Russian
| English
"Куда идет мир? Каково будущее науки? Как "объять необъятное", получая образование - высшее, среднее, начальное? Как преодолеть "пропасть двух культур" - естественнонаучной и гуманитарной? Как создать и вырастить научную школу? Какова структура нашего познания? Как управлять риском? Можно ли с единой точки зрения взглянуть на проблемы математики и экономики, физики и психологии, компьютерных наук и географии, техники и философии?"

«КОГЕРЕНТНОСТЬ И ИНФОРМАЦИЯ В ПРОЦЕССАХ САМООРГАНИЗАЦИИ» 
В.А. Шевлоков

Опубликовано в: Философия и синергетика

Чтобы найти единые принципы. Мы должны сосредоточить внимание на таких ситуациях, когда сложная система качественно изменяет свое макроскопическое поведение или, иначе говоря, когда она изменяет свою макро-скопическую пространственную, временную или пространственно-временную структуру . Выяснение причин, приводящих к таким качествен-ным изменениям, есть по существу обнаружение общих механизмов процессов самоорганизации. К таким механизмам относится и когерентность (как «сборка» сложного), рассмотренная нами во взаимодействии с другими механизмами в контексте информационных процессов, сопровождающих самоор-ганизацию

«Сложные системы — вызов
искусству исследователя»
Г. Хакен

Образование новых пространственных, временных, пространственно-временных структур в сильно неравновесных, нелинейных средах, в процессе самоорганизации, получившие название «диссипативных структур», результат сложных взаимодействий различных механизмов. Результаты изучения природы данных механизмов и их взаимодействий привели исследователей к обнаружению определенных общностей в физико-химических процессах са-моорганизации, что дало серьёзные основания для поиска единого подхода к явлениям самоорганизации самой различной природы. Как отмечает один из создателей математической теории самоорганизации — синергетики Г.Хакен: в одной из совместных работ, ими были приведены уравнения лазера, и эти уравнения, как были установлены в последствии, имели такую же структуру, как и те, что М.Эйген совершенно независимо получил для своих биомолекул. Это было для меня, так сказать, искрой. Если две совершенно различные области — такие, как лазерная физика и биомолекулы, удовлетворяют одним и тем же уравнениям, это показывает, что здесь присутствуют гораздо более глубокие закономерности, чем только эти уравнения. Возможно, что они как раз поверхностны, и, что формирование порядка в системах, предоставленных самим себе, следует рассматривать на единой принципиальной основе .

Данная возможность обосновывается, с одной стороны, наличием общих закономерностей в явлениях самоорганизации, с другой, — общностью соответствующих им способов описания. Такой подход, выраженный в концепции универсального эволюционизма, успешно разрабатывался Н.Н.Моисеевым. «Когда я употребляю этот термин (универсальный эволюционизм — В.Ш.), — писал он, — то имею в виду описание с его помощью лишь тех общих законов, тех особенностей мирового эволюционного процесса, которые присущи всем процессам развития, независимо от их природы, а также процессам, протекающим в неживой природе, живом веществе и обществе как таковых. Концепция универсального эволюционизма ставит своей целью с минимальным числом гипотез … нарисовать некую целостную, непротиворечивую «картину мира» … » . Для выполнения поставленной задачи Н.Н.Моисеев предлагал, в контексте широкой интерпретации, использовать «дарвинскую триаду»: изменчивость, наследственность, отбор в описании общих свойств основных механизмов самоорганизующихся систем различ-ной природы .

Близость идей «универсального эволюционизма» к концепциям В.И.Вернадского о «ноосфере» , А.Швейцера — «этносфере» , Т. де Шардена — «сверхжизни» и современным концепциям самоорганизации создаёт значительные основания для единого подхода к самоорганизующимся системам в эволюции универсума.

Однако реализация этой идеи в научном плане становится возможной лишь на путях конкретных, поэтапных исследований механизмов самоорганизации в различных эволюционных процессах (физико-химических, биоло-гических, социальных и т.д.), с формированием соответствующих им способов и уровней описания, а также поиском условий, позволяющих переходить от одного уровня описания к другому.

В связи с этим мы ставим своей целью исследовать механизмы когерентности (кооперативности) и связанные с ними информационные процессы, играющие фундаментальную роль, и занимающие особое место в много-образии взаимосвязанных механизмов самоорганизации в едином эволюционном процессе.

Когерентность. Когерентность и самоорганизация

Возникновение понятия когерентности в научном познании было свя-зано с классической теорией колебаний. Но именно на основе квантовой ме-ханики сформировалась новое направление физических исследований коге-рентных процессов, в рамках которого понятие когерентности получило ши-рокое распространение в описании внешне разнородных явлений, объеди-ненных общей чертой — упорядоченностью и согласованностью поведения большого числа элементов системы в процессах самоорганизации. В этом смысле когерентность явилась обобщением содержания понятий: корреля-ция, кооперативнось, синхронизация, фазировка и т.п.

