Синергетика: встреча порядка и хаоса

(BMHEIPinirailK^:

Николай Николаевич Кожевников,

доктор философских наук, профессор

Н. Н. Кожевников

Общие понятия. Синергетика (от греч. зупегд1а - сотрудничество, содружество, коллективное поведение) - один из наиболее ярких феноменов постнекпассической науки, который до сих пор не имеет однозначных толкования и области применения. Синергетику называют теорией самоорганизации сложных систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы; наукой о коллективном, когерентном поведении различных систем; «набором механизмов», обеспечивающих превращение хаоса в порядок. Иногда ее отождествляют с термодинамикой открытых систем вдали от равновесия; с наукой о неустойчивых состояниях, предшествующих катастрофе, и их дальнейшем развитии (теорией катастроф); с наукой об универсальных законах эволюции в природе и обществе. Многие ученые считают синергетику, скорее, общим лозунгом, девизом, чем совокупностью ясных научных идей и вследствие этого именуют ее «х-наукой».

Один из основоположников этого научного направления Г. Хакен выделяет следующие ключевые положения синергетики, которые дают достаточно полное представление о ней.

«1. Исследуемые системы состоят из нескольких или многих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом.

2. Эти системы являются нелинейными.

3. При рассмотрении физических, химических и биологических систем речь идет об открытых системах, далеких от теплового равновесия.

4. Эти системы подвержены внутренним и внешним колебаниям.

5. Системы могут стать нестабильными.

6. Происходят качественные изменения.

7. В этих системах обнаруживаются эмерджентные* новые качества.

8. Возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные структуры.

9. Структуры могут быть упорядоченными или хаотичными.

10. Во многих случаях возможна математизация» [1, стр. 55].

Среди отмеченных черт следует особо подчеркнуть возникновение динамического хаоса, нелинейность, открытость систем, подверженность их колебаниям. Развитие идет через неустойчивость посредством бифуркационных (от лат. ЫЮгсив - раздвоение) возбуждений с образованием структур, которые часто называют аттракторами (от лат. айгаИеге - притягивать). Синергетическое развитие опирается на детерминированный хаос: закономерное и многократное чередование порядка и хаоса. Рассмотрим эти особенности более подробно.

* Эмерджентный (англ. emerge - возникать, появляться) - возникающий в целом. Этого свойства нет в составных частях системы.

Вот как порой проявляется простота.

[П.Эткинс. Порядок и беспорядок в природе, 1987. стр. 199].

Открытие динамического хаоса, возможно, -самое выдающееся свершение XX столетия. Оказалось, что основополагающий системный фактор определяется не хаотичностью, а взаимодействиями, динамикой, следствием чего является рождение в хаосе порядка, упорядоченности. Статический хаос несет разрушение, деструкцию, но хаос динамический может создавать структуры самой невероятной упорядоченности, обладающие многими осями симметрии, многоступенчатой иерархией, тенденцией к усложнению. Одним из ярких примеров подобных структур являются снежинки. Открытость систем означает наличие в них источников и стоков вещества, энергии, информации, без подвода которых самоорганизация прекращается. В любых закрытых системах организующее начало отсутствует, наступает стагнация, организмы вымирают. Порядок нового типа возникает за счет когерентности - механизма «коммуникации» между молекулами и другими частицами (элементами). Но связь такого типа может возникать только в сильно неравновесных условиях. Колебания направляют эволюцию системы к созданию относительно устойчивых структур. Нелинейность обеспечивает неустойчивость, многообразие, набор случайностей, возникновение бифуркации. Небольшая флуктуация может стать отправной точкой эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы.

критических точек - точек бифуркации, в окрестности которых системы становятся неустойчивыми. «Механизмами» самоорганизации могут служить изменение управляющих параметров, изменение числа компонент, фазовые переходы и т. п. Порядком принято называть множество элементов любой природы, между которыми существуют устойчивые («регулярные») отношения, повторяющиеся в пространстве или во времени, или в том и другом. Хаос - это множество элементов, между которыми нет устойчивых (повторяющихся) отношений. В различных разделах математики, информатики, естественных наук имеются свои конкретные определения порядка и хаоса.

