К вопросу о самоорганизации в кибернетических и синергетических системах

УДК 101.1 ББК 87.25

В. И. Жилин

К вопросу о самоорганизации в кибернетических и синергетических системах

В статье представлены результаты сравнения трактовок понятия «самоорганизация», которые приняты в кибернетике и синергетике. Автор утверждает, что в педагогических работах при описании систем кибернетического типа исследователи неадекватно ссылаются на синергетическую методологию.

The article presents the results of a comparison of the interpretations of the concept "self-organization" accepted in cybernetics and synergetics. The author states that in pedagogical works while describing the types of cybernetic systems, the researchers did not refer adequately to the synergetic methodology.

Ключевые слова: самоорганизация, саморегулирование, саморазвитие, кибернетика, синергетика.

Key words: self-organization, self-regulation, self-developing, cybernetics, synergetic.

О самоорганизации говорят и пишут в различных областях знания: физике, химии, биологии, кибернетике, педагогике, социологии и пр. Однако нередко можно обнаружить, что словом «самоорганизация», заимствованным из физики или химии, обозначают процессы, протекающие в других областях, которые изучаются, например, социологией, педагогикой, инженерными науками и т. п. При этом выявляются неточности в употреблении заимствованной терминологии и необоснованный перенос содержаний понятий полисемичных терминов.

Особенно часто неправомерное использование понятия «самоорганизация» имеет место в гуманитарных областях: например таких, как педагогика или психология, там, где ранее уже использовался этот термин, но с другим содержанием. Такое смешение содержаний понятий полисемичных терминов разрушает и без того размытые понятия в этих науках. Истоки такого рода заимствований и неточностей обусловлены в том числе и тем, что понятие «самоорганизация» используется как в синергетике, так и в кибернетике, откуда, не вникая в существующие различия, и «черпают» свои модели гуманитарии.

Исследователи и ранее уже обращали внимание на различия в содержании понятий «самоорганизация», которые используются в кибернетике и синергетике. Так, например, Б.Н. Пановкин, рассматривая принципы самоорганизации, обращает внимание на то, что понятие самоорга-

низующейся системы не вполне однозначно [12]. По мнению А.С. Щербакова [17], «путаница» синергетических и кибернетических терминов нередко вызывает недоразумения, так как, с одной стороны, в рамках картины самоорганизации, обрисованной синергетикой, фигурируют понятия, которых не было в кибернетике, с другой - в неё органически входят такие специфические кибернетические термины, как «информация», «обратная связь», «выбор», «саморегуляция» и некоторые другие. Он утверждает, что синергетика возникла фактически независимо от кибернетики и даже в определённом смысле в противовес ей, и различия между ними касаются фактологического материала, на который опирается синергетика, механизма самоорганизации, масштаба распространённости явлений самоорганизации. И в этой связи смысл понятия «самоорганизация» в синергетике отличается от того, который использует кибернетика.

Однозначно и чётко разводит не только объекты и предметы кибернетики и синергетики, но и их методологии В.В. Губарев [3]. С его точки зрения в кибернетических системах речь идёт об управлении системами различной природы, в то время как в синергетике - о самоорганизации. Объектом изучения кибернетики выступают устойчивые, управляемые, саморегулируемые системы, как правило, целевые и равновесные. Объектом же изучения синергетики являются нелинейные, неустойчивые, неравновесные, открытые, диссипативные, когерентные, кооперативные, саморазвивающиеся, хаотические системы.

М.А. Дрюк [4] настаивает на переосмыслении понятия самоорганизации, утверждая, что причинно-следственные связи и принципы функционирования самоорганизующихся систем в контексте общих философских идей глобального эволюционизма, как правило, остаются неясными. «Более того, - отмечает автор, - повсеместное и многократное повторение самого слова «самоорганизация» - этого фамильного знака новой парадигмы - дезориентирует исследователя, создаёт ложное представление о полной предопределённости развития событий в системе без каких-либо энергетических или интеллектуальных затрат» [4, с. 105].

В толковом словаре русского языка С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой [11] слова «самоорганизация» нет, хотя имеется много сложных слов, первая часть которых начинается с «само...»: самоанализ, самобичевание, самогоноварение, самодурствовать, самоуправление и др. Разъясняя смысл «само.» авторы выделяют несколько вполне обобщаемых толкований:

1) направленность чего-нибудь на себя, исхождение от себя или осуществления для себя;

2) обращённость к самому себе, в самого себя или направленность на самого себя;

3) совершение чего-нибудь без посторонней помощи, без постороннего участия;

4) совершение чего-нибудь автоматически, непроизвольно или само по себе;

5) единовластие;

6) самый.