Существенной особенностью когерентных процессов (состояний), не-зависимо от причин их возникновения, является несводимость согласованно-го поведения элементов (частей) системы к их индивидуальным свойствам. Следовательно, когерентность есть проявление системных свойств объекта, как своеобразное разрешение антиномии части и целого. Целое «не больше», «не меньше» и не равно сумме своих частей, — оно просто иное. Данное об-стоятельство приводит к тому, что для отображения как частей, так и целого, требуется соответственно, различные уровни (способы) описания. Но, «чтобы связать между собой различные уровни описания и учесть взаимосвязь меж-ду поведением целого и отдельных частей, — указывает И.Пригожин и И.Стенгерс, — необходимо понятие сложной организации» .

Не вдаваясь в подробный анализ содержания понятия «сложного», от-метим, что, во-первых, не существует единой точки зрения на это понятие, и, во-вторых, то, что в одном отношении выступает как «сложное», в другом может выступать как «простое». Видимо, речь надо вести не о дефиниции сложного (хотя и это важно), а о способах представления сложного, требую-щего множества уровней описания, с последующим нахождением связей ме-жду ними.

Показательна в этом отношении позиция А.Бергсона. «В общем, — пи-шет он, — когда один и тот же объект предстает в одном аспекте как простой, а в другом — как бесконечно сложный, эти два аспекта неравнозначны или, точнее, не обладают реальностью в одной и той же мере. В подобных случаях простота присуща самому объекту, а бесконечная сложность — точкам зре-ния, с которых объект открывается нам, когда мы, например, обходим вокруг него, символом, в которых наши чувства или разум представляют нам объ-ект, или, более общо, элементам различного порядка, с помощью которых мы пытаемся искусственно имитировать объект, но с которым он остаётся несо-измеримым, будучи другой природы, чем они. Гениальный художник изобра-зил на холсте некую фигуру. Мы можем имитировать его картину много-цветными кусочками мозаики. Контуры и оттенки красок модели мы переда-дим тем точнее, чем меньше наши кусочки по размеру, чем их больше и чем больше градаций по цвету. Но нам понадобилось бы бесконечно много бес-конечно малых элементов с бесконечно тонкой градацией цвета, чтобы полу-чить точный эквивалент фигуры, которую художник мыслил, как простую, которую он хотел передать как нечто целое на холсте и которая тем полнее, чем сильнее поражает нас как проекция неделимой интуиции» .

Когерентность можно отнести к такой бергсоновской «простоте». Но проблема и состоит в том, каким образом синергетика (синергетический спо-соб описания) может «проецировать» когерентность на сложную взаимосвязь механизмов, определяющих единство эволюционного процесса?

В современном же исследовании явлений когерентности определились два основных направления, одно из которых, частное, связано с когерентным электромагнитным излучением, другое — общее, с когерентными состояния-ми систем различной природы. Типичным примером первого направления исследований может служить лазерное излучение, второго — фазовый пере-ход второго рода (например, фазовый переход эренфестовского типа). Таким образом, понятие когерентности можно определить как фазировку, согласо-вание, синхронизацию — «не-силовое» взаимодействие между состояниями объектов или их частей.

Результаты в области исследований когерентности привели к важному гносеологическому выводу о том, что когерентные явления носят общий, глобальный характер. И, что существенно: «одна и та же суть когерентных явлений может быть описана с разных сторон самыми различными физиче-скими, математическими и статистическими методами» .

Каковы же условия и причины, порождающие когерентные явления?

Когерентность в синергетике трактуется как синоним макроскопиче-ского «порядка», возникающего благодаря самоорганизационным процессам. Однако в состоянии равновесия этот порядок возникнуть не может. «В рав-новесном состоянии, — пишут И.Пригожин и И.Стенгерс, — молекулы ведут независимо: каждая из них игнорирует остальные. Такие независимые части-цы можно было бы назвать гипнонами («сомнамбулами»). Каждая из них может быть сколь угодно сложной, но при этом «не замечать» присутствия остальных молекул». «Гипноны», как далее указывают авторы, ведут себя не-когерентно, несогласованно, ибо в состоянии равновесия они движутся как во сне, «не замечая» друг друга. Каждая из них может обладать сколь угодно сложной структурой, но в состоянии равновесия их сложность обращена «внутрь» и не как не проявляется «снаружи». «Переход в неравновесное со-стояние пробуждает гипноны и устанавливает когерентность, совершенно чуждую их поведению в равновесных условиях» .

Таким образом, основным условием возникновения когерентности яв-ляется неравновесность и нелинейность самоорганизующихся систем. Для иллюстрации данного положения воспользуемся примером, приводимым Г.Николисом и И.Пригожиным , возникновения ячеек Бенара, как перехода от простого поведения к сложному, результатом которого является макро-скопическая упорядоченность и согласованность элементов системы.

