Основные идеи синергетики кратко

Обновлено: 02.07.2024

Синергетика, будучи, наукой о процессах развития и самоорганизации сложных систем произвольной природы наследует и развивает универсальные, междисциплинарные подходы своих предшественниц: тектологии А.И. Богданова, теории систем Л. фон Берталанфи, кибернетики Н.Винера. Однако, ее язык и методы опираются на нелинейную математику и результаты естественных наук, изучающих эволюцию сложных систем, существенно обогащая наши представления о сложном.

Именно поэтому, нам кажется необходимым вернуться к истокам, разобраться, где правда и где ложь и поразмыслить о безусловных ценностях, проблемах и болезнях роста синергетики, о ее методологии

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Совершим теперь краткий экскурс в историю. Синергетика, будучи, наукой о процессах развития и самоорганизации сложных систем произвольной природы наследует и развивает универсальные, междисциплинарные подходы своих предшественниц: тектологии А.И. Богданова, теории систем Л. фон Берталанфи, кибернетики Н.Винера. Однако, ее язык и методы опираются на нелинейную математику и результаты естественных наук, изучающих эволюцию сложных систем, существенно обогащая наши представления о сложном.

История методов синергетики связана с именами многих выдающихся ученых ХХ века. Прежде всего, это великий французский математик, физик и философ Анри Пуанкаре, который уже в конце XIX века заложил основы методов нелинейной динамики и качественной теории дифференциальных уравнений. Именно он ввел понятия аттракторов (притягивающих множеств в пространствах состояний открытых системах), точек бифуркаций (значений параметров задачи, при которых появляются альтернативные решения, либо теряют устойчивость существующие), неустойчивых траекторий и динамического хаоса в задаче трех тел небесной механики (притяжение Земля-Луна-Солнце).

В 60-70 годы происходит подлинный прорыв в понимании процессов самоорганизации в самых разных явлениях природы и техники. Перечислим некоторые из них: теория генерации лазера Г.Б. Басова, А.М. Прохорова, Ч. Таунса; колебательные химические реакции Б.П. Белоусова и А.М. Жаботинского — основа биоритмов живого; теория диссипативных структур И. Пригожина; теория турбулентности А.Н. Колмогорова и Ю.Л. Климонтовича. Неравновесные структуры плазмы в термоядерном синтезе изучались Б.Б. Кадомцевым А.А. Самарским, С.П. Курдюмовым. Теория активных сред и биофизические приложения самоорганизации исследовались А.С. Давыдовым, Г.Р. Иваницким, И.М. Гельфандом, Молчановым А.М., Д.С. Чернавским. В 1963 году происходит эпохальное открытие динамического хаоса, сначала в задачах прогноза погоды (Э. Лоренц), затем теоретически, начинается изучение странных аттракторов в работах Д. Рюэля, Ф. Такенса, Л.П. Шильникова.

В 80-90 годы продолжается изучение динамического хаоса и проблемы сложности. В связи с созданием новых поколений мощных ЭВМ, развиваются фрактальная геометрия (Б.Мандельброт), геометрия самоподобных объектов (типа облака, кроны дерева, береговая линия), которая описывает структуры динамического хаоса и позволяет эффективно сжимать информацию при распознавании и хранении образов. Были обнаружены универсальные сценарии перехода к хаосу М. Фейгенбаума, Ив. Помо. В 1990 году открыт феномен самоорганизованной критичности. Его можно исследовать, рассматривая кучу песка (П. Бак). Сходящие лавинки воспроизводят распределения Парето по величинам событий для биржевых кризисов, землетрясений, аварий сложных технических комплексов и т.д.

Сегодня синергетика быстро интегрируется в область гуманитарных наук, возникли направления социосинергетики и эволюционной экономики, применяют ее психологи и педагоги, развиваются приложения в лингвистике, истории и искусствознании, реализуется проект создания синергетической антропологии.

Тем не менее, такой рост вширь иногда сводится лишь к декларациям о намерениях, поскольку междисциплинарность в современной науке предполагает взаимосогласованное использование образов, представлений методов и моделей дисциплин как естественнонаучного и технического, так и социогуманитарного профиля. Это в свою очередь, предполагает, помимо всего прочего, существование единой научной картины мира.

В то же время сейчас такой общенаучной (междисциплинарной) единой картины мира (в смысле самосогласованной целостности), строго говоря, нет. Существуют ее отдельные фрагменты, именуемые специальными картинами мира, дисциплинарными онтологиями такие, например, как: физическая, биологическая, космологическая картины мира, репрезентирующие предметы каждой отдельной науки. Синергетика и пытается навести мосты между этими картинами, создать единое поле междисциплинарной коммуникации, сформировать принципы новой картины мира.

