Геннадий Александрович Салтанов
Газотермодинамика новой России
6.3. Механизмы воздействия на кризисы неравновесных процессов
В [15] предложен и обоснован ряд способов и механизмов воздействия на кризисы такого типа в плане их смещения, локализации, подавления и минимизации последствий.
Влияние скорости расширения среды в зону метастабильности.
Показано, что с ростом скорости расширения глубина зоны метастабильности увеличивается, DТ возрастает, зона скачкообразной конденсации смещается по потоку в область б0льших чисел Маха.
При выходе из трансзвуковой области нестационарность вырождается, кризис 2-го или 3-го типа переходит в кризис 1-го типа.
Влияние пространственных параметров области возникновения критических значений метастабильности (аналог внешних ограничений).
Показано, что наибольшая вероятность возникновения нестационарности (кризисы 2-го и 3-го типа) соответствует достижению предельного переохлаждения среды в т.н. «особых» точках (в газодинамике – это область перехода через скорость звука). Изменяя геометрию сопла (внешние границы процесса течения), можно перевести течение из нестационарного (кризисы 2-го или 3-го типа) в стационарное.
Внешние воздействия.
Введение инородных (гетерогенных) центров конденсации, приводящих к замедлению или полному исключению возможности создания зоны метастабильности, стабилизации процесса или полному подавлению кризисных явлений. При этом, как показано в [15], даже малые дозы посторонних (введенных извне) центров конденсации могут играть доминирующую роль для процесса выхода системы из текущего метастабильного состояния. В терминах неравновесной термогазодинамики – это процесс течения с гетерогенной конденсацией. [15, 19]
К внешним воздействиям можно отнести и начальные параметры на входе в сопло. Так, с ростом температуры на входе в сопло глубина метастабильности (величина переохлаждения DТ) в потенциально кризисных зонах уменьшается, что приводит к изменениям типа кризиса или его полному вырождению.
6.4. Верификация и легитимация моделей кризисов метастабильности
После публикации монографии [15] происходит возрастание интереса к описанным выше процессам как в СССР, так и за рубежом.
Так в крупной работе ученых ведущей французской атомной корпорации Электриситэ де Франс (ЕdF) подтверждены различные типы кризисов нестационарной конденсации. При этом подчеркнут приоритет российской школы: «SALTANOV (1979) studies 3 kinds of unsteady condensation. Two of them are calculated by codу presented in this paper». [15]
Крупные работы по развитию этого направления опубликованы в 1995 г. и активно обсуждались на форуме «Euromech Collogium 331» в Геттингене, организованном на базе Университета Карлсруэ, где Г.А. Салтанов участвовал в качестве спикера и приглашенного профессора. Ведущий докладчик – проф. G.H. Schnerr особо отметил развитие этих работ именно на базе исследований [15].
Большой интерес был проявлен в Electrical Power Research Institute (EPRI) США, где автор был также приглашенным спикером на конференции EPRI Workshop, «Moisture nucleation in steam turbine» в 1995 г.
Кризисы метастабильности активно обсуждались и комментировались ведущими учеными в ряде других стран (проф. Бактар, Англия, Кембридж; проф. Gyarmathy, Швейцария; проф. М. Stasthy, (Чехия) и др.)
В России это направление оказалось востребованным при создании гиперзвуковых аэродинамических труб (работы ЦАГИ – Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского). Так в монографии [19], подробно проанализированы и подтверждены все типы кризисов нарушения метастабильности спонтанной конденсации, впервые представленных в [15].
6.5. Методы неравновесной газотермодинамики в аспекте социогуманитарном
На основе вышеприведенного анализа процессов неравновесной газотермодинамики напрашиваются определенные аналогии с процессами развития социума в условиях нестабильности с различными типами кризисных явлений. Это подтверждается и при анализе работ школы И. Пригожина, где отмечается наличие важных общих компонент в методологической структуре естественнонаучного и социального познания [11, 12]. Особое внимание обращается на рассмотрение поведения неравновесных систем вблизи точек бифуркаций. При этом, как подчеркивает Пригожин, неизбежно напрашивается аналогия с социальными явлениями и даже с историей.