В основе данного процесса лежит физическое явление — тепловой кон-векции. При нагревании нижнего слоя жидкости (например, воды), опреде-ленного объема образуется разность температур между верхним и нижним слоями, что приводит к нарушению равновесия. Неравновесное состояние сопровождается не только изменением температуры по объему от нижнего слоя к верхнему, но и соответственно возникновение неоднородностей плот-ности и давления. Вследствие теплового расширения жидкость как бы рас-слаивается, причем часть жидкости, находящаяся ближе к нижнему слою, характеризуется понижением плотности по сравнению с верхними слоями. Это приводит к градиенту плотности, направленному противоположно силе тяжести. Ясно, что такая конфигурация потенциально неустойчива. Если рас-смотреть малый объем жидкости вблизи нижнего слоя, то он, как элемент объема, несколько смещается вверх следствие возмущения. Находясь теперь в более холодной и, следовательно, в более плотной области, этот элемент будет испытывать направленную вверх архимедову силу, которая будет стремиться усилить восходящее движение. С другой стороны, если находя-щаяся вначале у верхней плоскости малая капля (объем) смещается вниз, то она проникнет в область пониженной плотности и архимедова сила будет ус-корять нисходящее движение. Поэтому в принципе ясно, что в жидкости мо-гут возникать восходящие и нисходящие потоки. Причина, по которой такие потоки не наблюдаются при малых значениях разности температур между нижним и верхним слоями, связана со стабилизирующим влиянием вязкости жидкости: в результате этого в жидкости возникают внутренние силы трения, направленные против движения. Стабилизирующим фактором оказывается и теплопроводность, в следствие которой разность температур между смещен-ной каплей и её окружением стремится исчезнуть. Однако при достижении критического значения разности температур между слоями происходит дви-жение по всему объёму жидкости. Возникающее движение настолько слож-но, что начиная с некоторой точки жидкость движется, скажем, вверх, прохо-дит вдоль верхнего слоя, затем идет вниз и движется мимо нижнего слоя, идет опять вверх и так далее. Круговые потоки капель(элементов объёма) жидкости приводит к образованию ячеек, выстраивающихся вдоль горизон-тальной оси, причем жидкость в ячейках приходит последовательно во вра-щение то по, то против часовой стрелки.

Таким образом, при достижении разности температур выше порогового значения всё происходит так, как если бы каждый элемент объёма жидкости следил за поведением своих соседей и учитывал его с тем, чтобы играть нужную роль в общем процессе. Такая картина, указывают Г.Николис и И.Пригожин, предполагает наличие корреляций, то есть статистически вос-производимых состояний между удалёнными частями системы . Стало быть, существенной чертой перехода к образованию конвективных ячеек является возникновение макроскопической упорядоченности и согласованности сис-темы.

Значительной особенностью данного процесса, на которую обра-щают особое внимание и Г.Николис с И.Пригожиным, является разли-чие между дальнодействующим характером корреляционых — когерент-ных связей и короткодействущим характером межмолекулярных сил. «Характерные размеры ячеек Бенара в обычных лабораторных условиях находятся в миллиметровом диапазоне (10-1см.), в то время как харак-терный пространственный масштаб молекулярных сил приходится на ангстремный диапазон (10-8 см.). Иначе говоря, отдельная ячейка Бена-ра содержит около (107)3 ~ 1021 молекул. Тот факт, что такое огромное число частиц может демонстрировать когерентное поведение, несмотря на случайное тепловое движение каждой из частиц, является одним из основных свойств, характеризующих возникновение сложного поведе-ния» .

Следовательно, природа когерентных явлений определяется существо-ванием в структуре мироздания дальнодействующих связей, носящих неси-ловой характер.
Дальнодействие и близкодействие

Как известно, начальные условия и динамические уравнения движения задают основу классическому способу описания поведения объекта. Но что отображают динамические уравнения движения? Прежде всего, это опреде-ленный вид взаимодействий между объектами. Для классики, в начальный период своего становления, из всех видов физических взаимодействий выде-лялось энергетическое, или, точнее, силовое взаимодействие, которое можно подвести под более общее понятие: причинного взаимодействия (или при-чинной связи).

Обычно причинное описание движения характеризуют близкодействи-ем, ибо силовые воздействия распространяются от одной пространственной области к другой с конечной скоростью передачи любых возмущений. По-этому причинность — причинные связи, в основе которых лежат силовые взаимодействия, находятся в фундаменте классического способа описания. Но это положение можно считать справедливым и по отношению к другим областям физической реальности, описываемым неклассическими теориями, связанными с динамическим (в классическом смысле) характером поведения.

Однако возникает вопрос: является ли силовая взаимосвязь (взаимо-действие) единственно возможной взаимосвязью физических, а в более ши-роком смысле, материальных систем. Ведь та парадоксальная ситуация, ко-торая возникает при взаимодействии микрообъектов с измерительным при-бором в квантовой механике, не исчерпывается понятием силового взаимо-действия.

