить изменчивость хода процессов на три типа. Первый тип изменчивости характерен для процессов, происходящих в физикохимических, биологических и иных системах с множеством взаимосвязанных элементов. Второй тип изменчивости характерен для процессов в системах, состоящих из множества независимых элементов (например, ядер в радиоактивном веществе). Третий тип изменчивости - изменение распределений значений, получаемых при многократных измерениях.

Изменчивость первого типа являются результатом процессов, происходящих в системах, состоящих из большого числа взаимодействующих элементов, способных накапливать и высвобождать энергию. Ход процессов в таких системах имеет хаотичный, всплесковый характер и самоподобен (фрактален) на очень разных развертках во времени. Для процессов в таких системах характерен спектр типа 1/f (вероятность событий в единицу времени обратно пропорциональна их «силе») [3, 20-23].

Объекты, в которых возникают флуктуации такого типа, весьма разнообразны. Это и недра Земли с землетрясениями, и горные массивы с камнепадами и снежными лавинами, и атмосфера с множеством происходящих в ней процессов, и Солнце с его активностью. Такие же флуктуации характерны и для параметров, характеризующих ход процессов в ряде физико-химических систем и в живых организмах. Подобным же образом флуктуирует число особей в популяциях и социальная активность в человеческом сообществе [24]. Такие же флуктуации – фликкер-шум - преобладают и у электронных приборов в области низких частот [3, 9]. В последние годы фликкер-шумом часто называют флуктуации такого типа не только в электронных, но и в любых системах.

Свойства таких систем описывает теория самоорганизованной критичности [20-23], показывающая, что фрактальные флуктуации со спектром типа 1/f формируются в больших системах, состоящих из многочисленных нелинейно взаимодействующих элементов, в результате суперпозиции небольших динамических неустойчивостей, которые развиваются по принципу цепных реакций и охватывают широкий диапазон пространственных, временных и энергетических масштабов. Фрактальные флуктуации выступают в роли «балансировочного процесса», обеспечивающего макроскопическую устойчивость неравновесной системы с большим числом степенной свободы. Отметим близость теории самоорганизованной критичности и «принципа устойчивого неравновесия», сформулированного Э.Бауэром [25].

Такого рода сложные системы не только живут своей внутренней жизнью, но могут обладать высокой чувствительностью к внешним воздействиям, поскольку часть их элементов находится в предпороговом состоянии, когда достаточно небольшого толчка, чтобы накопленная энергия сбросилась. Когда этот слабый толчок происходит, множество предпороговых элементов высвобождают свою энергию одновременно, и энерговыделение в системе многократно превосходит обычное. Усиленное энерговыделение может стимулировать сброс энергии у элементов, более удаленных от порога, что лавинообразно увеличивает величину эффекта.

Под "энергией" можно подразумевать все, что способно накапливаться и высвобождаться. Это и носители заряда, захватываемые дефектами кристаллической решетки в полупроводниках, и снег на горных склонах, порождающий лавины, и изменения в литосфере, приводящие к землетрясениям, и многое другое, в том числе, напряженность в человеческом сообществе.

Лавинообразное энерговыделение происходит, если система до воздействия смогла "наполнить" свои резервуары, т.е. достаточно долго была без ощутимых внешних воздействий. При наличии же внешних достаточно сильных и частых воздействий сброс энергии элементами происходит далеко от порога, и коллективного высвобождения энергии, охватывающего всю систему или значительную ее часть, происходить не может. Это объясняет парадоксальное свойство систем такого типа: сильный отклик на слабые и редкие воздействия и малозаметный отклик на сильные и частые воздействия. Этим объясняется и возрастание отчетливости отклика таких систем на необычные воздействия при увеличении качества изоляции от воздействий обычного типа. С этим связана способность экранированных систем, генерирующих фликкер-шум, откликаться на космические (рис. 2) и экстрасенсорные (рис. 3) воздействия [8, 26, 27].

Проиллюстрируем вышесказанное несколькими примерами. На рис. 1 показано изменение амплитуды инфранизкочастотных флуктуаций (фликкер-шума) транзистора на протяжении 3 суток и 4 лет. Несмотря на очень разный масштаб времени, характер изменчивости амплитуды одинаков: всплески различной амплитуды, хаотично распределенные во времени.

Для выявления ритмичности в ходе различных процессов обычно применяется Фурье-анализ. Применение этого анализа к фликкер-шуму транзисторов лишь подтверждает наличие спектра типа 1/f, не выявляя достоверно выделяющихся частот (периодов). Это не удивительно: фурье-анализ по самой своей сути предназначен для выявления из сигналов гармонических составляющих, т.е. имеющих неизменную амплитуду, частоту и фазу. Флуктуации в сложных системах совсем не таковы. Их отклик даже на одинаковые внешние воздействия неоднозначен (он зависит как от предыстории внешних воздействий, так и от хода процессов внутри системы). В результате "сигнал", возникающий в такой системе, не обладает свойствами, необходимыми для корректного применения фурье-анализа. Своеобразие процессов типа фликкер-шума заключается в том, что их ритмика состоит не в закономерных более или менее одинаковых изменениях, а в случайных изменениях, происходящих с закономерно меняющейся во времени вероятностью Адекватным методом анализа в этом случае является метод наложенных эпох. Результат применения этого метода к фликкер-шуму транзистора показан на рис. 2.

формате PDF (302Кб)