Существуют различные определения бифуркации (гл. 3) В аспекте термодинамической неравновесности можно использовать понятие бифуркации как период или момент в истории системы, когда она превращается из одной системной определенности в другую. Это точка критической неустойчивости развития, в которой система перестраивается, выбирает один из возможных путей дальнейшего развития, т.е. происходит некий фазовый переход. Периоды относительной стабильности (метастабильности) рассматриваются как некая база накопления разнообразия и дифференциации, трамплин для скачкообразного перехода в новое состояние системы.
При этом даже при наличии потерь энергии при фазовом переходе эти накопления и дифференциации, инициированные метастабильностью и последующими кризисами, приводят к более совершенному состоянию и развитию «новой» системы.
В то же время метастабильность вовсе неэквивалентна нестабильности и может длиться довольно долго, если никто не примется вдруг «раскачивать лодку».
В [11] эти явления рассматриваются с позиций самоорганизации. Отмечается, что важнейшей общей чертой широкого класса процессов самоорганизации является потеря устойчивости и последующий переход к устойчивым диссипативным структурам. В определенной мере это соответствует процессам и кризисам при течениях с неравновесными фазовыми переходами, рассмотренными выше. Это потеря относительной устойчивости (метастабильности) вследствие достижения критического переохлаждения (перенасыщения) потока пара, резкая активизация флуктуаций (скорости ядрообразования) и переход к новой устойчивой структуре (даже если она периодически нестационарна).
Возможные аналогии процессов и моделей метастабильности, нестационарности и кризисных явлений, рассмотренных в [15], с синергетическими моделями и методами анализа социально-экономического и политического развития страны в условиях локальной и глобальной нестабильности (см. работы И. Пригожина, А. Самарского, С. Курдюмова, Л. Лескова:
• Использование в обоих случаях понятий и моделей нелинейных неравновесных систем.
• Базирование на понятиях метастабильности, флуктуаций, фа-зовых переходов, факторах мультипликативности при кризисных явлениях, бифуркациях.
• Наличие схожих граничных условий и внешних воздействий на развитие или подавление неустойчивости и кризисных явлений.
• Использование современных методов математического моделирования и вычислительного эксперимента на основе нелинейной динамики и статистической физики, газодинамики.
При этом в качестве инструментов используются системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных и эффективные разностные схемы их решения.
Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики – неравновесной газотермодинамики, статистической физики, теории катастроф и др. Именно такой подход использовался в [15] при исследовании нестационарных неравновесных процессов газотермодинамики, что и позволило выявить и описать различные кризисные явления, кратко представленные выше.
6.6. Нелинейная динамика и метастабильность России
Рассмотрим в порядке эксперимента современное состояние и возможные пути социально-экономического и политического развития России в аспекте процессов, явлений и эффектов неравновесной газотермодинамики.
На основании проведенного выше анализа выделим следующие базовые позиции.
• Будем исходить из того, что несмотря на глобальную не-стабильность, ситуация в России в настоящий момент находится в относительно устойчивом, т.е. метастабильном состоянии.
• Метастабильность такого типа чревата возможностью неуправляемого или управляемого перехода в новое состояние (аналоги – скачкообразная конденсация перенасыщенного пара).
• В зависимости от внутренних и внешних условий такой (фазовый) переход может сопровождаться возникновением и развитием кризисов различного типа (скачкообразная трансформация системы с ростом энтропии и потерей энергии, автоколебательные процессы, провоцирующие мультипликативные эффекты и т.п.).