В рамках классической механики «молчаливо» предполагалась незави-симость физических процессов от способа их наблюдения. Для квантовых явлений оказалось необходимым учитывать устройство и действие измери-тельных приборов, без которых невозможен процесс их познания. Данное обстоятельство было охарактеризовано В.А.Фоком следующим образом: «Необходимость усложнения описания атомных объектов, введя в рассмот-рение средства наблюдения (приборы), вытекает из того, что здесь нельзя обойтись без посредника. Необходимым посредником при изучении атомных объектов и являются приборы; атомный объект может проявляться только провзаимодействовав с прибором. Например, путь частицы становится види-мым в результате необратимого лавинного процесса в камере Вильсона или в слое фотопластинки «.

Однако и наличие измерительного прибора (приборной ситуации) не дает нам однозначного знания о состоянии микрообъекта до и после взаимо-действия с ним. Само же измерение связано с необратимостью, а также неоп-ределенностью, в соответствии с «соотношением неопределенностей» В.Гейзенберга, который гласит, что невозможно сколь угодно точно опреде-лить одновременно импульс и координаты микрообъекта для строго детер-министического (причинного) способа описания его дальнейшего поведения. «Квантовая механика, — пишет в этой связи Л.Г.Антипенко, — имеет дело с отображением необратимых процессов, имеющих место при актуальном из-мерении процессов, механизм которых пока что мало доступен нашему по-ниманию» .

Данное обстоятельство потребовало того, чтобы в описании кван-товых объектов, учитывая принцип относительности к средствам на-блюдения (измерительным приборам), был введен еще один вид связи между микрообъектом и прибором, который принципиально отличен от силовой связи. Осознание этого факта поставило физиков, работавших в области построения квантовой механики, в затруднительное положе-ние, ибо для названия её физической связью не находилось объективно-го основания в квантово-механическом описании. В.А.Фок был одним из первых, кто признал наличие двух видов связи между микрообъек-том и измерительным прибором, и назвал одну из них физической, а вторую — логической .

Существование подобной (второй) связи приводит к необходимо-сти дополнить причинный способ описания, основанный на силовых взаимодействиях, другим — на основе логической (по Фоку) связи. Одна-ко выясним сначала: каковы реальные, онтологические основания «ло-гической» связи?

В отличие от В.А.Фока, Б.Я.Пахомов констатирует факт познания квантово-механических процессов следующим образом: «По нашему мне-нию, квантовым объектам, реально, независимо от их наблюдения, присущи два способа существования и два способа изменения (способа взаимодейст-вия). В первом способе существования внешние физические воздействия или внутренние процессы изменяют лишь потенциальные возможности, объек-тивно присущие квантовому объекту. При этом и сам квантовый объект ре-ально существует как бы в форме носителя потенциальных возможностей. Такой способ существования и способ изменения (взаимодействия) непо-средственно не наблюдаем, не регистрируется приборами, но познаваем. Именно он и отражен в формальном аппарате квантовой механики в виде волновой функции, изменяющейся по уравнению Шредингера. При осущест-влении квантовых переходов (в форме квантовых событий) квантовый объект проявляет другой способ существования (и взаимодействия). Изменение объ-екта в этом случае не описывается уравнением Шредингера, однако, с помо-щью волновой функции могут быть определены вероятности тех или иных скачкообразных переходов событий. Эти переходы регистрируются прибо-рами и вообще независимы от наблюдений познающего субъекта, оставляют следы в виде изменений микро- или макромасштаба (так, обследование под микроскопом некоторых природных материалов позволяет обнаружить сле-ды пролетевших когда-то сквозь них частиц высоких энергий, в том числе и во времена до человека)» .

Из сказанного следует важный гносеологический вывод: между реаль-ным поведением микрообъекта в естественных условиях существования и поведением микрообъекта в приборной ситуации принципиальных различий не существует. Они подчиняются одним и тем же фундаментальным законо-мерностям. Тогда и та парадоксальная ситуация, отмеченная физиками, при взаимодействии квантового объекта с измерительным прибором приобретает иной характер. Она не является чисто следствием, как это считалось, относи-тельности к средствам наблюдения.

Итак, существование «логических» (не-силовых) связей, отмеченных в приборной ситуации, должны иметь место и в определенных взаимодействи-ях микрообъектов между собой, и в любой макрообстановке, будь-то прибор или естественное взаимодействие микро — и макромасштабов.

Современная физика еще в большей мере продуцирует идею дально-действия в осмыслении явлений охватывающих процессы уровня физическо-го вакуума, и далее — в масштабах микро — макро — и мега мира. В частности, мгновенно происходит самоупорядочивание вакуума; синхронизация фаз -функций отдельных частиц; пространственная упорядоченность атомных спинов в ферромагнитном состоянии и т.д. Дальнодействующие связи по-добного типа, в физике и называют когерентными связями.