МНОГООБРАЗИЕ ФУНКЦИЙ СИНЕРГЕТИКИ В КУЛЬТУРЕ

Функционирование синергетики в культуре естественно рассматривать в трех аспектах ее взаимодействия с обществом:

синергетика как картина мира;
синергетика как методология;
синергетика как наука.

В рамках освоения картины мира происходит первое, а иногда и единственное, знакомство с понятиями синергетики и ее возможностями. Как правило, происходит на обыденном языке, на слабо формализованном, зачастую метафорическом, популярном уровне. Здесь обращение идет к наглядности, к здравому смыслу, аналогии, эстетическому чувству и безусловному доверию авторитету творцов новой парадигмы. Именно так укореняется наука в обыденном сознании в популярных изданиях, именно так выглядят вводные главы книг Германа Хакена и Ильи Пригожина. Для пытливого ума это всегда радость встречи с новым взглядом на мир окружающих нас вещей и событий. Это всегда мастерски, зажигательно умел передать аудитории С. П. Курдюмов.

Вместе с тем, доступность принципов синергетики, несомненные успехи в естественнонаучных приложениях и кажущаяся простота их реализации в любых сложных системах породили сегодня моду на синергетику. Болезнь опасную, но неизбежную для любого междисциплинарного направления, всегда допускающего некую долю профанного сознания, размывающего общенаучные нормы и ценности.

Всякая болезнь есть процесс адаптации-дезадаптации, в данном случае к социальной среде, хотя, взаимно, и среда проникается синергетическим мировидением. С одной стороны, это хорошо, такое испытание закаляет, возникает иммунитет, устойчивое методологическое ядро, но могут быть и осложнения, вплоть до исчезновения самого подхода, растворения в обыденном сознании и отдельных дисциплинах, чего бы нам хотелось избежать. Дело в том, что такие расхожие термины как бифуркация, аттрактор, самоорганизация, фрактал стали обиходными в гуманитарной и околонаучной среде. Понимаемые метафорически, интуитивно они создают благодатную почву для двух конкурирующих процессов.

Во-первых, позитивный процесс — метафора, являясь в картине мира одним из первичных каналов творческой, в том числе и междисциплинарной коммуникации, повышает уровень ожиданий, мотивационный фон для эффективного применения строгой конструктивной синергетической методологии в междисциплинарных обменах и проектах. Подчеркнем, что это лишь первый эвристический шаг, явно недостаточный для научных заключений!
Во-вторых, негативный процесс — зашумление пространства междисциплинарных коммуникаций произвольными, псевдо синергетическими ассоциациями и метафорами, дальше которых дело не идет, дискредитирует продуктивный потенциал синергетики в глазах научной общественности и может, в конечном счете, быть причиной ее незаслуженного и преждевременного забвения обществом.

Не ожидает ли и синергетику та же участь? И в чем ее принципиальное отличие от своих предшественниц, есть ли у нее иммунитет от превратностей и капризов моды, владеет ли она эликсиром бессмертия, как скажем математика?

На наш взгляд, такие механизмы выживаемости и перманентной востребованности у синергетики есть. Заключаются они в следующем:

Синергетика человекомерных систем сегодня в эпоху антропологического поворота создает особый метауровень культуры, рефлексивный инструментарий анализа ее развития — синергетическую методологию, методологию междисциплинарной коммуникации, и моделирования реальности. Методологию открытую, возможно, как говорит В.М. Розин, методологию с ограниченной ответственностью, адаптивную, но не панметодологию, как у Г.Щедровицкого.

В самой синергетике можно выделить несколько параллельно существующих пластов ее бытия в современной культуре, расположенных по степени возрастания уровня абстрактности:

поддисциплинарный — профанное сознание обыденных практик;
дисциплинарный — процессы индивидуального творчества и развития дисциплинарных знаний и объектов исследования;
междисциплинарный — процессы междисциплинарной коммуникации и перенос знания в диалогах дисциплин, педагогике и образовании, при принятии решений;
трансдисциплинарный — процессы сборки, самоорганизации и функционирования больших междисциплинарных проектов, междисциплинарных языков коммуникации, природа возникновения междисциплинарных инвариантов, квазиуниверсалий, коллективный разум, сетевое мышление.
Наддисциплинарный — процессы творчества, становления философского знания, развития науки и культуры.