• Существует чувствительность рассматриваемых процессов и состояний к пространственным граничным условиям (в газодинамическом плане – это геометрия сопла), месту нарушения метастабильности (точки бифуркации, другие особые точки – в газодинамике – это зоны перехода через скорость звука), внешним воздействиям (в неравновесной газотермодинамике это, например, принудительное введение в систему искусственных центров конденсации).
• Существуют способы и механизмы управления неустойчивым состоянием системы, различные пути выхода из метастабильности с образованием новой устойчивой или квазиустойчивой структуры.
• Наблюдаются аналогии в проявлении мультипликативных и резонансных эффектов. Так, например, в системах с неравновесными фазовыми переходами – возникновение интенсивных пульсаций ударных волн при течении в сверхзвуковых соплах с нерасчетным противодавлением при возникновении кризиса 2-го типа [15].
• В социально-экономическом аспекте – это, например, введение внешних ограничений в виде санкций, активизация внутрисистемных центров дестабилизации метастабильного состояния системы при росте напряженности (в термодинамике – перенасыщения) и др. Отсюда возможность скачкообразного (кризисного) перехода в новое состояние, в том числе реализуемого в форме автоколебательного процесса (см. например – 30-летняя периодическая нестационарность Украины как аналог кризиса 2-го типа).
• Отмечается важная для анализа метастабильных состояний и кризисных явлений роль особых точек, точек бифуркаций.
В газодинамике в плане анализа неравновесных процессов наиболее интересны «особые точки» области перехода через скорость звука.
Предполагается, что периоды метастабильности – как этапы относительной стабильности – необходимы для накопления разнообразия, дифференциации и диверсификации как базы дальнейшего развития системы. В этом плане метастабильность может рассматриваться как трамплин для перехода через кризисы в новое состояние.
В свете вышеизложенного понятны и оправданны попытки использования естественнонаучных подходов при построении и анализе моделей состояния и развития социума в периоды нестабильности [10, 11, 12, 13 и др.].
Сочетание (интеграция, конвергенция) моделей неравновесной газотермодинамики, статистической физики, их описание нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных и использование развитых методов вычислительного эксперимента и компьютерного моделирования позволяют выявлять, детально исследовать и прогнозировать различные типы кризисов метастабильных систем.
Приведем некоторые весьма наглядные примеры и аналоги физических и социально-политических эффектов кризисных разрушений метастабильных состояний различных систем.
Упрощенная иллюстрация аналогии физического и социально-политического эффекта кризисного разрушения метастабильности системы.
Физический эффект, примеры;
• Щелчок по колбе с перенасыщенным раствором – мгновенное выпадение нерастворимого осадка; • «Скачок конденсации» в сверхзвуковом сопле;
• Треки от частиц в камере Вильсона.
Социально-политический эффект.
«Майданная» революция – Украина – 2014-2015 гг., этапы и факторы:
• Доведение глубины метастабильности социума до критического перенасыщения в сочетании с разворотами команды Януковича (ТС-ЕС-ТС) (ЕС – Европейский Союз, ТС —
Таможенный Союз);
• Протестующий «майдан» с быстрым нарастанием напряжения;
• «Щелчок по колбе» в виде стрельбы (возможно – провокативной) при наличии критической массы т.н. «центров конденсации» и очевидных внешних воздействиях, активно содействующих формированию бифуркации.
• Затем «кризис» с разрушением метастабильности и переходом системы в новое состояние с ростом энтропии (характеризующей степень хаоса) и потерей энергии (фазовый переход 1-го рода).
С позиций неравновесной газодинамики на примере течения со спонтанной конденсацией – это аналогично кризису 2-го типа с явно выраженным автоколебательным процессом и мультипликативным и резонансным эффектом, существенно влияющие на состояние и стабильность окружающей среды (других стран, прежде всего, России).