Однако, возвращаясь к вопросу о квантовомеханическом измерении, где обнаружилась «необходимость» существование не-силовых связей, мы приходим ещё к одному важному аспекту описания дальнодействующих — когерентных связей, играющих существенную роль в явлениях самооргани-зации. Процесс квантовомеханического измерения носит необратимый ха-рактер, что означает как раз разрушение когерентности как редукции волно-вой функции. Но при этом происходит извлечение информации о состоянии микрообъекта. Однако, как известно, необратимостью характеризуются не только явления разрушения, дезинтеграции, разупорядочивания, ведущие к хаосу — состоянию равновесия системы, но и интеграции, синхронизации, упорядочивания — когерентности — самоорганизации системы. Если первый ряд явлений связан с мерой дезорганизации системы — энтропией, то, второй, с мерой организации. Такой мерой организации, как оказалось, является ше-ноновская информация или, точнее, «количество информации». «Процесс из-мерений и извлечения информации по результатам наблюдений, — указывает-ся в одной из коллективных работ, — происходит при взаимодействии физи-ческих систем и связан с обменом энергии. Вследствие этого обстоятельства одним из центральных вопросов при исследовании указанной проблемы яв-ляется нахождение зависимостей между извлекаемыми по результатам на-блюдений количеством информации и затраченной работой. Этим самым ус-танавливается однозначная связь между понятиями «количество информа-ции» и «физическая энтропия»" .

Таким образом, когерентность, возникающая в квантовомеханическом процессе измерения и извлечения информации об объекте (в виде определён-ных свойств — параметров), есть нечто иное как «сообщение» (информация) об упорядоченном (организованном) состоянии системы, сопровождающееся одновременно «энтропийными процессами» (как акт редукции волновой функции). С другой стороны, когерентность, связываемая в синергетике с возникновением «порядка» (сложности) в процессе самоорганизации, может быть теперь выражена как мера организации системы, что приводит к воз-можности информационного подхода (способа описания), как дополнитель-ного — причинному, к динамическим (самоорганизующимся) системам. Как указывает в этой связи Г.Хакен, информация порождаемая кооперативным (читай — когерентным — В.Ш.) действием системы можно назвать синергети-ческой информацией . При этом, если опять следовать идеи дополнительно-сти — дополнительности различных концептуальных представлений процес-сов самоорганизации, то, как в концепции брюссельской школы И.Пригожина — «порядок из хаоса через флуктуации», так и в кибернетиче-ской — Н.Винера, связывающей «динамический хаос» и «порядок», соответст-венно устанавливается связь между мерой организации и мерой дезорганиза-ции системы. «Понятие количества информации в системе, — пишет Н. Ви-нер, — совершенно естественно связывается с классическим понятием стати-стической механики — понятием энтропии. Как количество информации в системе есть мера организованности системы, точно так же энтропия систе-мы есть мера дезорганизованности системы; одно равно другому, связанному с обратным знаком» .

Здесь мы видим выражение существования диалектической взаимосвя-зи между понятиями информация и энтропия и, соответственно организован-ностью и дезорганизованностью самоорганизующейся системы. В брюссель-ской школе эта связь выражена в понятии «диссипативная структура», усло-вием существования которой является минимум скорости производства эн-тропии относительно термодинамических сил. Г.Хакен же, для широкого класса самоорганизующихся систем, в которых новая структура образуется посредствам неравновесного фазового перехода, предложил принцип макси-мума информационной энтропии .

Таким образом, проблема дальнодействия и близкодействия, обнару-жившаяся в самоорганизующихся процессах (например, образование ячеек Бенара), разрешается через установление, наряду с силовыми, — не-силовых, когерентных связей, что находит своё отражение в дополнительном: причин-ном и информационном способах описания. Однако какую роль играет ин-формация в самоорганизующихся процессах; каким образом она находит своё отражение в соответствующем способе описания; и, какое место зани-мает в общем механизме самоорганизующихся процессов, остаётся откры-тым.
Информация и самоорганизация

Для иллюстрации информационного подхода к явлениям самооргани-зации, воспользуемся примером спонтанного нарушения симметрии физиче-ского вакуума как самоорганизующегося процесса. Смысл спонтанного или самопроизвольного нарушения симметрии заключается в том, что описывае-мая динамическими уравнениями движения физическая система, обладавшая некоторой симметрией переходит в состояние, лишенное данной симметрии. Такой переход происходит тогда, когда симметричное состояние физической системы не обладает минимальной энергией, а поэтому энергетически «не выгодно». Состояние системы с минимальной энергией неоднозначно, так как ему соответствует серия решений, каждая из которых не обладает ука-занной симметрией. Математическое преобразование «симметрии» приводит к тому, что реализуется лишь одно решение этой серии, что соответствует эффекту спонтанного нарушения симметрии.

Спонтанное нарушение симметрии в теории электрослабых взаимодей-ствий предстает как эффект вырождения физического вакуума. В квантовой теории с вакуумом (наименьшим энергетическим состоянием квантового по-ля) сопоставляется волновая функция. А как известно, одному и тому же на-блюдаемому квантовому объекту может соответствовать множество состоя-ний, т.е. собственных значений волновой функции. Данную ситуацию назы-вают эффектом вырождения, что говорит о неинвариантности вакуума.