Генезис, история развития, основные направления. Возможно, первым сформулированным принципом теории самоорганизации является принцип древнекитайской философии «ли» -принцип естественного порядка. Шумерские жрецы, стоявшие у истоков второй информационной революции (создание письменности), были убеждены в том, что будущее запечатлено тайными письменами в событиях, происходящих вокруг нас в настоящем. Тысячелетнюю историю имеет идея о синергии Бога и человека, давно привлекающая богословов и верующих. «Синергия» означает совместное взаимодействие различных потенций или видов энергий в целостном действии. В христианской религии этот термин означает слияние человека и Бога в молитве. В естественных науках явление синергизма (взаимное влияние, содействие, поддержка) отмечено уже давно. Так, в физиологии около ста лет назад Шеррингтоном были описаны мышцы-синергисты, например, согласованно действующие при работе конечностей сгибатель-ные и разгибательные мышцы. Среди химических веществ как синергисты действуют тяжелые

Синергетическая система состоит из подсистем самой разной природы: электронов, атомов, молекул, клеток, органов, животных и даже людей. Под самоорганизацией в синергетике понимаются процессы возникновения макроскопически упорядоченных пространственно-временных структур в сложных нелинейных системах, находящихся в далеких от равновесия состояниях, вблизи особых

Автор: Ипеп/пу 194.186.127.18) Дата: 27.06.2003 12:06:02 Рейтинг :75,0 Название: Не ценим!

металлы - свинец, I и ,

- Не ценим мы ваши ни фразы, ни вздохи ческих концепции а/,, с 7

„ 4 4 " Не любим и все тут, не надо стихов!

ныи труд во всех 00/ ценностьдля жанра - пожалуй не плохи..

тельности, являющ|< читаю - противно за нас, пацанов..

Теории органа

шествующих синер| Мы с легкой ухмылкой, а проще - с гримасой нетика), опирались, Шагаем ботинком сминая слова сознательной целе И смех наш тяжёлой, увесистой массой живых существ. Тек Бъёт больно и глупо, как обух - дрова, организованности природы и лбще ^а. Кроме того, в вйШШд^Ш^КУпрошлого века появилась семи-одйнамика, изучающая дина-

вдкй» к

зьКкгаыф ачезмзаацинюз м

никновен-йя, развития и отми-рЗЙ ЯМЭэЗФЁОФ 1еДШкта;Е©1«/1 пр

в

Синергетика сделала1 сле-дДОДОЪДОВДёбйи^ЯДОС

дчшшш^йа&пс

используя в исследованиях

лСчадхи рдевданге »щадсж;

лЗнытинедожвиц раимаауд;

ют йшМбшаяй, ч

диссипативных процессов'

И. Р. Пригожина. В диссипативных системах Автор:Камаш упорядоченного П Дата: 27.06.2( переходит В энерги Название: "Ц рядоченного проце конечном итоге - в те Белой известь Школа И. Р. При лишь губы сосредоточилась Н. четверть века искусство оптимизма довании механизм* знаешь, все опять как всег$аотическое движение в диссипативной системе

[Дульнев. Введение в синергетику, стр.235 1.

зования диссипЕ структур И изучении Уже и нет желания МЫ необратимости Е наваждение и забвение Развитие идей ЭТОЙ каждодневное™ бежит по венам новесных открытых а в сердце пос™сь ™ска

кса синергетичес-

исозидания,дегра-ой имеют объектив-

зарастания сложат единый алгоритм, 1, в которых они осу-

извольное возникни ^^

Отроются двери

тур, рождение поря, и небо ляжетна шечи известна школа нел Ну а пока даже твои СЛОва льштама, С. П. Курд не СМОгут согреть мне душу... маиии -школа лазерной физики I. лакена. есть нг^^ш+^МЯДйЩЬгетики, ориентированные на изучение точек и прилегающих к ним зон бифуркации, режимов с обострением, проблем биологии

ого подхода.

