Исследования сложных систем являются одним из наиболее интересных и перспективных направлений современного естествознания. Природные (и, в частности, геологические и минералогические) системы отличаются от лабораторных систем именно своей сложностью, определяемой переплетением множества факторов, влияющих на их строение и процессы образования. Это прекрасно понимал еще В.И. Вернадский, который в 1923 году писал: «Между общей химией, изучаемой в наших лабораториях, и химией, изучаемой в природной лаборатории земной коры, есть теснейшая связь. Химия земной коры дает, однако, более грандиозную картину явлений, отличающейся не только масштабом по сравнению с химией наших лабораторий, но и своей сложностью – проявлением в ней таких химических законностей и правильностей, которые пока не вошли еще в круг изуяения химии» [История минералов земной коры. Т. 1, вып. 1, Научн. хим.-техн. изд-во, Пг, 1923, с. 9]. С ходом развития науки и создания новых методов изучения вещества все более и более сложные системы попадают в поле зрения исследователей. За последние двадцать лет и само понятие сложности стало объектом пристального внимания ученых (см., например, монографии [1-6]). Как определить сложность системы и как измерить ее числом? Можно ли подобрать универсальную численную характеристику сложности, применимую ко всем системам или понятие сложности является особым для разных типов систем? Что происходит со сложностью систем во времени? Что происходит со сложностью природных систем в процессе космологического и геологического времени – усложняется ли Вселенная? Необходимо отметить, что вопрос о биологическом усложнении (усложнении живых организмов) в процессе биологической эволюции обсуждается в научной литературе достаточно давно [7,8], но только в последнее время он начинает исследоваться на точной аналитической основе [9,10]. В отличии от биологии, в геологии и минералогии вопрос о мерах сложности тех или иных природных систем был поставлен в 1970-е годы в работах советских ученых [11,12], но в дальнейшем не получил серьезного развития. В 2012-2013 гг. мы предложили определять численные характеристики структурной и химической сложности минералов и неорганических соединений на основе теории информации [13,14]. Эти работы получили широкий отклик среди минералогов и кристаллографов (см. ниже пп. 4.5 и 4.7), что является подтверждением эффективности предложенной методики и ее значимости для изучения минеральных систем.
Данный проект направлен на решение проблемы структурной сложности минералов как с точки зрения разработки ее теоретических основ, так и дополнения новыми экспериментальными данными о кристаллических структурах минералов и их синтетических аналогов. Эта задача является научно значимой и актуальной и является частью одной из самых общих задач современного естествознания – изучение сложности и разнообразия Природы и их развития с течением космологического и геологического времени.
Литература к п. 4.2
[1] Bonchev, D. and Rouvray, D.H., eds. Complexity in Chemistry, Biology, and Ecology. Springer New York, 2005.
[2] Mitchell M. Complexity. A Guided Tour. Oxford University Press, 2011.
[3] Page S.E. Complexity and Diversity. Princeton University Press, 2011.
[4] Lineweaver C.H., Davies P.C.W., Ruse M. Complexity and the Arrow of Time. Oxford University Press, 2013.
[5] Charbonneau P. Natural Complexity: A Modeling Handbook. Princeton University Press, 2017.
[6] Crecraft H.R. Evolving Complexity: Time's Arrows and the Physics of Emergence. Symbion Publishing, Virginia, 2017.
[7] Bonner J. T. The Evolution of Complexity by Means of Natural Selection. Princeton Univ. Press, Princeton, 1988.
[8] McShea, D. W. Metazoan complexity and evolution: is there a trend? Evolution, 1996 50, 477–492.
[9] Adami, C. What is complexity? BioEssays, 2002, 24, 1085-1094.
[10] Adami C., Ofria C., Collier T.C. Evolution of biological complexity. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2000, 97, 4463-4468.
[11] Петров Т.Г. О мере сложности геохимических систем с позиций теории информации. Доклады АН СССР, 1970, 191, 924-926.
[12] Булкин Г.А. Сложность и равновесие геохимических систем. Доклады АН СССР, 1972, 204, 956-959.
[13] Krivovichev S. V. Topological complexity of crystal structures: quantitative approach. Acta Crystallogr. 2012, A68, 393–398.
[14] Krivovichev S.V. Structural complexity of minerals: information storage and processing in the mineral world. Mineral. Mag. 2013, 77, 275-326.