Эффект вырождения физического вакуума являет собой процесс самооргани-зации на фундаментальном уровне.

Яркий пример, раскрывающий механизм такой самоорганизации приведён физиком Еитиро Намбу с самоупорядочиванием ферро-магнитной среды . Мы же для наглядности воспроизведём пример из обыденной жизни предложенный физиком-теоретиком А.Саламом, проясняющего смысл спон-танного нарушения симметрии и сущность информационного подхода к нему.

В приводимом примере демонстрируется выбор одной из двух возмож-ностей (аналогия с реализацией только одного из серии решений в случае вырожденного состояния физического вакуума). Итак, представим себе зван-ный обед, большой круглый стол, Вокруг которого уселись многочисленные гости. Перед каждым местом за столом поставлена тарелка и в надлежащем порядке разложены ножи, вилки, салфетки и т.п. Поскольку промежутки ме-жду местами относительно малы, салфетки разложены так ,что не ясно, к ка-кому месту они относятся, на лицо явная право-левая симметрия. В действи-тельности, конечно, безразлично, какую салфетку взять. И если какой-то гость первым выберет случайно, правую салфетку от себя, в тот же миг имевшаяся ранее симметрия спонтанно исчезает, так как все остальные гости вынуждены взять правые салфетки .

Понятно, что это образное описание спонтанного нарушения симмет-рии, но из него можно извлечь необходимость информационного подхода при нарушении симметрии как необратимого процесса в явлениях самоорга-низации. В данном примере, скажем, мы ставим своей целью узнать вероят-ность наступления событий; т.е. с какой вероятностью салфетки оказываются то в правой, то в левой руке из людей, сидящих за столом. Когда мы говорим о вероятности числа возможных исходов события, в данном случае, подразу-мевается понятие информации по Шеннону. Для выбора салфеток, это число Z = 2. Знание вероятности даёт возможность подсчёта среднего количества информации, которое реализуется в каждом выборе из двух альтернатив. Ве-роятность подсчитывается при хорошей статистической выборке среди большой серии застолий, т.е., выражаясь физическим языком, — ансамблем одинаковых ситуации. Вычисление среднего количества информации в кван-товой механике для одного совершающегося события (как результат процес-са измерения) не представляет особой проблемы. Сложнее ситуация с эффек-том вырождения физического вакуума и другими самоорганизующимися процессами. Во-первых, это связанно с многофакторностью формирования возможностей выбора пути (направления) самоорганизующегося процесса и чувствительностью системы к флуктуациям в сильно неравновесном состоя-нии, и, во-вторых, с той неопределённостью и непредсказуемостью, которая возникает в критических точках (точках бифуркации) перехода к новой орга-низации. «Короче говоря, информация сопряжена с двумя фундаментальны-ми условиями.

  1. Резкое нарушение пространственной симметрии, непрерывно отсеи-вающей другие возможности …
  2. Элемент непредсказуемости, связанный с раскрытием содержания объекта или с сообщением заранее неизвестным …» .

В связи с этим, использование шенноновской информации для самоор-ганизующихся систем становится ограниченным, ибо она, во-первых, ни как не связана со смыслом выбора, и во вторых, относится к закрытым системам, т.е. Z — ограниченно. Поэтому возникает необходимость нового подхода, свя-занного с концепцией информации, но включающей семантику. «Смысл сиг-налу (информации — В.Ш.), — указывает Г.Хакен, — можно приписать только в том случае, если мы примем во внимание отклик того, кто принял сигнал» . А это в свою очередь приводит к понятию относительной значимости сигна-лов.

Семантика, таким образом, становится средством исследования откли-ка (аттракторов) динамической системы на воздействия. (В синергетике про-цесс самоорганизации связывается с выходом системы на структуру-аттрактор*). Поэтому отклик системы может состоять в исправлении «оши-бок» (или служить источником частичной информации). Если приходящий сигнал не переводит начальное состояние корректно, т.е. в аттрактор, то он может перевести начальное состояние в область притяжения аттрактора. За-дача, которая здесь стоит, заключается в том, чтобы определить минимальное число битов, необходимое для достижения данного аттрактора (или данного уровня относительной значимости) .

Однако главным, все же остаётся вопрос: каким образом в самооргани-зующейся системе (природной или биологической) может возникнуть ин-формация, обретающая в ней смысл?