Вполне очевидно, что за исключением п.4 остальные «само.» носят личностно-деятельностный, субъектно-целевой, антропоморфный характер. Но, как показывает анализ научных источников, и автоматизм, и непроизвольность, и «само по себе» имеют различную основу и, соответственно, разные интерпретации.

В БСЭ самоорганизация толкуется как «процесс, в ходе которого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы» [14, с. 544], что, соответственно, предполагает три типа процессов самоорганизации:

• самозарождение организации, т. е. возникновение из некоторой совокупности целостных объектов определённого уровня новой целостной системы со своими специфическими закономерностями;

• поддерживание определённого уровня организации при изменении внешних и внутренних условий её функционирования;

• совершенствование и саморазвитие систем, способных к накапливанию и использованию прошлого опыта (самообучающиеся системы).

Обширный класс самоорганизующихся систем представляют кибернетические системы, или системы кибернетического типа, к которым относятся наряду с техническими физиологические, экономические, социальные и другие системы, наделённые обратной связью, по которой в управляющий орган (обязательный атрибут систем кибернетического типа) поступает сигнал о фактическом состоянии управляемого объекта. Согласно Н. Винеру, самоорганизация представляет собой «процесс втягивания в синхронизм» через образование единого ритма работы многочисленных изначально разрозненных элементов [2]. М.Д. Месарович определяет самоорганизацию как процесс изменения структуры целенаправленного процесса [9]. У А.Г. Ивахненко самоорганизация - это процесс самопроизвольного увеличения порядка или организации в системе, происходящий под воздействием внешней среды. При этом воздействие, с его точки зрения, является сугубо информационным [5].

С точки зрения Б.Н. Пановкина, под самоорганизующейся системой следует понимать такую систему управления, которая способна постоянно поддерживать свою качественную определённость, а также осуществлять целенаправленное, программное функционирование и саморазвитие, самосовершенствование (в плане видоизменения своих программ и способов функционирования) [12]. В.Л. Кузнецова [7] определяет самоорганизующуюся систему как сеть, состоящую из множества связанных между собой элементов, которая самостоятельно под воздействием внешней среды и внутренних микросостояний системы на основании на-

копленного опыта повышает степень своей организации с целью улучшения функционирования системы и реализации заложенных в ней функциональных возможностей.

Анализ работ по кибернетической тематике вскрывает такие характеристики кибернетических систем, как устойчивость и управляемость (внешнюю или внутреннюю). Любая кибернетическая система строится по принципу саморегуляции, поддерживая неизменными свои параметры и их уравновешенность с внешней средой. Иначе можно сказать, что системы кибернетического типа представляют собой функциональные (направленные на выполнение определённой функции) гомеостатичные (homeo - подобный, постоянный; stasis - состояние) системы, в которых со стохастичностью и изменением параметров происходит борьба. Наиболее важной чертой саморегулирующихся систем является способность воспринимать определённую информацию, сохранять её в памяти и передавать по присущим данной системе линиям связи, перерабатывая в сигналы, направляющие деятельность системы.

Следует также иметь в виду, что любая функциональная система имеет принципиально однотипную организацию и включает общие и универсальные для разных систем центральные и периферические узловые механизмы (полезный приспособительный результат, рецепторы результата, обратную афферентацию, центральную архитектонику, исполнительные компоненты). Для поддержания равновесия в кибернетических (= целеустремлённых) системах существует механизм обратной связи - отрицательной обратной связи. Можно сказать, что именно отрицательная обратная связь является «визиткой» кибернетических систем.

При этом сторонники синергетики утверждают, что совершенно другого рода самоорганизация наблюдается в открытых нелинейных диссипативных системах. Так, например, А.С. Щербаков по этому поводу замечает: «Но для синергетики характерен особый подход в постановке этого вопроса и те собственные основания его решения, которых нет ни у кибернетики, ни у теории систем. Это положение о когерентном, самосогласованном, самоинструктированном поведении больших ансамблей однородных объектов, поставленных в определённые условия. Синергетика рассматривает мир объектов, основываясь на неизвестном ранее моменте активности материи - «резонансном возбуждении» вступающих во взаимодействие объектов» [17, с.22].