В каждом из этих слоев коммуникативных практик синергетика имеет особые традиции применения. Эти традиции вполне научны и методологически развиты на дисциплинарном уровне, особенно для естественнонаучных дисциплин. Сегодня бурно развиваются применения синергетической методологии и на междисциплинарном уровне. На остальных уровнях ее приложения возникли недавно, и осмысливаться в основном пока в языке синергетической картины мира.

Таким образом, синергетика являет себя и как социальный мегапроект, объединяющий своей методологией представления различных аспектов бытия культуры.

ФИЗИК, ЛИРИК, МАТЕМАТИК: ПРОБЛЕМЫ МЕТАЯЗЫКА

Синергетика, как часть общенаучной картины мира, возникает на волне моды, опъянения головокружительными перспективами, впрочем, это характерно для социальной прививки любой науки. Все может кончиться похмельем несбывшихся иллюзий, а может возникнуть принципиально иное понимание мира. Для второго исхода синергетика как наука должна рефлектировать формы своего бытия в обществе с целью адаптации к его потребностям. Для синергетики эта рефлексия жизненно необходима, т.к. одна из основных ее задач есть создание пространства и принципов междисциплинарной коммуникации. Это не разовая задача, но непрерывное живое делание в обратных связях культуры и науки, особый метауровень взаимодействия двух культур.

Речь идет об особой методологии, ядро которой должно быть гарантом преемственности научных ценностей, с одной стороны, и открытости к инновациям с другой. Такая открытая адаптивная методология становления и есть методология синергетики. Она призвана реализовать, укоренить принципы синергетики в общественном сознании, адаптировать их для непрофессионалов уже не на уровне метафор, а конструктивных принципов, помогающих понимать и моделировать реальность. Она должна создать общее поле встречи и метаязык диалога синергетиков, математиков и людей иных профессий, иных дисциплин, в том числе и гуманитарных. Метаязык фиксирует, насколько это возможно, тезаурус синергетики в терминах обыденного языка, сводя метафоризацию к минимуму; тогда, как принципы синергетики позволяют осуществлять мягкое моделирование реальности в этом тезаурусе.

Проблема размывания связана с тем, что большой процент людей говорящих от имени синергетики (в основном гуманитарии), плохо знакомы с синергетикой как наукой. Обычно это происходит не от пренебрежения, а по объективным причинам — нет должной математической подготовки, нет учебников. Ими используется стихийный тезаурус синергетической картины мира, допускающий слишком большой произвол метафоризации. Затем его переносят в свои дисциплинарные картины реальности, чего совершенно недостаточно для целостного описания, не говоря уже о модельном представлении задач этих дисциплин. Для моделирования реальности недостаточно перевода онтологий с языка на язык, надо еще знать модельные образцы и правила их сборки, что рассыпано в специальных главах книг для профессионалов.

Возникает вопрос: можно ли научить гуманитария модельному мышлению, системно-синергетическому подходу, который только и может быть основой диалога естественника и гуманитария, поскольку естественника учить гуманитаристике еще дольше? На первый взгляд нельзя! Как показывает опыт, естественники могут стать гуманитариями, получая второе образования, а вот гуманитарии физиками и математиками никогда, видимо, формальные науки надо изучать смолоду.

То есть почти никогда. И.Пригожин был таким исключением — в юности готовился к карьере пианиста, учился на историко-археологическом факультете, но ушел на физический факультет, всю жизнь любил философствовать и посвятил ее, по собственному признанию, введению концепции исторического времени в естествознание. Быть может, поэтому синергетика так близка гуманитариям. Мы знает, что, став нобелевским лауреатом по физической химии, И.Пригожин не перестал быть ярким гуманитарием.

И, все же, что значит научить? Научить гуманитариев в полной мере применять формальные методы, наверное, не удастся, а вот понимать синергетические принципы построения моделей реальности наверняка можно, что вполне достаточно для диалога с естественником или математиком в рамках междисциплинарных проектов.

Наряду с энтузиазмом синергетиков от естествознания, которые обычно знают методы синергетики, но не знают гуманитарной специфики, мы встречаем весь спектр реакций самих гуманитариев: начиная от восторгов немногих неофитов, далее к умеренному оптимизму гуманитарных синергетиков, обычно философов, социологов, и кончая угрюмо-скептической, либо агрессивно не приемлющей реакцией большинства.

Причем, и в среде естественников отношение к синергетике совсем не однородно. Для большинства физиков синергетические модели совершенно не связываются с идеями междисциплинарности, физик обычно не знаком с этим поприщем, но ассоциируются с конкретными физическими задачами теории фазовых переходов, турбулентности, лазера, где они и рождались. Физик всегда может при необходимости привлечь нужный раздел математики для моделирования природы, диалог физика и математика всегда был продуктивен и взаимно полезен.