Обратимся снова к примеру, на этот раз к лазеру, в качестве источника самоорганизации в физике. В лазере в активную среду, например, кристалл рубина, погружено большое количество «свободных» атомов. В процессе на-качки энергии извне атомы возбуждаются и испускают отдельные цуги волн. Испускаемый каждым отдельным атомом сигнал, как определённая инфор-мация, переносится световым полем. В полости лазера эти цуги волн могут взаимодействовать с другими возбужденными атомами, что ведёт к усиле-нию испускаемого ими сигнала — информации. Но так, как, излучение от-дельными атомами может происходить независимо друг от друга и световые сигналы усиливаются другими атомами, возникает суперпозиция некоррели-рованных, но усиленных цугов волн. Однако когда амплитуды световых сиг-налов достигают достаточно больших пороговых значений, происходит каче-ственно новый процесс. Атомы в лазере начинают когерентно осциллиро-вать, световое поле становиться когерентным, что означает переход от от-дельных некоррелированных цугов к «бесконечно» длинному цугу синусои-дальных волн — лазер самоорганизуется, без внешнего вмешательства. Хао-тическое состояние усиленных некоррелированных цугов волн сменяется по-рядком — временной структурой когерентной волны. Математическая теория, описывающая данный процесс показывает, что возникающая световая волна служит параметром порядка, вынуждающим атомы осциллировать когерент-но, или, иначе говоря, подчиняет себе атомы. «Параметры порядка, опреде-ляют поведение микроскопических частей системы в силу принципа подчи-нения. Так возникновение параметров порядка и их способность подчинять, — пишет Г.Хакен, — позволяет системе находить свою структуру» . Важно также отметить, что здесь мы имеем дело с циклической причинностью: с одной стороны, параметр порядка подчиняет себе атомы, а, с, другой, сам оказывается порожденным совместным, кооперативным действием атомов.

«С точки зрения информации, параметр порядка играет двойную роль: он сообщает атомам о том, как им подлежит вести себя, и, кроме того, дово-дит до сведенья наблюдателя о макроскопически упорядоченном состоянии системы. Если для описания состояния отдельных атомов требуется огром-ное количество информации, то после установления упорядоченного состоя-ния необходима лишь одна величина, а именно фаза общего светового поля, т.е. происходит сильное сокращение информации. Мы можем назвать пара-метр порядка информатором. «А поскольку сама информация в системе по-рождается («создаётся») кооперативным действием системы, то её Г.Хакен и предложил назвать, синергетической информацией.

Таким образом, как мы видим, существует органическая взаимосвязь между когерентностью и информацией, с одной стороны, и, соответственно, информационным способом описания самоорганизующихся систем, с дру-гой. С синергетической информацией и когерентностью так же связан пере-ход от одного уровня организации на другой и соответственно с одного уровня описания на другой (с микроскопического на мезо- и макроскопиче-ский), как необходимого условия осмысления и теоретического представле-ния единого эволюционного процесса.

При переходе к химическим процессам самоорганизации (эволюции) ситуация конечно сложнее. Но мы можем в явлениях химического автоката-лиза усмотреть много общего с механизмами самоорганизации в физических процессах и, в частности, с лазером, что позволяет говорить о едином подхо-де к физико-химическим самоорганизующимся процессам. Еще сложнее проблемы, которые возникают при формировании концептуальных представ-лений добиологической и биологической эволюции, а так же социальных фе-номенов самоорганизации. Однако не вызывает сомнений тот факт, что и к данным процессам эффективно применим информационный подход, учиты-вающий специфику предмета исследования.*

Г.Хакен следующим образом комментирует данное обстоятельство: «В случае с биологической системой коллективное поведение выгодно для всей системы. Находясь вне точек устойчивости, система может переходить в раз-личные состояния, и ей необходима информация о выборе того или иного состояния. Одна из возможностей состоит в том, что эта информация зало-жена в системе генетически или поступает в систему от связей, налагаемых одними частями системы на другие. Но нередко в случае вырождения важ-ную роль играет окружающая среда, или, иначе говоря, значимость состоя-ния, в которое может перейти система, оценивается контекстом. По мнению автора, именно так зарождается информация в биологическом смысле. Не-смотря на неустойчивость, коллективное состояние возникает, но обретает свой смысл только в соотнесении с окружающей средой и отчасти в связи с тем, сколь оно важно для выживания всей системы». И далее, он переводит свои размышления в область социальных процессов. «По моему мнению, ис-следование информации в биологических системах представляет интерес и в современном обществе, надлежащее функционирование которого основано на адекватном производстве, передаче и переработке информации. Возмож-но, наиболее важным аспектом, возникшим в последнее время, следует счи-тать круговую причинность, приводящую к коллективному состоянию, кото-рому в социологии могут соответствовать социальный климат, широкое об-щественное мнение, демократия или диктаторский режим»

Ещё один аспект проблемы, связанный с когерентностью и информа-цией, который мы хотели бы рассмотреть в заключительной части, касается переходных процессов в явлениях на пути к сложному.

