Сложные системы: целостность, иерархия, идентичность

В классических теориях катализа, физических или химических, катализатор понимается как организация вещества, не меняющаяся в химическом процессе, хотя и принимающая участие во взаимодействии. Неизменность катализатора якобы подтверждалась фактами, а по существу абсолютизировалась. Физико-химический анализ классической науки просто не позволял обнаружить изменения катализатора. Обычно точность научных измерений соответствует тому уровню, который теория может объяснить.

В неклассической теории катализа принимается и объясняется факт изменения катализатора, например в теории активных ансамблей Н. И. Кобозева катализатор понимается как энергетическая ловушка – агграватор, поглощающий энергию реакции. По мере усложнения катализатора его активность возрастает по экспоненциальному закону[15].

Изменения катализатора энергетически связаны с превращением вещества, стабилизируются энергией реакции (стационарный режим). Вне химической реакции катализатор не существует. Точно так же и определенный механизм химического реагирования связан с определенным катализатором.

Исследование изменений катализатора, сопряженных с энергией базисной реакции, и последующего перехода катализатора к стационарному состоянию в некоторых определенных условиях позволило утверждать, что химический процесс фактически сам для себя создает условия протекания[16].

Катализатор – это не особый класс химических веществ, а функция химического вещества в процессе. Таким образом, катализатор и реакция, протекающая при его участии, может быть понята как единая открытая каталитическая система – качественно новая форма существования вещества.

Анализируя многообразные факты саморазвития химического вещества, наблюдаемые в реальных каталитических актах, А. П. Руденко разработал теорию саморазвития открытых элементарных каталитических систем. Его исследования были связаны с качественным изменением оснований химической науки. Новой, неклассической химией стала химия эволюционного катализа, изучающая условия и закономерности химической эволюции вещества.

Элементарная открытая каталитическая система – это целостный, неделимый в функциональном отношении объект, кинетический континуум. Каталитическая система открытая, так как условием ее существования является непрерывный обмен веществ и энергии с окружающей средой. Деструктивный процесс поступающих извне веществ, осуществляемый системой, поддерживает ее организацию и способствует изменениям.

Элементарная открытая каталитическая система – временное образование, поскольку существует за счет работы химического процесса против сил теплового равновесия.

Элементарный химический состав и химическое строение сами по себе не позволяют охарактеризовать поведение кинетического континуума, если они не связаны с эволюционно значимыми изменениями системы – изменениями ее каталитической активности[17]. Для химии эволюционного катализа особенно важны факты многократного изменения природы катализаторов, связанные с изменением каталитических свойств.

Основной закон химической эволюции, по мнению А. П. Руденко, связывает вероятность последовательных изменений каталитических систем с прогрессивностью эволюционных изменений. Теория саморазвития открытых каталитических систем исследует возможность, направленность эволюционных изменений, а также пределы и основные этапы химической эволюции.

Этапы эволюционных изменений ограничиваются пределами развития каталитических систем. А. П. Руденко выявляет пределы саморазвития, анализируя физико-химические формы проявления основного закона эволюции в конкретных условиях осуществления эволюционного процесса. Всего он обнаруживает три предела развития: вероятностный и два кинетических[18]. Его анализ позволяет обосновать возможность существования определенных этапов химической эволюции и предсказать последовательность смены этих этапов. Преодоление пределов саморазвития каталитических систем сопровождается качественными изменениями их организации и функций, появлением новых эволюционно значимых характеристик.

Он предсказывает существование общего предела саморазвития открытых каталитических систем, преодолевая который химическая эволюция дает начало биологической эволюции. В результате преодоления общего предела саморазвития (второй кинетический, концентрационный предел) у эволюционирующей системы появляется свойство точной пространственной редупликации сложных открытых каталитических систем. Химическая система превращается в живую систему. Жизнь – это способная к самовоспроизведению открытая система. Этим качеством самоорганизация живой системы отличается от самоорганизации открытой химической системы.

По мнению А. П. Руденко, теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем дает ценный в научном отношении материал проявления простейших, фундаментальных принципов самоорганизации на химическом уровне материального взаимодействия, что может быть важным вкладом в разработку общей теории самоорганизации.