3.1. Зарождение идей и методов синергетики

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 

Во введении были ретроспективно рассмотрены предпосылки возникновения синергетики, обусловленной всем ходом развития естествознания, познавательных потенций и мышления. Огромный вклад в зарождение синергетики внесли русские космисты – работы. А.П. Огурцов, исследуя истоки синергетики, приводит выдержки из работ зачинателя кибернетики А.А. Богданова. Он отмечает, что «целый ряд идей [Богданова] не только выходит за рамки узко прогрессистской трактовки эволюции, но и весьма близок идее коэволюции», что «фундаментальный принцип организованных комплексов – их холистичность, при которой целое больше своих частей. Для иллюстрации этого типа организованного комплекса Богданов обращается к симбиотическим комплексам, к симбиозу». В этом комплексность синергетики. Сюда же относятся идеи подвижного, динамического равновесия, взаимного приспособления взаимодействующих комплексов [«содружества систем»], их коадаптации. То есть коэволюция мыслится взаимообусловленной и в единстве с корреляцией развития систем; фаза системных дифференциаций сменяется фазой системной консолидации. Предвидение идеи коэволюции Богдановым – это частный момент выдвинутой им идеи необходимости прогноза и предвидения в развитии сложных самоорганизующихся систем. Подчеркивается единство механизма и организованности, социологии организаций и управленческой мысли (см. также).

Что есть синергетика, говорит ее создатель Г. Хакен в интервью Е.Н. Князевой.

Е.Н. Князева: Наряду с синергетикой существуют и другие направления в науке, в рамках которых исследуются сложные системы и процессы самоорганизации, а именно: теория детерминированного хаоса, исследование фракталов, теория автопоэзиса, теория диссипативных структур, современная теория сложности, или так называемая теория самоорганизованной критичности. Все эти направления можно представить себе как частично пересекающиеся круги. Что общего за всеми этими областями?

Г. Хакен: …Синергетика…

Е.Н. Князева: Какие ключевые слова Вы могли бы назвать, которые наилучшим образом выражали бы основное содержание синергетики?

Г. Хакен:

Первое: исследуемые системы состоят из нескольких или многих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом.

Второе: эти системы являются нелинейными.

Третье: при рассмотрении физических, химических и биологических систем речь идет об открытых системах, далеких от теплового равновесия (выделено И. А. В.).

Четвертое: эти системы подвержены внешним и внутренним колебаниям.

Пятое: системы могут стать нестабильными.

Шестое: происходят качественные изменения.

Седьмое: в этих системах обнаруживаются эмерджентные новые качества.

Восьмое: возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные структуры.

Девятое: структуры могут быть упорядоченными или хаотическими.

Десятое: во многих случаях возможна математизация.

К. Майнцер считает, что человек эволюционирует от «линейного мышления к нелинейному», и принцип суперпозиции (и линейности) в квантовой механике не может объяснить парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена, а коллапс волновой функции просто нефизичен. Отсюда начинается путь к нелинейной теории, так как квантовый мир ни консервативен, ни линеен. «В теории систем сложность означает не только нелинейность, но и огромное число элементов с большим числом степеней свободы… Поведение отдельных элементов в сложных системах с огромным числом степеней свободы не может быть ни предсказуемо, ни прослежено в прошлом. Детерминистическое описание отдельных элементов может быть заменено эволюцией распределения вероятностей».