Информация — Бифуркация — Альтернативы путей эволюции

Возникновение новой организации в нелинейных средах, синергетикой определяется как переход через пороговые режимы («критические точки»). Процессы происходящие в пороговых режимах являются фокусом сосредо-точений усилий каждой из концептуальных представлений синергетики, ибо в них, образно выражаясь, «природа вершит свои таинства» Ситуация анало-гично квантомеханическому измерению, определяемому «соотношением не-определённостей» В.Гейзенберга, который привёл к необходимости введения в квантовую теорию вероятностного (квантомеханического) способа описа-ния. Гносеологические проблемы, возникшие в связи с данным обстоятельст-вом, привели даже такого столпа физической науки как А.Эйнштейн к не-принятию вероятностной (статистической) интерпретации квантовой меха-ники, выразившаяся в известной его фразе: «Бог не играет в кости». В письме Максу Борну он писал: «Вы верите в бога, играющего в кости, я — в полный закон и порядок в мире, который существует объективно, и который я чисто умозрительным путём пытаюсь охватить. Я твёрдо верю, но надеюсь, что кто-нибудь откроет более реалистический подход или более приемлемую ос-нову, чем удалось сделать мне. Даже огромный успех, выпавший на долю квантовой теории, не убеждает меня в том, что в основе всего лежит игра в кости, я отчётливо сознаю, что Ваши более молодые коллеги сочтут это про-явлением старческого возраста» .

Однако надеждам А.Эйнштейна не было суждено осуществиться, более того, синергетика углубила наши представления о процессах, которые в принципе не могут быть понятны и описаны детерминистически. К таким процессам и относятся переходные процессы в явлениях самоорганизации.

В пороговом состоянии течение событий, процессов неоднозначно, не-определённо из-за внешних воздействий и флуктуаций в системе, так же как и непредсказуема новая организация, возникающая после прохождения этого порога — «точки бифуркации»*, ибо в момент перехода система находится в таком состоянии, о котором И.Пригожин говорит, что она оказывается в одно и то же время всем, чем она может быть. «В этих точках самое полное знание не даёт нам возможности вычислить то, что произойдёт, заменить вероят-ность уверенностью. Система нащупывает, таким образом, некую «диаграм-му бифуркации», «карту возможностей», в то время как она всё в большей мере удаляется от состояния равновесия благодаря изменению своих отно-шений со средой, определяющей каждый раз, что именно можно будет пред-видеть, а также то, что, как это известно заранее, можно только констатиро-вать и пересказывать» .

Ещё Дж.К.Максвелл в своё время обратил внимание на важность таких точек, не только в сфере физических процессов, но и в явлениях самой раз-личной природы. В качестве примеров он приводит такие состояния как: ска-ла, отделившаяся от основания в результате выветривания и балансирующая на выступе горного склона; небольшая искра, поджигающая огромный лес; слово, ввергающее мир в пучину войны; крупица вещества, лишающая чело-века воли; крохотная спора, зарождающая посевы картофеля и другие куль-туры; геммула, превращающая нас в философов или идиотов. При этом Дж.Максвелл подметил, что чем выше уровень организации системы, нахо-дящейся в неравновесном состоянии, тем больше таких точек. Следователь-но, сложные системы в своем развитии должны проходить целую последова-тельность, каскад таких точек бифуркаций. Но последуем дальше за его рас-суждениями. «В этих точках воздействия, — отмечает он, — физическая вели-чина которых слишком мала для того, чтобы существо конечных размеров принимало их во внимание, могут приводить к необычайно важным послед-ствиям. Всеми результатами человеческой деятельности мы обязаны искус-ному использованию таких особых состояний, когда такая возможность представлялась» . Особая точка — точка бифуркации, характеризуется суще-ствованием множества возможных структур, в пределах которых открывает-ся перспектива дальнейшего развития сложной системы. В этом состоянии система как бы «колеблется» перед выбором будущего, «прощупывает» соб-ственное пространственное состояние, «блуждает» по полю путей развития. Поле возможностей путей развития, определяясь параметрами системы, вы-ступает как своего рода потенциальный план эволюции.

Однако в открытой нелинейной системе возможны не любые структу-ры, ибо спектр структур аттракторов уже предопределён как спектр возмож-ностей, открывающий направление эволюции.

От чего же будет зависеть выбор пути, какие факторы влияют на опре-деление этого выбора?

Если подходить строго детерминистически, то выбор всецело должен определяться историей, точнее, предыстории системы, как начальных усло-вий. Но в сильно неравновесных системах, из-за флуктуаций в критических состояниях, происходит «забывание» начальных условий, «потеря системной памяти», то есть исчезает различие между прошлым и будущим системы, что означает уникальность точек бифуркаций. Отсюда следует, что эволюция системы в критической области определяется тенденциями грядущего поряд-ка. «Будущее состояние системы как бы притягивает, организует, формирует наличное ее состояния.

Если произошло событие выхода на структуру-аттрактор (событие по-падания внешнего или внутреннего, спонтанного воздействия в сферу его притяжения), то в открытой нелинейной среде имеет место процесс самодо-страивания, самовыстраивания структуры-аттрактора. Процесс выпадения на аттрактор также естествен как процесс падения тел в гравитационном поле притяжения Земли» .