В литературе по синергетической тематике можно встретить различные мнения по вопросу о причинах самоорганизации в открытых нелинейных диссипативных системах. В частности, Г. Хакен называет систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру [16]. По мнению И.К. Кудрявцева и С.А. Лебедева, «изменение контрольных параметров просто подводит систему к точке перехода, а сама структура аттракторов является характерным свойством

собственно системы. В этом смысле качественные свойства возникающего нового состояния не навязываются извне, т. е. в системе происходит самоорганизация» [16, с. 62]. С их точки зрения возможность самоорганизации является прямым следствием нелинейного подхода. Как замечают Т.С. Ахромеева, С.П. Курдюмов и Г.Г. Малинецкий, вскрывая смысл самоорганизации синергетического толка, «в нелинейной диссипативной системе обычно удаётся выделить конечное, а иногда и небольшое число переменных, к которым «подстраиваются» остальные. Эти переменные называют иногда параметрами порядка» [1, с. 17].

Ответ на вопрос о причине и пути самоорганизации, по мнению некоторых сторонников синергетики, содержится в понятии «резонансного возбуждения», проявляющегося в когерентном, самосогласованном поведении больших ансамблей однородных объектов. Суть явления резонансного возбуждения описана И. Пригожиным и И. Стенгерс. С их точки зрения, если система находится в термодинамически равновесном состоянии, её элементы ведут себя независимо друг от друга, «каждая из них игнорирует остальные» [13, с. 248]. Авторы «Порядка из хаоса» назвали такие частицы гипнонами, т. е. как-бы спящими. Вот как они описывают ситуацию: «Каждая из них может быть сколь угодно сложной, но не «замечать» присутствия остальных. Переход в неравновесное состояние пробуждает гипноны и устанавливает когерентную связь, совершенно чуждую их поведению в равновесных условиях» [13, с. 240]. При этом система начинает себя вести так, как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил, несмотря на то, что силы молекулярного взаимодействия являются короткодействующими.

Следует напомнить, что в физике давно известны «чудеса» фазовых переходов II рода, среди которых особенно популярны переходы в состояние сверхпроводимости и сверхтекучести. При этом, однако, несмотря на «фантастическую» необычность явлений сверхпроводимости и сверхтекучести и эффектов, связанных с ними, теоретические объяснения этих явлений, предложенные Л. Купером, Дж. Бардиным, Дж. Шриффером, Н.Н. Боголюбовым, Л.Д. Ландау и другими физиками на основе квантовой механики, оказались вполне в рационалистической традиции.

Следует также обратить внимание на то обстоятельство, что и в синергетике (но не в физике нелинейных процессов в открытых диссипативных системах) иногда говорят об обратных связях - положительных обратных связях. Однако анализ физико-химической литературы, в которой описаны явления и процессы в нелинейных открытых диссипативных системах, показывает, что в этих случаях вполне можно обойтись и без использования этого понятия, хотя, как замечает С.П. Курдюмов, обратная связь не наблюдается лишь в её «механическом исполнении» [8]. С.П. Курдюмов разъясняет спорный вопрос на примере уравнения, ил-

люстрирующего положительную обратную связь - ut = AuJ+1 + uß . «Положительная обратная связь, - как отмечает С.П. Курдюмов, - имеется в случае, когда функция, её изменение со временем зависит от значения самой этой функции, да ещё нелинейной, не в первой степени» [8, с. 145]. В случае, описанном С.П. Курдюмовым, роль положительной обратной связи выполняет uß .

Однако Н.Н. Моисеев, говоря об использования понятия «обратная связь» при описании физико-химических процессов, предупреждает: «Используя термин "обратная связь" часто забывают о том, что он возник в теории регулирования при создании систем управления техническими объектами. Эти системы проектируются с таким расчётом, чтобы движение объектов, управляемых с их помощью, обладало бы определёнными свойствами, например, устойчивостью. В этом процессе проектирования всегда присутствует субъект, то есть человек, проектирующий объект и наделяющий его определёнными свойствами» [10, с. 163]. При этом использование термина «обратная связь» для объяснения явлений, подпадающих под действие принципа Ле-Шателье и других законов физики и химии, по мнению Н.Н. Моисеева, следует считать «удобным жаргоном».

М.А. Дрюк, рассматривая возможный механизм самоорганизации на примере окисления малоновой кислоты, отмечает: «Каждая из многочисленных элементарных реакций исследуемого процесса - частное, образно говоря, микронеравновесие, контролируемое тем же набором факторов: термодинамическим (в частности, окислительно-восстановительными потенциалами отдельных стадий), кинетическим и стереохимическим. Взаимодействие множества таких неравновесных реакций приводит к образованию интегральной макронеравновесной системы, столь же «самоорганизующейся», как и отдельные её составляющие» [4, с. 111].