разрушитель, и как ет осуществляться 1ятие «хаос» оказа-1ем представлялось

.. г через случайный выбор в точке бифуркации одного из возможных путей дальнейшей эволюции. Следовательно, случайность встроена в механизм эволюции, и невоз-

е^Й^ожно установить жесткии контроль над процесса-

тт ~ ми, которые испытывают бифуркационные измене-

Прозрачнои мантиеииз света звезд,

Откроет душу мне твою навстречу,

Отмыв теплом ее от горечи и слез.

И мы без слов 2003 № 1

111

ния. Варианты развития системы можно предвидеть, но какой именно будет выбран, предсказать невозможно.

Методология синергетического подхода впервые была разработана И. Р. Пригожиным в термодинамике открытых систем, рассматривающей далекие от теплового равновесия открытые нелинейные системы. Самоорганизация предполагает выполнение следующих условий: 1) система должна быть открытой и находиться достаточно далеко от состояния, соответствующего термодинамическому равновесию; 2) необходимо, чтобы порядок возникал благодаря флуктуациям, которые сначала осуществляют, а затем усиливают его (принцип образования порядка благодаря флуктуации); 3) изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а напротив, накапливаются и усиливаются, что и приводит к возникновению нового порядка и структуры (наличие положительной обратной связи); 4) достижение системой некоторого критического состояния способно обеспечить достаточно густую сеть (структуру) взаимодействий элементов системы и возникновение кооперативного поведения этих элементов.

Философские и культурологические аспекты синергетики. Как утверждал Гете, целое вполне обнаруживает себя, оно указывает на все остальное. В то же время подлинная открытость, также как и открытая методология, в которой она нуждается, не подвластны жесткому контролю. Таким образом, методы синергетики становятся основой современного синтеза материального и духовного, идеального и реального, естественных и гуманитарных наук. «Искусственное может быть детерминированным и обратимым. Естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости, что приводит нас к новому взгляду на роль материи во Вселенной. Материя более не пассивная субстанция, описываемая в рамках механистической картины мира, ей также свойственна спонтанная активность» [2, стр. 18]. «Замечательная особенность процессов (рассматриваемых синергетикой - Н. К.) заключается в том, что при замене равновесных условий сильно неравновесными система переходит от повторяющегося и общего к уникальному и специфичному. Действительно, законы равновесия обладают высокой общностью: они универсальны. Что же касается поведения материи вблизи состояния равновесия, то ему свойственна «повторяемость». Вдали же от равновесия начинают действовать различные механизмы, создающие возможность возникновения диссипативных структур различных типов» [там же, стр. 21-22]. Делая акценты на уникальность, специфичность неживой природы,

синергетика «перекидывает мосты» от нее кдругим мирам и сферам: живому, общественному, духовному.

«Существует тенденция забывать, что все естественные науки связаны с общечеловеческой культурой и что научные открытия, даже кажущиеся в настоящий момент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, все же бессмысленны вне своего культурного контекста. Та теоретическая наука, представители которой внушают друг другу идеи на языке, в лучшем случае понятном лишь малой группе близких попутчиков, - такая наука непременно оторвется от остальной человеческой культуры; в перспективе она обречена на бессилие и паралич, сколько бы ни продолжался и как бы упрямо ни поддерживался этот стиль для избранных, в пределах этих изолированных групп, специалистов» [3, стр. 261]. Будучи ориентированной на культурные (мировоззренческие) универсалии, синергетика активно проникает во многие гуманитарные и общественные науки.

Так, например, Г. Ю. Ризниченко выделяет следующие характерные черты социальной синергетики.

«1. Следует расстаться с мифом о всесилии знания и возможности однозначного предсказания в случае полностью известной структуры системы, законов взаимодействия, ее компонентов и начальных условий. Найти единственно верное решение невозможно.

2. Решения, которые нашла природа за миллионы лет, по-видимому, оптимальны. Попытки перекраивания природы в угоду человеку приводят к системам, энергетическая эффективность которых, в конечном счете, ниже природной.

3. Невежество (или псевдознание) линейно-детерминистического мышления в конце XX (начале XXI-Н. К.) века ведет к глобальному экологическому кризису.