Интересно, что на основе подходов неравновесной газотермодинамики просматриваются определенные методы локализации или минимизации кризисных явлений и эффектов, например, превентивное введение «своих» центров конденсации (финансовая поддержка «родственных ядер» конденсации, эффективные СМИ и акции типа «марш миллионов» как стабилизирующие факторы, активизация действий, в том числе, внешнеполитических по изменению граничных условий и уходу из опасной зоны бифуркации и др.).
Примеры аналогов неравновесной газотермодинамики:
• Введение родственных конденсирующихся «присадок» с переводом скачкообразной гомогенной конденсации в плавную – гетерогенную (внешнее управление);
• Изменение пространственных условий – например, геометрии сопла, приводящих к выходу скачкообразной конденсации из особой зоны – горла сверхзвукового сопла (активизация контр пропаганды – «анти Крым»);
• Увеличение полной энергии потока газа за счет повышения начальной температуры (кредиты «запада», финансы МВФ и др.).
Эта глава была написана 5 лет назад.
Однако, приведенный выше пример социально-политического эффекта и этапов выхода из состояния метастабильности (Украина) до сих пор удивляет своей схожестью с описанной моделью газотермодинамики (кризис второго рода с явно выраженным автоколебательным процессом) (см. рейтинги президента Украины: сентябрь 2019 – 79%, февраль 2020 – 40%, июнь 2021 – 20%).
Что касается России, то её нахождение в состоянии метастабильности достаточно очевидно.
Уровень критичности метастабильного состояния в термодинамике характеризуется степенью переохлаждения (перенасыщения) среды.
На основе модели неравновесной газотермодинамики можно предположить следующие варианты выхода из метастабильного состояния.
Вариант 1. Снижение уровня перенасыщения и глубины метастабильности по модели механизма «гетерогенной конденсации» [14, 15], и, как следствие, эволюционный выход из состояния метастабильности. При этом в роли т.н. «центров конденсации» могут выступить различные факторы: снижение социальной напряженности за счет дополнительных мер поддержки социума, снижение давления на альтернативные СМИ, определенное реструктурирование системы власти и др.
Подобные меры обеспечения эволюционного типа «транзита власти» активно начали использоваться в конце 2019 – начале 2020 года (смена правительства, поправки к Конституции РФ, активизация активного взаимодействия в формате «власть – народ»).
Вариант 2. Длительный автоколебательный процесс с периодичной сменой, как лидера, так и социально-политической системы (кризис 2-го типа) по аналогии с соседней страной (Украина).
Вариант 3. Радикальное воздействие на экосистему такого исключительного явления как COVID-19 («черный лебедь»).
Активация прямых контактов «власть – народ», борьба с социальным неравенством, прямая финансовая помощь населению, глобальная цифровизация.
Как следствие, временное сохранение метастабильности России на основе идеологической парадигмы единения нации в формате «власть-народ» перед угрозой глобальной безопасности этого «черного лебедя» (аналог – ситуация солидаризации общества в годы Великой Отечественной войны).
С точки зрения неравновесной газотермодинамики это аналогично использованию внешних воздействий (при течении в соплах со спонтанной конденсацией- это повышение температуры при входе в сопло, изменения геометрии сопла и скорости расширения и т.п.
В тоже время можно предполагать, что при длительном и несбалансированном поддержании такой метастабильности, резкий выход из неё может сопровождаться кризисом.
Так снятие временных ограничений, поддерживающих такую метастабильность (карантины, штрафы, другие обоснования ограничения прав и свобод на фоне ожидаемого и возможно весьма серьезного ухудшения экономики страны) может стать триггером, спусковым крючком формирования кризиса 1-го типа с кардинальной перестройкой социально-политической экосистемы: «Газодинамический аналог – «сильный скачок конденсации» [14] с резким ростом энтропии и переходом системы в новое равновесное состояние; социально-политические аналоги – разрушение Берлинской стены 1989 года и, в конечном итоге, распад СССР.
А не хотелось бы.