У Гераклита энергия логоса была способна упорядочить множество нерегулярных взаимодействий. В современной термодинамике порядок возникает из математических конструкций статистической физики. «Консервативная самоорганизация означает фазовый переход обратимых структур в состояние теплового равновесия». Консервативная самоорганизация создает упорядоченные структуры с низкой энергией и низкой температурой. «Диссипативная самоорганизация – это фазовый переход необратимых структур вдали от теплового равновесия… Устойчивость возникающих структур обеспечивается балансом нелинейности и диссипации. Слишком сильное нелинейное взаимодействие или слишком сильная диссипация разрушают структуру». Синергетика занимается изучением фазовых переходов в сложных нелинейных диссипативных системах, в которых устойчивые моды старых состояний подавляются неустойчивыми модами актуальных и будущих состояний. Возникающие в сложной самоорганизующейся системе различные аттракторы представляют собой постепенно ускоряющийся поток. На первом уровне – однородное состояние равновесия («неподвижная точка»), на втором уровне – бифуркация на несколько вихрей (возникают периодические и квазипериодические аттракторы), затем упорядоченное течение переходит в детерминистический хаос, соответствующий фрактальному аттрактору. Причем «принцип подчинения в синергетике позволяет исключить степени свободы, соответствующие устойчивым модам».

К. Майнцер полагает, что «в рамках сложных систем возникновение жизни не случайно, а необходимо и закономерно – в смысле диссипативной самоорганизации. Лишь условия для возникновения жизни могут возникать в природе случайных образом… Никаких особенных «жизненных» или «телеологических» сил при этом не требуется. С точки зрения философии возникновение жизни может быть объяснено в рамках нелинейной причинности и диссипативной самоорганизации, хотя по эвристическим причинам оно допускает описание и на телеологическом языке» (с. 51).

Авторы работы считают, что «слово «сложный», при всем обилии значений, может толковаться как «нелинейный». Рассматривается детерминизм Лапласа как предтеча «психологии линейности» и как синоним поведения «индустриализированного человека». Затем в качестве феномена рассматриваются: квант действия Планка и квантовая механика с соотношениями неопределенностей Гейзенберга, уравнения Навье – Стокса в гидродинамике, их нелинейность и сложность. В итоге следует вывод с оттенками неопозитивизма: весь мир «нелинеен и сложен», непредсказуем, хаотичен, неравновесен, неустойчив (поскольку придуманные человеком уравнения он не может сам решить).

В постнеклассической науке математические модели нелинейных систем и открытых сред играют решающую роль в условиях нарастающей сложности исследований окружающего мира. Они являются объектом внимания и философии, поставляют общеметодологические идеи и служат питательной средой для получения выводов философии естествознания.

Глубинная связь и стержень эволюции науки, а именно, поэтапно: рационалистическая наука (картезианская парадигма как реакция отчуждения от христианского засилья в Европе и схоластики – через стадию Просвещения) ® неклассическая наука (привнесение в нее элементов субъективизма и позитивизма – процедура синхронизации часов в теории относительности, влияние наблюдателя на микрообъект изучения в квантовой механике) ® постнеклассическая наука (возврат к интуиции, субъективизму, иррациональному), прослеживаются и объясняются особенностями общеполитического развития европейской цивилизации, особенно во второй половине XIX в. и до середины ХХ в. С развитием материально-производственных отношений и усилением эксплуатации одних людей другими возникает череда кризисов, войн, революций, социально-экономической разрухи. Это с неизбежностью отражается в становлении определенных течений в философии и науке. В техногенной цивилизации изменяется отношение к науке.

«Наука не может не ответить на вызов действительности и не искать выхода из тупиковой ситуации. Так появилась СИНЕРГЕТИКА, принципиально отличная от классической науки, антропоцентристской по сути: противопоставив человека-субъекта всему остальному миру, наука нарушила закон Целого…». К тому же и поэтому, как далее отмечают другие авторы, возникают явления, «дополнительные» к реакции науки: снижение продуктивности научных исследований, сокращение количества ученых, падение престижа науки – новые знания не производится, а вся «научная» деятельность академий и вузов сводится к так называемым защитам диссертаций по темам, которые давно уже устарели и не представляют эвристической ценности.

