Синергетика

Вопрос о возникновении из простого сложного считается в науке одним из самых сложных. Лишь во второй половине XX в. наука стала осваивать сложные системы теоретически. В этой связи появилась особая наука, синергетика (от греч. synergia - сотрудничество), теория самоорганизации сложных систем. Термин «синергетика» был введен в 1969 г. немецким физиком и математиком Г. Хакеном. Когда Г. Хакена, как одного из основателей синергетики (выдающийся вклад в развитие теории сложных систем внес также бельгийский ученый русского происхождения И. Пригожий) попросили назвать ключевые положения синергетики, то он перечислил их в следующем порядке.

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 равновесия.

4. Эти системы подвержены внутренним и внешним колебаниям.

5. Системы могут стать нестабильными.

6. Происходят качественные изменения.

7. В этих системах обнаруживаются эмерджентные (т.е. вновь возникшие - В.К.) новые качества.

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

9. Структуры могут быть упорядоченными или хаотичными.

10. Во многих случаях возможна математизация».

Хакен прежде всего подчеркивает, что части систем взаимодействуют друг с другом. Он выделяет истоки, которые приводят к образованию новых систем. Основополагающий системный фактор состоит не в хаотичности, а во взаимодействии, в динамике. Динамика не чужда даже хаосу. А раз так, то вполне возможно, что в хаосе рождается порядок, упорядоченность.

Важнейшим концептом синергетики является нелинейность. В синергетике основное внимание уделяется изучению нелинейных математических уравнений, т.е. уравнений, содержащих искомые величины в степенях, не равных 1, или коэффициенты, зависящие от среды. Нелинейность фиксирует непостоянство, многообразие, неустойчивость, отход от положений равновесия, случайности, точки ветвления процессов, бифуркации.

Синергетика, как правило, имеет дело с открытыми системами, далекими от равновесия. Открытость системы означает наличие в ней источников и стоков, например, вещества, энергии и информации. Чтобы система образовалась, необходим соответствующий динамический источник, который как раз и выступает организующим началом. Там, где наступает равновесие, самоорганизация прекращается.

Самоорганизующиеся системы подвержены колебаниям. Именно в колебаниях система движется к относительно устойчивым структурам. Нелинейные уравнения, как правило, описывают колебательные процессы. Теория колебаний важна не только в радиотехнических, но и в любых других системных процессах.

Если параметры системы достигают критических значений, то система попадает в состояние неравновесности и неустойчивости. Именно в силу этого происходят качественные изменения и, следовательно, возникают новые качества, своеобразный режим с обострением. Новое возникает быстро. И, как правило, под воздействием легких бифуркационных (от лат. bifurcus - раздвоенный) возмущений. Существенные изменения являются результатом малых возмущений, которые приводят систему в резонансное состояние. Развитие идет через неустойчивость и часто посредством малых возбуждений.

Переходные процессы ведут к образованию структур, их часто называют аттракторами (от лат. attrahere - притягивать). Если система попадает в окрестность определенного аттрактора, то она эволюционирует именно к нему. Разными путями эволюция выходит на одни и те же аттракторы. В результате в сложном возникают параметры порядка. Чем меньше параметров порядка, тем легче управлять системой.

Возникающие структуры могут быть более или менее упорядоченными. Даже хаос есть форма упорядоченности.

Математическое моделирование сложных систем и осуществляемые в этой связи вычислительные эксперименты показывают, что иногда удается обойтись уравнениями, содержащими всего несколько переменных.

Синергетические представления позволяют оценить характер становления, эволюции и развития человека, общества и человечества. Во-первых, нет ничего удивительного в том, что в далеком прошлом взорвался протовакуум: он оказался в состоянии неравновесности и в итоге «скатился» к определенному аттракторному состоянию, сопровождавшемуся расширением и охлаждением физической Вселенной.

Во-вторых, мало удивительного в том, что «сборка» физико-химических элементов привела к возникновению живого. В рамках сложных систем возникновение жизни не случайно, а закономерно - в смысле синергетической самоорганизации.