В действительности, сама физика в лице синергетики получает энциклопедию методов и моделей нелинейной динамики, разбросанных ранее по различным ее разделам, она активно вводится сегодня в образование физиков, но не только в этом дело. Физика экспериментальная уже давно является поставщиком высоких и сверхвысоких технологий, которые затем становятся know how современной техники. То же самое сегодня можно говорить о физике теоретической, технологиях моделирования, культуре моделирования заключенной в синергетике, которая становится средством теоретизации наук естественных и гуманитарных.

Сразу возникают вопросы к синергетикам. Не кажется ли Вам, что это возрождение физикализма, и почему Вы оттеснили математиков? Действительно, раз имеет место моделирование, почему же не прикладная математика, почему вместо нее какие-то посредники?

Вот почему нужны посредники. Это могут быть физики, математики-прикладники (они скорее решают модели, а не создают), а в более широком контексте — синергетики. Дело в том, что физика еще надо склонить моделировать в чуждых ему областях знаний, изучать их, и тут проявляется особая проблема междисциплинарной коммуникации, философской рефлексии и коллективной экспертизы, тут и рождается синергетическая методология. Иногда можно услышать мнение, что такими посредниками могут быть методологи. На мой взгляд, это далеко не так.

Итак, задача синергетика, с одной стороны, избежать крайностей наивного физикализма и редукционизма при переносе моделей естествознания в гуманитарную сферу, с другой сохранить конструктивность модельного подхода в диалоге с новой реальностью в новых, зачастую неопределенных условиях.

ПРИНЦИПЫ СИНЕРГЕТИКИ

Несколько общих слов о выборе методологических принципов.

Приводимые ниже принципы возникли при обобщении опыта многолетнего авторского преподавания синергетики в самых различных аудиториях. Это расширенный предметный блок принципов синергетики впервые предложенных автором в 1995. Математические, логические и философские блоки принципов так же обсуждались Аршиновым В.И., Будановым В.Г., Войцеховичем В.Э.

Любой эволюционный процесс выражен чередой смен оппозиционных качеств — условных состояний порядка и хаоса в системе, которые соединены фазами перехода к хаосу (гибели структуры) и выхода из хаоса (самоорганизации). Из этих четырех стадий лишь одну стабильную мы относим к Бытию, гомеостазу системы, зачастую она наиболее протяженная по времени, остальные три так или иначе связаны с хаосом и относятся к Становлению или кризису. Условность такого разбиения связана с тем, что во всяком порядке есть доля хаоса и, наоборот, в хаосе можно найти элементы порядка, проблема в мере их смешивания.

Открытие нового мира необратимости, внутренней случайности и сложности (И. Пригожин, 1986).

Что такое синергетика?

Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, одни и те же безотносительно природы систем.

Основное понятие синергетики – определение структуры как состояния, возникающего в результате поведения многоэлементной или многофакторной среды, не демонстрирующей стремления к усреднению термодинамического типа.

В отдельных случаях образование структур имеет волновой характер и иногда называется автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).

II. Области исследований

Область исследований синергетики до сих пор до конца не определена, так как предмет её интересов лежит среди различных дисциплин, а основные методы синергетики взяты из нелинейной неравновесной термодинамики.

Постепенно предмет синергетики распределился между различными направлениями:

теория динамического хаоса исследует сверхсложную упорядоченность, напр. явление турбулентности;

теория детерминированного хаоса исследует хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов (в отсутствие случайных шумов);

теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных структур, часто возникающих в результате самоорганизации, процесс самоорганизации также может быть фрактальным;

теория катастроф исследует поведение самоорганизующихся систем в терминах бифуркация, аттрактор, неустойчивость;

лингвистическая синергетика и прогностика.

Синергетика основывается на следующих идеях и выводах:

1. Системности или целостности мира и научного знания о нем, общности закономерностей развития объектов всех уровней материальной и духовной организации.

2. Нелинейности (т.е. многовариантности и необратимости).

Нелинейность – одно из центральных понятий в синергетике. Нелинейность в математическом плане отражает определенный вид математических уравнений, содержащих искомые величины в степенях, больших 1, или коэффициенты, зависящие от свойств среды.

Нелинейные уравнения имеют несколько решений. Множеству решений нелинейного уравнения соответствует множество путей эволюции системы, описываемой этими уравнениями (нелинейной системы).

Нелинейность в мировоззренческом плане может быть развернута посредством идеи многовариантности путей эволюции, идеи выбора из альтернатив и вытекающей отсюда идеи необратимости эволюции.