Бихевиоризм (Дж. Уотсон, 1913 г.) во главу угла ставит поведение человека, обеспеченное прагматической и позитивистской доминантами в его психике, и продолжает механистическое направление в психологии, отождествляя сознание и разум с поведением. Стимулы, которые определяют поведение человека, могут возникать во внешней среде, в обществе; они неразрывно связаны с потребностями. В поведении главенствующую роль играет связь стимула и реакции на него, выработка условных рефлексов – это нивелирует роль мозга, разума, интеллектуальной деятельности человека. При этом предполагается и подразумевается, что человек – всего лишь результат игры внешних факторов; его поведение определяется социально-политическими установками «избранных мира сего». Бихевиоризм как составная часть психологии обнаруживает здесь свою предвзятость и ангажированность.

Противоположная альтернатива выражается в экзистенциализме, возвеличивающем самосознание, осознание собственного существования как основного человеческого опыта. Это философское направление возникло благодаря работам С. Кьеркегора и Ф. Ницше и стало возрождаться во второй половине ХХ в. «Похоже, что данная философская тенденция – одно из многих направлений разочарования европейского человека в его направленном вовне интересе к физическому миру и в тех ценностях, которые вдохновляли его со времен Возрождения. Две мировые войны, неизбежно породив и социальный, и экономический, и духовный крах, вызвали не только оппозицию тем, кто был у власти, но и общий идеологический протест против ценностей и убеждений, которые, по мнению людей, привели к катастрофе. Наука стала естественной мишенью этого протеста, поскольку человек интуитивно чувствовал, что мир, в котором он живет и который рушится, – это продукт развития науки и техники. Популярность экзистенциализма показывает, что человек повернулся спиной к миру, который он очень старательно изучал и которым столь успешно повелевал, призвав на помощь достижения науки последних трехсот лет».

Иррационализм Ф. Якоби (конец XVIII – начало XIX века) дал толчок философии жизни А. Шопенгауэра (с источниками у И. Канта) и экзистенциализму С. Кьеркегора. Изменчивость нужно рассматривать не только с энергетической стороны вопроса (в физическом и механическом аспектах), а и в структурной организации систем (в кибернетическом и информационном аспектах, в синергетическом аспекте).

Не только войны, но и другие общественно-политические катаклизмы и бедствие народов вследствие ухудшения общепланетарной экологической ситуации способствовали повороту науки через неклассический этап в ее развитии от классического картезианского рационализма в стадию постнеклассическую – с возрастанием внимания к самому человеку и его отношению к окружающей среде, в том числе к социально-политическим явлениям. М. Хайдеггер, один из основателей феноменологической школы в философии, полагал, что специальных технических терминов «для описания ускользающего самосознания человека» недостаточно – нужны обращения в сферы гуманитарных наук. Центральными выражениями становятся фразы «быть в мире», «быть вброшенным в мир», касающиеся первичных ощущений homo как мыслящего существа в окружающем мире.

Таким образом, пресс рационализма и технократии вызывает негативные явления в развитии европейской цивилизации, поиски выхода из кризисов, порою осознанный протест, что сказывается и на ориентирах науки: она поворачивается от логицизма, рационализма, абстракций выделения и отчуждения, детерминизма – к интуиционизму, иррационализму, субъективности восприятия мира, неопределенности и, в добавок, к понятию целостности мира и слитности с ним человека (Ф. Александер, Ш. Селесник).

Как известно, критически рассматривая их, синергетика отталкивается от положений классической механики, термодинамики и ее Второго начала; «эволюционность мира заключается в процессах упрощения организации, деградации структур и образований, возрастания энтропийных, хаотических элементов. В своем крайнем выражении эти представления доводятся до гипотезы о тепловой смерти Вселенной». Уход от пессимизма, связанного с этим предчувствием, соотносится с тремя вопросами Канта: 1) «Что я могу знать?»; 2) «Что я должен делать?»; 3) «На что я могу надеяться?». Как нетрудно заметить, выход обнаруживается в придании глобальному процессу устремления материи в равновесное бесструктурное хаотическое состояние статуса случайного явления на конкретной стадии всеобщего эволюционного развития Вселенной: «Синергетика, в основу которой положена неравновесная термодинамика, изучает главным образом противоположные процессы: путь к сложному, рождение сложного и его нарастание, процессы морфогенеза. Процессы хаотизации и упрощения организации исследуются синергетикой лишь как необходимые эволюционные стадии функционирования сложного и восхождения к более сложному» (с. 62).