В-третьих, нет ничего удивительного и в том, что живые организмы способны сохранять свою устойчивость, это происходит благодаря обратным отрицательным связям.

В-четвертых, с синергетических позиций вполне закономерной представляется эволюция мира живого, которая по линии развития древесных млекопитающих привела к становлению человека как биологического вида.

В-пятых, возникновение и обновление экономических, политических, эстетических и религиозных составляющих также вполне укладывается в картину синергетических представлений.

Концептуальная сила синергетического подхода такова, что он не без успеха используется в качестве междисциплинарного средства для описания всех сколько-нибудь сложных систем.

Синергетика, как это показал в своих многочисленных работах И. Пригожин, позволяет с новых позиций понять время и необратимость, два важнейших фактора существования как нас самих, так и нашего окружения. Речь идет о том, что, во-первых, именно необратимость играет конструктивную роль, во-вторых, следует переоткрыть понятие времени.

В механике Ньютона время считается обратимым. Если подставить в уравнение, например, второго закона Ньютона вместо t -t, то уравнение остается одним и тем же. Прямое и обратное течение времени равнозначны.

Существенно по-другому, чем в классической механике, обстоят дела в термодинамике: при выравнивании температур энтропия в замкнутой системе всегда увеличивается. Согласно Л.Больцману, термодинамическое время необратимо, существует стрела времени. Итак, налицо неприятная ситуация: в одной физической теории, а именно в механике, время считается обратимым, а в другой, в термодинамике, время, наоборот, признается необратимым.

Ситуация с проблемой времени становится еще более запутанной, если обратиться к биологии, где благодаря Дарвину восторжествовала эволюционная идея. В биологии время необратимо, его стрела идет от рождения особи к ее смерти, но нет той же связи между необратимостью и временем, что в термодинамических системах. Живое более упорядочено, чем неживое, оно «питается» негативной энтропией, и, тем не менее, его жизнь необратима. Столкнувшись с различного рода противоречиями в понимании природы времени, Пригожин стремится их преодолеть и обращается к синергетическим идеям, которые имеют междисциплинарный характер, т.е. позволяют рассмотреть и физические, и химические, и биологические, и социальные системы. Тщательный анализ приводит его к выводу, что время всегда необратимо, а необратимость связана с самоорганизацией систем и составляет стержневую основу всякой эволюции. С высот синергетики заслуживают известной переоценки все другие концептуальные системы. Переоткрытие времени вынуждает человечество с новых позиций оценить свое будущее и возможные в этой ситуации стратегии.

Междисциплинарный характер синергетики позволяет построить на ее основе модель универсального эволюционизма.

В последние годы в этом отношении, в продолжение обсуждавшихся выше идей В.И.Вернадского, много сделал академик Н.Н.Моисеев. Человечество, как в физическом, так и в биологическом и в социальном смысле «держится на острие» (выражение Н.Н.Моисеева). Ускорение процессов развития человечества сопровождается понижением уровня его стабильности. Естественно, ход развития человечества сопровождается состояниями неустойчивости, возникают новые аттракторы. Так как человечество в облике ноосферы приобрело всепланетарный статус, то в эволюцию вовлекаются все природные и социальные системы. Эволюция стала процессом общепланетарным. В этой связи Н.Н.Моисеев вводит представление о двух императивах, экологическом и нравственном. Экологический императив выступает при этом как запрет на изменение тех свойств окружающей среды, которые могут поставить под угрозу само существование человечества. Нравственный императив понимается как обновленная нравственность, заслоняющая людей от опасностей социального порядка. Сложнейшая проблема состоит в обеспечении коэволюции общественных и природных систем.

В находящейся на стадии становления социосинергетике наблюдаются две стратегии относительно точек бифуркации. Одни авторы предлагают держаться от них подальше, ибо даже в малейшей степени неосторожные действия могут толкнуть систему по неизведанному пути. Другие авторы, наоборот, предлагают окунуться в хаос, ибо именно в нем рождаются искры инноваций.

Синергетика дает представление о возможностях и ограничениях нашего познания нелинейных систем природы и общества.