4. Открытости систем и мира в целом.

5. Новое понимание времени.

III. Синергетический подход в современном познании, основные принципы

Наука имеет дело с системами разных уровней организации, связь между ними осуществляется через хаос

Когда системы объединяются, целое не равно сумме частей

Общее для всех систем: спонтанное образование, изменения на макроскопическом уровне, возникновение новых качеств, этап самоорганизации. При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все системы ведут себя одинаково

Неравновесность в системе является источником появления новой организации (порядка)

Системы всегда открыты и обмениваются энергией с внешней средой

Процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока энергии извне

В сильно неравновесных условиях системы начинают воспринимать те факторы, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии

В неравновесных условиях независимость элементов уступает место корпоративному поведению

Вдали от равновесия согласованность поведения элементов возрастает. В равновесии молекула видит только своих соседей, вдали равновесия – видит всю систему целиком. Примеры: костная материя – коммуникация посредством сигналов, работа головного мозга.

В условиях, далеких от равновесия, в системах действуют бифуркационные механизмы – наличие точек раздвоения продолжения развития. Варианты развития системы практически не предсказуемы.

IV. Ключевые положения синергетики. Г.Хакен

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

Эти системы являются нелинейными.

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

Эти системы подвержены внутренним и внешним колебаниям.

Системы могут стать нестабильными.

Происходят качественные изменения.

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

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

Структуры могут быть упорядоченными или хаотичными.

Хакен прежде всего подчеркивает, что части систем взаимодействуют друг с другом. Он выделяет истоки, которые приводят к образованию новых систем. Хаос есть хаос, он никак не может превратиться в порядок. Логика Хакена идет в другом направлении. 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. Это действительно имеет место. Многим упорядочение хаоса, его самоорганизация кажется чем-то диковинным. Им трудно понять, что хаос не лишен динамики, они абсолютизируют хаос, считают его деструктивным началом.

Важнейшим концептом синергетики является нелинейность. В синергетике основное внимание уделяется изучению нелинейных математических уравнений. Линейность абсолютизирует поступательность, безальтернативность, торжество постоянства. Нелинейность фиксирует непостоянство, многообразие, неустойчивость, отход от положений равновесия, случайности, точки ветвления процессов, бифуркации.

Точкой бифуркации называют состояние максимальной хаотичности неравновесного процесса (от лат. bifurcus – раздвоенный). Благодаря хаотичности дальнейшее развертывание неравновесного процесса имеет не один путь движения, а множество возможных путей из точки бифуркации

Имея дело с открытыми (имеющими источники и стоки энергии) нелинейными системами, синергетика утверждает, что мир возникает в результате самопроизвольных и самоорганизующихся механизмов. В их основе лежит единая симметрия форм в живой и неживой природе. Например, спирали Галактики и циклона подобны спирали раковины улитки, рогов животных.

Случайность оказывается необходимым элементом мира: порядок (закон) и беспорядок (хаос) включают в себя друг друга. Более того, случайность играет роль творческого начала в процессе самоорганизации. Чем дальше от состояния равновесия, тем быстрее растет число решений, состояний сложной системы.

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

Синергетика, как это показал в своих многочисленных работах И. Пригожин, позволяет с новых позиций понять два важнейших фактора существования как нас самих, так и нашего окружения - время и необратимость.

Речь идет о том, что, во-первых, именно необратимость играет конструктивную роль, во-вторых, следует переоткрыть понятие времени.

Так же как и размерность, симметрия существенно зависит от того, какие операции разрешается производить над объектом. Например, строение тела человека и животных обладает билатеральной (двусторонний, двубокий, относящийся к обеим сторонам, частям чего-то) симметрией, но операция перестановки правого и левого физически не осуществима. Следовательно, если ограничиться только физически выполнимыми операциями, то билатеральной симметрии не будет. Симметрия - свойство негрубое: небольшая вариация объекта, как правило, уничтожает весь запас присущей ему симметрии.

Есть основания предположить, что в связи с интенсивным развитием синергетики в науке происходит сейчас не меньшая, а скорее всего даже более глубокая и масштабная по своему характеру революция, чем научная революция, вызванная возникновением на рубеже нашего века теории относительности и квантовой механики.

Итак, синергетика явилась радикально новым способом видения мира. И в то же время она парадоксальным образом возвращает нас к тем идеям, которые имеют тысячелетнюю историю. Синергетика – и в этом ее своеобразие – не только синтезирует фрагменты обыденного и отчасти научного, дисциплинарно разбросанного знания, но даже связывает эпохи – древность с современностью, с новейшими достижениями науки, – а также принципиально различные, восточный и западный, способы мышления и мировосприятия.