Таким образом, говоря о процессах самоорганизации в синергетическом контексте, важно понимать, что возникновение пространственного порядка из начального беспорядка происходит в отсутствии организующих (задающих структуру) воздействий, что вполне объяснимо принципом Ле-Шателье и другими законами физики и химии.

В этой связи важно понимать, что синергетика, дополняя и развивая системно-кибернетический подход к самоорганизации, широко используя для этого методы статистической физики, физической кинетики, теории фазовых переходов в физике конденсированных состояний и методов математической биофизики, вместе с тем имеет и существенные отличия от кибернетики. Кибернетика с самого начала связывает явление самоорганизации с устойчивостью материальных систем, которая обеспечивается различными механизмами самостабилизации. При этом кибернетическая система вынуждена вести борьбу с возникающими неравновесными состояниями, которые разрушают её устойчивость и целост-

ность. Тогда как синергетика в этом смысле является противоположностью кибернетики, так как для открытых нелинейных диссипативных систем неравновесность не представляет собой источник гибели и состояние деструкции, а, напротив, служит основанием становления упорядоченности и причиной спонтанного структурогенеза.

С точки зрения В.С. Степина синергетика не отменяет и не заменяет системного исследования. Поясняя свою мысль, автор отмечает: «Конкретные модели физических, биологических и социальных систем, рассмотренных в аспекте их изменения и развития, создаются в синергетике с учётом понятийного аппарата системных исследований. Синергетика не открывала ни иерархической связанности уровней организации в са-моразвивающихся системах, ни наличия в них относительно автономных подсистем, ни прямых и обратных связей между уровнями, ни становления новых уровней сложной системы в процессе её развития. Всё это она заимствовала из ранее выработанных системных представлений, вошедших в научную картину мира и конкретизированных прежде всего в биологии и социальных науках» [15, с. 10].

В результате рассмотрения различных подходов к определению понятия «самоорганизация», принятых в кибернетике и синергетике, во избежание путаницы и далеко идущих искажений в гуманитарных областях знания следует принять точку зрения В.С. Степина, который предлагает классифицировать системы на саморазвивающиеся и саморегулирующиеся. Саморегулирующиеся системы, по мнению В.С. Степина, изучают в биологии, кибернетике, теории информации и теории систем. Изучением саморазвивающихся систем занимается синергетика. При этом все попытки заимствований системной терминологии (кибернетической или синергетической) для описания педагогических феноменов должны быть предельно корректны и учитывать описанные выше различия в трактовке понятия «самоорганизация», которые используются в кибернетике и синергетике, так как в противном случае есть риск прийти в результате умозаключений к ложным спекулятивным суждениям.

Список литературы

1. Ахромеева Т.С., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Парадоксы мира нестационарных структур. - М.: Знание, 1985.

2. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине.

- М.: Сов. радио, 1968.

3. Губарев В.В. Наука ли синергетика? // Вопр. философии. - 2009. -№ 10. С. 159-165.

4. Дрюк М.А. Синергетика: позитивное знание и философский импрессионизм // Вопр. философии. - 2004. - № 10. - С. 102-113.

5. Ивахненко А.Г., Мюллер Й.А. Самоорганизация прогнозирующих моделей. - Киев.: Наук. думка, 1985.

6. Кудрявцев И.К., Лебедев С.А. Синергетика как парадигма нелинейности // Вопр. философии. - 2002. - № 12. - С. 55-63.

7. Кузнецова В.Л., Раков М.А. Самоорганизация в технических системах.

- Киев: Наук. думка, 1987.

8. Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем // Синергетика и психология. Тексты. Вып. 1. Методологические вопросы. -С. 142-155.

9. Месарович М.Д. Основания общей теории систем // Общая теория систем. - М.: Мир, 1966. - С. 15-48.

10. Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. - М.: Молодая Гвардия, 1990.

11. Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка: 80000 слов и фразеологических выражений. - М.: «А ТЕМП», 2004.

12. Пановкин Б.П. Принципы самоорганизации и проблема происхождения жизни во Вселенной // Проблема поиска жизни во Вселенной: тр. Таллинского симпозиума. - М.: Наука, 1986. - С. 60-63.

13. Пригожин И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986.

14. Самоорганизация // БСЭ. Т.22. - М.: Сов. энциклопедия, 1975.

15. Степин В.С. Саморазвивающиеся системы и постнеклассическая рациональность // Вопр. философии. - 2003. - № 8. - С. 5-17.

16. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. - М.: КомКнига, 2005.

17. Щербаков А.С. Самоорганизация материи в неживой природе: Философские аспекты синергетики. - М.: Изд-во МГУ, 1990.