4. Нелинейная парадигма обнадеживает в тех ситуациях, которые кажутся безвыходными. Существенность малых усилий в критических ситуациях может вывести систему на иную благоприятную возможность из того спектра возможностей, которым обладает сложная система» [4, стр. 215216].

Гуманитарные науки, литература, искусство уделяют все больше внимания взаимодействию хаоса и порядка. Антуан де Сент-Экзюпери писал, что жизнь создает порядок. Порядок же бессилен создать жизнь. Александр Блок выделял три дела поэта-художника: приобщиться к хаосу, привести его звуки в гармонию, внести ее в мир. «Две опасности не перестанут угрожать миру: порядок и беспорядок», - подчеркивал П. Валери [5, стр. 88]. Эти

художники обостренно чувствовали фундаментальное свойство природы - скользящую границу между хаосом и порядком, благодаря которой существует познание, развиваются все виды литературы и искусства. В природе симметрия всегда сочетается с хаосом. Примером могут служить две половины человеческого мозга, одна из которых ориентирована на порядок, другая на хаос. В выдающихся сооружениях архитектуры использовано замыкание симметричного в целом ансамбля ярким асимметричным звеном. «Асимметричная симметрия» присутствует в притчах, священных книгах, литературных и художественных парадоксах, прекрасно коррелируя с устройством человеческого организма, структурой электромагнитного поля ит. п.

Все это меняет представление о значении порядка и хаоса в жизни человека. В эпоху классической науки было принято считать, что ее развитие осуществляется путем сведения сложности реального мира к скрытой за ней простоте, а затем к переходу от одного порядка к другому. Однако постнеклассическая наука рассматривает случайность в качестве фундаментальной категории, без которой немыслимо развитие природы, человека, общества. Онтологический статус случайности, также как и большинства из рассмотренных выше общенаучных понятий, образующих свою синерге-тическую сеть, позволяет человечеству каталитически влиять на свое развитие. Возможно, в дальнейшем человек сможет одухотворять различные иерархически взаимосвязанные уровни природы.

Важнейшим аспектом синергетики является и развитие личностного знания. «Это, во-первых, позиция самообучения вере, как вере самому себе. Это, если угодно, технология собственной самоорганизации личности ученого, пребывающего в науке, делающего эту науку, находящего путь к

себе через посредство науки, обретающего уверенность в преодолении сомнений и т. д. ... Во-вторых, целостное восприятие мира, формируемое синергетикой у отдельной личности приобретает два измерения: коммуникативное, с одной стороны, и автопоэтическое,-с другой» [6, стр. 12,14].

Синергетика предполагает качественно иную картину мира по сравнению не только с той, которая лежит в основании классической науки, но и с той, которую принято считать квантово-релятивистской картиной неклассического естествознания первой половины XX века. «Происходит отказ от образа мира как построенного из элементарных частиц - кирпичиков материи - в пользу картины мира как совокупности нелинейных процессов» [7, стр. 546].

Список литературы

1. Интервью с профессором Г. Хакеном // Вопросы философии. - 2000. -№3,- С. 53-61.

2. Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. - М.: Эдиториал УРСС, 2000.-312 с.

3. ШредингерЭ. Существуют ли квантовые скачки? // Избранные труды по квантовой механике. - М.: Наука, 1976.

4. Ризниченко Г. Ю. Нелинейное естественнонаучное мышление и экологическое сознание // Экология. Экологическое образование. Нелинейное мышление. -М., 1998.-С. 205-216.

5. Валери П. Об искусстве. - М.: Искусство, 1993.

-622 с.

6. Аршинов В. И. Синергетика как феномен постнеклассической науки. - М.: Изд-во ИФ РАН, 1999. -203 с.

7. Синергетика. Новая философская энциклопедия. В 4 т.- Т.З-М.: Мысль, 2001.-693 с.

Архив мудрых мыслей

Не смотри на ученость, как на корону, чтобы ею красоваться, ни как на корову, чтобы кормиться ею.

Л. Толстой