От Востока синергетика воспринимает и развивает далее идею целостности (все во всем) и идею общего закона, единого пути – пути Дао, – которому следуют и мир в целом, и человек в нем. А от Запада она берет традиции анализа, опору на эксперимент, их транслируемость (от одной школы в науке к другой, от науки - к обществу в целом) через научные тексты, особый математический аппарат и даже запись на дискете компьютера.

Синергетика как мировоззрение несет в себе немалый гуманистический потенциал. Основной пафос синергетики состоит в том, чтобы попытаться описать сначала на качественном уровне посредством некоторых фундаментальных идей и образов, а затем, возможно, и посредством одного и того же математического языка взаимоподобные процессы развития в сложных системах физики, химии, биологии, географии, социологии.

В результате разработки синергетики переосмысливается и место человека в структуре познавательной и практической деятельности. Ученый не представляется более в виде некоего отстраненного от мира оракула-просветителя, который открывает вечные и неизменные законы действительности и на основе этого знания вырабатывает истинное на все времена нормы деятельности.

Синергетика стирает непреодолимые грани между физическими и химическими процессами, с одной стороны, и биологическими – с другой, ибо исследует общие механизмы самоорганизации тех и других. Нелинейные системы ведут себя как живые системы в том смысле, что их реакция на внешние воздействия зависит не только от величины этого воздействия, но и существенным, нелинейным образом от собственных свойств системы.

Каково место синергетики в ряду других наук? Синергетика изучает открытые (обменивающиеся веществом и энергией с внешним миром, иными словами, имеющие источники и стоки энергии) нелинейные (описывающиеся нелинейными уравнениями) системы.

Предмет синергетики - механизмы самоорганизации, т.е. механизмы самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения макроскопических упорядоченных структур, имеющие место в такого рода системах. Механизмы образования и разрушения структур, механизмы перехода от хаоса к порядку и обратно не зависят от конкретной природы элементов или подсистем. Они присущи и миру природных (живых и неживых), и миру человеческих, социальных процессов.

В синергетике к настоящему времени сложилось уже несколько школ или течений. Эти школы окрашены в те тона, которые привносят их сторонники, идущие к осмыслению идей синергетики с позиции своей исходной дисциплинарной области, будь то математика, физика, химия, биология или даже обществознание.

В числе этих школ – брюссельская школа лауреата Нобелевской премии И. Пригожина, разрабатывающего теорию диссипативных структур (иное название синергетики).

Интенсивно работает также школа Г.Хакена, профессора Института синергетики и теоретической физики в Штутгарте.

Классические работы, в которых развивается математический аппарат для описания катастрофических синергетических процессов, принадлежит перу советского математика, академика В.И. Арнольда и французского математика Р.Тала.

Школа академика А.А. Самарского и члена-корреспондента АН СССР С.П. Курдюмова выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции относительно устойчивых структур в нелинейных средах (системах). Широко известны также работы академика Н.Н. Моисеева, разработавшего идеи глобального эволюционизма в поведении человека и природы.

Такое разнообразие научных школ и идей свидетельствует о том, что синергетика представляет собой скорее парадигму, чем теорию. Под парадигмой в философии науки понимают определенную совокупность общепринятых в научном обществе идей и методов (образцов) научного исследования. Синергетику как новую парадигму можно предельно кратко охарактеризовать всего лишь тремя ключевыми идеями: нелинейность, самоорганизация и открытые системы. Синергетика важна в первую очередь как подход к пониманию развития открытых нелинейных систем, как особый стиль мышления, т.е. своей методологической и эвристической стороной.

1. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика? // Нелинейные волны. Самоорганизация. – М., Наука, 1983.

Основное понятие синергетики – определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния.

Основные школы синергетики – это школа Германа Хакена, и школа Ильи Пригожина.

Основные положения синергетики:

Природа иерархически структурирована в несколько видов открытых нелинейных систем разных уровней организации: в динамически стабильные, в адаптивные, и наиболее сложные – эволюционирующие системы. Связь между ними осуществляется через хаотическое, неравновесное состояние систем соседствующих уровней. Неравновесность является необходимым условием появления новой организации, нового порядка, новых систем, то есть – развития. Когда нелинейные динамические системы объединяются, новое образование не равно сумме частей, а образует систему иного уровня. Переход от неупорядоченного состояния (точки бифуркации) к состоянию порядка (аттрактору) для всех развивающихся систем происходит по одним законам.

Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются энергией и веществом с внешней средой, за счёт чего и происходят процессы локальной упорядоченности и самоорганизации. В точках бифуркации системы начинают воспринимать те факторы воздействия извне, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии. Заранее невозможно предсказать, какой из возможных аттракторов займёт система.

Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом:

Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции.

Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия, так как там она не способна к какой-либо самоорганизации.

В самоорганизующейся системе возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются вследствие общей положительной реактивности системы, что может привести к возникновению нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы.

Самоорганизация в сложных системах, переходы от одних структур к другим, возникновение новых уровней организации материи сопровождаются нарушением симметрии. При описании эволюционных процессов необходимо отказаться от симметрии времени, характерной для полностью детерминированных и обратимых процессов в классической механике. Самоорганизация в сложных и открытых системах, к которым относится и жизнь, и разум, приводят к необратимому разрушению старых и к возникновению новых структур и систем.

Основные школы синергетики – это школа Германа Хакена, и школа Ильи Пригожина.

Основные положения синергетики:

Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом:

Состояние равновесия может быть устойчивым (стационарным) и динамическим. О стационарном равновесном состоянии говорят в том случае, если при изменении параметров системы, возникшем под влиянием внешних или внутренних возмущений, система возвращается в прежнее состояние. Состояние динамического (неустойчивого) равновесия имеет место тогда, когда изменение параметров влечет за собой дальнейшие изменения в том же направлении и усиливается с течением времени. Важно подчеркнуть, что такого рода устойчивое состояние может возникнуть в системе, находящейся вдали от стационарного равновесия.

Длительное время в состоянии равновесия могут находиться лишь закрытые системы, не имеющие связей с внешней средой, тогда как для открытых систем равновесие может быть только мигом в процессе непрерывных изменений. Равновесные системы не способны к развитию и самоорганизации, поскольку подавляют отклонения от своего стационарного состояния, тогда как развитие и самоорганизация предполагают качественное его изменение.

Н елинейностью называется свойство системы иметь в своей структуре различные стационарные состояния, соответствующие различным допустимым законам поведения этой системы. Всякий раз, когда поведение таких объектов удается выразить системой уравнений, эти уравнения оказываются нелинейными в математическом смысле. Математическим объектам с таким свойством соответствует возникновение спектра решений вместо одного единственного решения системы уравнений, описывающих поведение системы. Каждое решение из этого спектра характеризует возможный способ поведения системы. В отличие от линейных систем, подсистемы которых слабо взаимодействуют между собой и практически независимо входят в систему, то есть обладают свойством аддитивности (целая система сводима к сумме ее составляющих), поведение каждой подсистемы в нелинейной системе определяется в зависимости от координации с другими. Система нелинейна, если в разное время, при разных внешних воздействиях ее поведение определяется различными законами. Это создает феномен сложного и разнообразного поведения, не укладывающегося в единственную теоретическую схему. Из этой поведенческой особенности нелинейных систем следует важнейший вывод по поводу возможности из прогнозирования и управления ими. Эволюция поведения (и развития) данного типа систем сложна и неоднозначна, поэтому внешние или внутренние воздействия могут вызвать отклонения такой системы от ее стационарного состояния в любом направлении. Одно и то же стационарное состояние такой системы при одних условиях устойчиво, а при других – не устойчиво, то есть возможен переход в другой стационарное состояние.

В понятии нелинейности имплицитно заложено существование потенциальности как свойства (характеристики) данного типа систем. Качественно разные состояния одной и той же нелинейной системы альтернативны, то есть не могут актуально существовать в одной и той же системе одновременно. В тот момент, когда соответствующие определенному качеству системы стационарное состояние существует актуально (проявлено), то соответствующее другим качествам стационарные состояния существуют лишь потенциально, вне ее пространственно-временной определенности, так как могут быть актуализированы только при иных условиях.

В современной физике, в частности, в квантовой теории поля, находят свое эмпирическое приложение теоретические конструкции, в которых фиксируется единство потенциальной и актуализированной реальности. Сущность поля в квантовой теории как фундаментального физического объекта составляют виртуальные процессы и виртуальные состояния физических объектов, также условия их актуализации.

Понятие нелинейность начинает использоваться все шире, приобретая мировоззренческий смысл. Идея нелинейности включает в себя многовариантность, альтернативность выбора путей эволюции и ее необратимость. Нелинейные системы испытывают влияние случайных, малых воздействий, порождаемых неравновесностью.