Выясняется, что в цепочку ингредиентов сложного поведения самоорганизующихся систем должны быть включены понятия «неравновесность», «обратная связь», «переходное явление», «эволюция», а также образование и поддержка корреляций макроскопического масштаба. «Подлинно сложные системы возникают на границе хаоса и порядка… Система становится неустойчивой, когда микроскопическое движение (флуктуация) вызывает быстрый лавинообразный процесс, выход на аттрактор… До сих пор [однако] не найдено последовательное решение задачи морфогенеза, задачи усложнения, перехода от простых форм (структур) к сложным. Более актуальна задача поиска сложного спектра структур-аттракторов, то есть спектра асимптотик эволюционных процессов, протекающих в сложных нелинейных системах (на открытых нелинейных средах)». Не решены до конца многие технические вопросы теории сложных самоорганизующихся систем: каково число возможных аттракторов? каковы режимы эволюционных процессов? как описать морфогенез? какие собственные параметры сред существенны?

Поскольку «синергетика перестраивает наше мировоззрение», открывая нестабильность мира, бифуркации систем и сложность законов коэволюции, а в прежнем научном сознании человек был выделен из природы в качестве независимого внешнего наблюдателя, то теперь он, с непреложной логикой развития, должен быть возвращен в природу как ее неотъемлемая составная часть, хотя бы и в форме антропного принципа: природа именно такова, потому что в ней живет человек. «Сложность наблюдаемой Вселенной определяется очень узким диапазоном сечений первичных элементарных процессов и значениями фундаментальных констант. Если бы сечения элементарных процессов в эпоху Большого взрыва были немного больше, то вся Вселенная «выгорела» бы за короткий промежуток времени. Антропный принцип оказывается принципом существования сложного в этом мире (выделено И. А. В.). Чтобы на макроуровне сегодня было возможно существование сложных систем, элементарные процессы на микроуровне изначально должны были протекать очень избирательно» (с. 64).

В этом смысле антропный принцип привносится в синергетику, перечень нерешенных задач которой был приведен выше, важнейшие из них  – условие проявления сложности при самоорганизации и феномен узкого эволюционного коридора от простого к сложному с малыми вероятностями прохождения по нему.

Минуя стадии развития, а именно классическую (XVII – XIX вв.), неклассическую (первая половина ХХ в.) и постнеклассическую (вторая половина ХХ в. и начало XXI в.), естествознание вышло на новую методологию. Зародились и стали широко распространяться концепции синергетики как теории самоорганизации и развития комплексных систем любой природы. В научной терминологии появились такие понятия, как хаос, хаосомность, флуктуация, нелинейность, неопределенность, необратимость, бифуркация, катастрофа, диссипативные структуры, автосолитоны, странные аттракторы и др. Выяснилось, что современная наука изучает весьма сложные системы различных уровней организации, взаимодействующие через хаотическую фазу существования проявленной, до-антропогенной части материального мира. Всякая такая сложная система представляется как цельный эволюционный процесс в содружестве и при участии других систем (гр. synergeia = содружество, сотрудничество). В результате все системы качественно развиваются, переходя новые границы суперпозиции, синтеза сложных развивающихся систем из простых. Объединение структур не сводится к их простому сложению, результат сложения качественно другой. Общим для систем различного рода является их спонтанное (случайное, неконтролируемое) появление из хаоса (вспомним монаду Пифагора, отпочковавшуюся из Единого).

Осуществляется переход от изучения простых, закрытых, линейных, равновесных систем к изучению сложных, открытых, нелинейных, неравновесных и необратимых систем. Необратимость качественных изменений в микро-, макро- и мегамире вновь возвращает естествоиспытателя к проблеме времени, что отмечают философы (см., например, работу).

Продолжение программы геометризации физики принятием постулата пространства октав находится в русле идей синергетики: в одну геометрию объединены время и пространственные координаты, с одной стороны, и энергия и импульсные координаты, с другой стороны, то есть объединены ранее разнствующие системы физических величин. Результат объединения качественно другой, нежели простое объединение физических величин, выполняемое обычно в повседневной работе. Он качественно иной по сравнению с физикой, построенной на постулате пространства Минковского, который позволяет объединить в одной геометрии только трехмерное параметрическое пространство и время. Кроме того, в новой теории, более близкой к концепциям синергетики, появляется необратимое физическое время вместо обратимого параметра теорий ХХ в., называемого временем. Физическое пространство воспринимается уже как фрактальное, сложное образование, в котором возникают стохастические процессы, – и это даже при сохранении аксиомы целочисленных размерностей октетного физического пространства.

Как всякая научная теория, синергетика проходит стадию становления в соответствии с общими законами построения теорий. Существенные, важные идеи, лежащие в основаниях синергетики, следующие:

необратимость эволюционных процессов, развития сложных систем – в том числе в историческом плане;

взаимное влияние малых событий и общего течения событий;

множественность путей развития, альтернативность и проблема выбора альтернативных вариантов;

независимость мирового эволюционного развития сложно организованных систем от воли субъекта, их самоуправляемость;

в точках бифуркации имеется несколько альтернатив развития, а выбор только одной из них эквивалентен новому пониманию предопределенности, пред-детерминированности в развертывании процесса;

неравновесные состояния системы могут явиться условием формирования диссипативных структур – при взаимодействии с окружающей средой;

в точках бифуркации система испытывает сложные флуктуации; случайное превалирование одной из них может служить началом эволюции в совершенно новом направлении, резко меняющем поведение макросистемы;

источник порядка (и стрелы времени во Вселенной) – необратимость и неравновесность, что порождается «порядком из хаоса» и вызывает появление нового единства;

конструктивный механизм эволюции – созидающее начало хаоса;

в условиях существования человека в так называемой антропогенной вселенной любые природные процессы носят случайный, стохастический, вероятностный характер – в целом эта дуаль замкнута, но испытывает неконтролируемое воздействие извне (ср. с сингулярностью Вселенной, представления о которой были получены благодаря решениям уравнений общей теории относительности, найденным  А. А. Фридманом);

в точках бифуркации нет однозначной зависимости между прошлым, настоящим и будущим;

следовательно, эволюция принципиально непредсказуема, равно как и время – необратимо;

нестабильность систем и одновременное ускорение процессов развития суть следствия усложнения их организации;

в обществе также заметно взаимное влияние отдельного человека и макросоциальных процессов, единство и целостность системы человек – общество;

информация о принципах самоорганизации системы позволяет управлять ею.

Объединяющую роль синергетики множества возникающих и уже имеющихся дисциплин констатирует В.П. Кохановский: «Таким образом, идея целостности (несводимости свойств целого к сумме свойств отдельных элементов), иерархичности, развития и самоорганизации, взаимосвязи структурных элементов внутри системы и взаимосвязи с окружающей средой становятся предметом специального исследования в рамках самых различных наук».

Огромное влияние на возникновение идей синергетики оказали работы Шеллинга, Гегеля, Канта, русских космистов. Были выявлены связь проблемы сложности и проблемы времени, преемственность между диалектикой и синергетикой, рассмотрена эволюция понятия времени

и возрастание его (психологической) связи с субъектом познания. Синергетика явилась закономерным продуктом развития техногенной цивилизации.