Глава 7. Сингулярность v/s адаптивность
7.1. Новый глобальный Риск экспоненциальных изменений
«Меня пугают, а мне не страшно» – Л. Толстой. Крылатая фраза о творчестве писателя Леонида Андреева.
Вначале о возможностях и страхах.
Очевидно, что развитие новых технологий переходит сейчас в качественно новое состояние экспоненциального роста. Это демонстрируется на разных уровнях социума как растущим обсуждением проблем искусственного интеллекта (роботы v/s человек) и «страшилками» типа фильмов «Chocfuture» – («Шок будущего»), так и обывательским (без обид) страхом т.н. «чипирование» при вакцинации от короновируса.
Активно развиваются исследования проблем взрывного роста технологий и с позиции психологии и социологии. Предполагается, что количество изменений, которое способно выдержать человеческое сознание, имеет пределы. При столь стремительном развитии событий, серии периодических «шоков» (от турбулентности «дикого» рынка и «цветных» революций до пандемии и их последствий) крупные целевые группы населения больше не смогут (или не захотят – пример 2021 г. – движение «антивакцинирование») делать выбор в условиях непредсказуемо изменяющихся обстоятельств.
И снова математика!
Стало модным понятие – «сингулярность».
Как математическое определение – сингулярность – это точка, в которой функция стремится к бесконечности. Нас же в контексте книги интересует другое определение – «технологическая сингулярность» как гипотетический момент, когда технический прогресс станет настолько быстрым и сложным, что окажется недоступным человеческому пониманию.
В своей книге «Сингулярость уже близко» Р. Курцвейл34 считает, что сингулярность наступит в 2045 году («Это вряд ли» – красноармеец Сухов, фильм «Белое солнце пустыни»).
Его отчаянно смелый прогноз о развитии технологий вплоть до 2099 года многих ошеломляет, однако весьма дискуссионен.
Прежде всего, не хотелось бы верить в декларируемую автором утрату адаптивности человека к экспоненциально изменениям.
Конечно, такие планы-прогнозы впечатляют почитателей Р. Курцвейла, но не будем забывать и известную притчу: «Если хочешь рассмешить Бога, расскажи ему о своих планах», а тем более – долгосрочных прогнозах.
И уж совсем несмешные трактовки влияния экспоненциального развития технологий демонстрируются в СМИ и кино. (См., например, фильм «Сингулярность», 2017 г., где суперкомпьютер в очередной раз побеждает человечество).
Не могу разделить позицию о полной невозможности адаптации человека даже к неожиданным и радикальным изменениям. По сути дела, подтверждению этого служит данная работа с конкретными примерами глобальных событий. (см. также Г. Салтанов «Быть успешным в России при любых формах правления», М. 2019, Литрес) [16].
Подобные позиции обозначены и в докладе Д.А. Медведева «Проблемы «шока» будущего», июнь 2020 г. Автор утверждает, что «перед обществом/человеком встала задача адаптироваться не только к происходящим изменениям, но и к ожидаемым.
Требуемая скорость адаптации стала еще выше».
В этом плане определенный оптимизм внушает удивительно быстрая адаптация населения России к реалиям нового «Черного лебедя» – COVID-19.
В ускорении приобщения к интернет технологиями и серьезным толчком к развитию «Цифровизации» COVID-19 выступил скорее, как «БЕЛЫЙ» лебедь!
Так по оценкам социологов Россия за один год «скакнула» в области изменения отношения к цифровизации и освоения интернет технологий лет на 5 вперед.
Кто бы мог представить в 2019 году, что такие термины, как «онлайн», «QR-код», «Zoom», и т.д. станут повседневными в употреблении, а гаджеты – любимым средством развития и общения даже у бабушек, не говоря уже о поколении «Z».
И все же непредсказуемость момента создания и вида новых технологий, невозможность (пока!!!) спрогнозировать все последствия их появления – это, пожалуй, и есть новый глобальный и практически недооцененный Риск существования и трансформации социума.