Синергетика изучает два типа структур:

1) Так называемые диссипативные структуры, возникающие в процессе самоорганизации, для осуществления которых необходим рассеивающий (диссипативный) фактор. Здесь более важна роль стоков. Такие структуры тяготеют к стационарному состоянию, они как бы застывают на стоках. Диссипативные структуры появляются в открытых колебательных системах с сильной внешней подпиткой. Запасенная в них энергия способна высвобождаться в частности при поступлении в систему слабых возбуждений (флуктуаций), отклик системы на это возбуждение может быть непредсказуемо сильным. Диссипативные структуры “живут” (в системном смысле) за счёт использования отторгнутой энергии внешней среды для собственных нужд.

Возникновение диссипативных структур носит пороговый характер. Неравновесная термодинамика связала пороговый характер с неустойчивостью, показав, что новая структура всегда является результатом раскрытия неустойчивости в результате флуктуаций. Флуктуации – движения элементов микроуровня, обычно расцениваемые как случайные и не составляющие интереса для исследователя. Флуктуации бывают внутренние (внутрисистемные) и внешние (микровозмущения среды). В зависимости от своей силы флуктуации, воздействующие на систему, могут иметь совершенно разные для нее последствия. Если флуктуации открытой системы недостаточно сильны, система ответит на них возникновением сильных тенденций возврата к старому состоянию, структуре или поведению. Если флуктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в формировании новой диссипативной структуры и изменении состояния, поведения и/или состава системы.

Потенциальных траекторий развития системы много и точно предсказать, в какое состояние перейдет система после прохождения точки бифуркации, невозможно, что связано с тем, что влияние среды носит случайный характер. С математической точки зрения, неустойчивость и пороговый характер самоорганизации связаны с нелинейностью уравнений. Как уже было сказано, для линейных уравнений существует одно стационарное состояние, для нелинейных - несколько. Таким образом, пороговый характер самоорганизации связан с переходом из одного стационарного состояния в другое.

2) Другой тип структур – нестационарные (эволюционирующие) структуры, возникающие за счет активности нелинейных источников энергии. Здесь структура – это локализованный в определенных участках среды процесс, имеющий определенную геометрическую форму и способный развиваться, трансформироваться или же переноситься в среде с сохранением формы.

Подобные структуры изучаются российской синергетической школой. В дальнейшем рассмотрим теорию эволюционирующих структур более подробно. Сейчас отметим только, что фактически эти два типа структур являются различными этапами развития процессов в открытых нелинейных средах.

Итак, синергетика дополняет системный подход изучением сложных структур, находящихся вдали от равновесия. Из кибернетики и системного анализа известно о существовании в системе некоторых механизмов коллективного взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов. Однако когда система уходит от равновесия, доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, наоборот – усиливают индивидуальные движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень. Так, всякий рост социальной напряженности, революции – это проявления положительных обратных связей.

В другом случае – это взгляд на процесс самоорганизации изнутри, когда наблюдатель включен в систему и его наблюдение за нестабильной системой, диалог с ней вносят неконтролируемые возмущения. Соответствующий аппарат развивается на базе теории динамического, или детерминированного хаоса.

Итак, основой синергетики являются три основные идеи: неравновесность, открытость и нелинейность.

Неравновесность – состояние открытой системы, при котором происходит изменение ее макроскопических параметров, то есть ее состава, структуры и поведения.

Нелинейность – свойство системы иметь в своей структуре различные стационарные состояния, соответствующие различным допустимым законам поведения этой системы.

Синергетика изучает два типа структур: диссипативные и нестационарные (эволюционирующие).

Диссипативные структуры – структуры, возникающие в процессе самоорганизации, для осуществления которых необходим рассеивающий (диссипативный) фактор. Возникновение диссипативных структур носит пороговый характер. Новая структура всегда является результатом раскрытия неустойчивости в результате флуктуаций. Флуктуации – движения элементов микроуровня, обычно расцениваемые как случайные и не составляющие интереса для исследователя. В зависимости от своей силы флуктуации, воздействующие на систему, могут привести ее к различным вариантам дальнейшего существования. Выбор вариантов происходит в точке бифуркации. Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря, это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа.

Нестационарные (эволюционирующие) структуры возникают за счет активности нелинейных источников энергии. Здесь структура – это локализованный в определенных участках среды процесс, имеющий определенную геометрическую форму и способный развиваться, трансформироваться или же переноситься в среде с сохранением формы.

Подводя итоги можно также отметить, что понятия неравновесности, нелинейности и открытости систем, которыми оперирует синергетика, являются вполне релевантными для рассмотрения процессов в современном обществе. Синергетика отвергает представление о строго предопределенном развитии сложных систем, лишающее возможности адекватно оценить роль случайности в развитии общества.

Читайте также: