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?"

«СИНЕРГЕТИКА В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ» 
Р.Г. Баранцев

Опубликовано в: Что такое синергетика?

3.2.2. Антропный принцип.
Каждая крупная область физики, имеющая свою фундаментальную константу, развивается достаточно самостоятельно, но не без взаимодействия с другими областями. Согласованное взаимодействие обеспечивает единство физики в целом, так же как согласованное взаимодействие человеческих органов обеспечивает целостность всего организма. Набор физических констант, при которых достигается эта согласованность, оказывается далеко не случайным. Физики обнаружили, что малейшее отклонение от известных значений ведёт к разрушению существующего мира. Что же означает эта величайшая согласованность мировых постоянных, чрезвычайно тонкая их настройка, сделавшая возможным появление жизни и человека? Есть ли в этом какой-то вселенский смысл?
«Если для возникновения жизни были необходимы столь точные согласованности, может быть, жизнь не является всё-таки малозначащим продуктом случая, а преднамеренна, запланирована? Может быть, в наблюдаемом развитии спрятаны дизайн, продуманный план и продуманные намерения? Или дизайнер?» — спрашивает П.Хегеле [133].
«Единственное, во что, по-моему, нельзя уверовать, — пишет Б.С.Кузин, — это — в бессмысленность Вселенной» ([134], с.172). А смысл он уверенно связывает с категорией цели. Так человек, ставя перед собой цель, видит смысл жизни в достижении этой цели.
Если эволюция Вселенной происходит целесообразно, то появление человека можно рассматривать в качестве такой цели. Антропный принцип, сформулированный в 1978 году Картером, гласит: «Вселенная должна быть такой, чтобы на некотором этапе эволюции её параметры допускали существование наблюдателей» ([124], с.164).
Через человека, посредством человека Вселенная приходит к самопознанию. «Универсуму, для того, чтобы быть, необходимо быть познанным», — приводит В.В.Налимов слова нейрофизиолога Дж.Уолда ([135], с.58). Говоря о фундаментальности антропного принципа, В.В.Налимов напоминает также высказывания известного физика Дж. Уилера «Смысл важен, он централен. Не только человек адаптирован ко Вселенной. Сама Вселенная адаптирована к человеку. Вообразите Вселенную, в которой та или иная из безразмерных физических констант изменилась бы на несколько процентов тем или иным образом? Человек никогда не смог бы появиться в такой вселенной. Это главный смысл принципа антропности. Согласно этому принципу, фактор, дающий жизнь, лежит в основе механизма и замысла мира» (с.50). Ещё более решительно говорит П.Девис: «Любая физическая теория, которая противоречит существованию человека, очевидно, неверна» ([136], с.497).
Антропоцентрическая телеология, восходящая ещё к Протагору с его максимой «Человек есть мера всех вещей», конечно, чревата соблазном гордыни. Чтобы не впасть в этот грех, человек должен сознавать величайшую ответственность за судьбу Вселенной. Наше участие в космическом процессе не должно быть пассивным. Может быть, в том и состоит предназначение человека, что через его творческую деятельность создаётся универсальное сознание, посредством которого Вселенная осознаёт саму себя ([124], с.54).

3.2.3. Становление ноосферы.
На поверхности земного шара различаются, в соответствии с агрегатными состояниями, литосфера ( греч. lithos — камень), гидросфера (греч. hydor — вода) и атмосфера ( греч. atmos — пар). С появлением жизни образовался слой живого вещества — биосфера. Это активная оболочка Земли, в которой совместная деятельность живых организмов проявляется как фактор планетарного масштаба и значения. Учитывая созидательную роль человеческого разума, В.И.Вернадский (1863-1945) развил учение о переходе биосферы в ноосферу (греч. nous -разум, дух) [131].
Становление ноосферы как целостной планетарной системы происходит в процессе решения многих проблем согласования различных областей, сторон и уровней человеческой деятельности. И настройка здесь видимо будет посложнее, чем в случае с физическими константами.
Неоднородность социума с самого начала человеческой истории была обусловлена неоднородностью природных условий на поверхности Земли. В биоценозах отдельных ландшафтов формировались определённые этнические общности (греч. ethnos — племя) с единым стереотипом поведения. Поведение — определяющая черта этноса, в отличие от расы, о которой говорит внешний облик человека, и от нации, где основная характеристика — культура. Например, в Китае несколько этносов объединены в одну нацию; в арабских странах разные нации составляют один этнос. Развивая учение об этногенезе, Л.Н.Гумилёв (1912-1992) установил, что в появлении нового этноса существенную роль играет пассионарность — способность к сверхнапряжению ради идеальных целей [137]. Взаимопонимание между этносами — одна из коренных проблем социума на пути к ноосфере. Легче согласовать законодательства, чем стереотипы поведения.
Другая проблема — гармонический баланс экономической, политической и духовной сторон жизнедеятельности каждого народа. Подавляющее господство или явная отсталость отдельных сторон нарушают целостность общественной системы, тормозят её развитие. В настоящее время трудно назвать страну, где триединую гармонию можно было бы считать достигнутой. Как показывает П.Маляска [138], в странах Запада преобладают экономические функции, в Восточной Европе — общественно-политические события, в мусульманском мире — духовная деятельность.
Не менее важна проблема согласования разных уровней развития природы: косного, живого, разумного. На каждом из них имеются свои внутренние закономерности, обеспечивающие их существование. Но есть и процессы межуровневого взаимодействия, которые не должны разрушать целостность всей системы. Человек, ощутив свои большие возможности, в какой-то момент возомнил себя властелином природы, призванным господствовать над ней. Беспощадная эксплуатация окружающей среды привела к экологическому кризису.
Экология (греч. oikos — дом), вырастая из биологии, сначала считала своим предметом окружающую природную среду и занималась охраной этой среды с целью рационального природопользования. Однако дом человека открыт на весь мир, и экология быстро распространилась на все естественные науки, захватывая также эстетическую и нравственную сферы жизни. Появились экология города, экология культуры, экология мышления. Понятие окружающей среды существенно усложнилось, а отношения с ней перестали рассматриваться как однонаправленные. В поисках целостности экология повернулась к объединяющему центру этих отношений и превратилась в экологию человека.
Судя по всему, на пути от биосферы к ноосфере наша планета проходит сейчас стадию антропосферы [139]. В науках идёт процесс гуманитаризации, в общественном сознании муссируется человеческий фактор, общечеловеческие ценности объявляются приоритетными. Будучи центром внимания и узлом противоречий, человек оказывается и ядром современного глобального кризиса, чреватого экологической катастрофой. Но именно человек обязан найти выход из этого кризиса, чтобы стать достойным восхождения к ноосфере.
Проблемы, связанные с потеплением климата, ростом народонаселения, сокращением биоразнообразия и т.п., угрожают потерей стабильности всей биосферы [140] и не могут быть решены локально. Экологическое мышление должно обрести планетарный масштаб. Вместе с тем, оно не может ограничиваться экономической стороной дела, ибо здоровье, как человека, так и общества, соединяет физическую, психическую и духовную компоненты в целостном единстве. В книге Ф.Капры «Уроки мудрости» читаем: «Экологическое понимание есть осознание единства всей жизни, взаимозависимости всех её проявлений. А человеческая духовность — такой модус сознания, в котором мы чувствуем связь со всем космосом. Следовательно, экологическое сознание духовно в глубине своей сути» ([8], с.100). По словам А.Сокурова, главная экологическая проблема сегодня — не большие и малые чернобыли, а целенаправленное разрушение сознания.
Отношение человека к природе, превращаясь из хищнического в охранительное, всё ещё остаётся покровительственным. А между тем, у природы есть своя стратегия развития, которая достойна понимания, согласования, уважения. Эпоха покорения должна смениться признанием самоценности природы, установкой на совместное развитие. Природа — не реквизит, а полноправный участник событий. Поэтому «необходима новая стратегия человечества, поиск качественно нового пути развития цивилизации, способного обеспечить состояние коэволюции природы и общества… Это самая фундаментальная проблема науки за всю историю человечества», — утверждает Н.Н.Моисеев ([129], с.364). Слова Ф.Тютчева: «Не то, что мните вы, природа: не слепок, не бездушный лик — в ней есть душа, в ней есть свобода, в ней есть любовь, в ней есть язык» ([59], c.78) могут теперь рассматриваться не как поэтическая метафора, а как гениальное пророчество.
Концепция коэволюции способствует движению к ноосфере, так как экологический императив порождает императив нравственный ([129], с.309). Эту связь давно подметил А.Битов, когда писал: «Современная экология кажется мне даже не наукой, а реакцией на науку. Реакцией естественной, нормальной…Почерк этой науки будит в нас представление о стиле в том же значении, как в искусстве. Изучая жизнь, она сама жива, исследуя поведение, она обретает поведение. У этой науки есть поведение, неизбежный этический аспект. Её ограниченность есть этическая ограниченность: не всё можно» ([141], с.203). Более того, экологическая этика отходит от традиций антропоцентризма и становится трансперсональной, понимая «я» широко и открыто, не как отдельный атом или частицу, а как пульсирующее поле взаимодействий ([142], с.104). Защита природного мира и защита себя оказываются неразделимыми. Структура слов со-знание, со-чувствие, со-весть напоминает о причастности человека к общему полю.
На пути к ноосфере создаётся коллективный разум, который призван интегрировать все духовные компоненты социума, формируя некоторое поле, воздействующее на духовный мир людей ([143], с.45). Этому способствуют такие социальные институты, как ООН, Гринпис, Римский клуб, Международная лига защиты культуры и, конечно, Internet.
По мере того, как разум становится всё более способным определять целенаправленное развитие общества, ноосфера обретает свойства организма, живущего по своим законам и оберегающего свою целостность ([129], с.197, 214). В этих новых закономерностях открываются не только возможности противостоять нынешним угрозам, но и новые возможности истинного прогресса. Чтобы воспринять и понять эти закономерности, необходимо, прежде всего, поверить в их существование. Наука XVII-XX веков не стала бы открывать новые законы, если бы не доверяла природе ([144], с.30). Пора распространить область доверия на ноосферу, сферу разума и духа, пространство смыслов [135].

3.3 Синергетика

3.3.1. Истоки теории самоорганизации.
Слово «синергетика» происходит от греческого synergeia — содействие, сотрудничество. Синергизм означает совместное функционирование органов и систем. В широкое употребление этот термин ввёл 30 лет назад немецкий физик Г.Хакен, назвав так новое научное направление, объединяющее исследования по теории саморазвития.
Факты самоорганизации в неживой природе встречались и раньше, но их было трудно объяснить с позиций энтропии. Приведём три примера.
1. Ячейки Бенара (1901). В горизонтальном слое вязкой жидкости, подогреваемой снизу, образуются ячейки гексагональной формы, наподобие пчелиных.
2. Реакция Белоусова (1951) -Жаботинского (1959). В смеси некоторых химических веществ наблюдается периодическая смена цвета.
3. Оптические квантовые генераторы (1960), или, сокращённо, лазеры — по первым буквам слов в английском названии самого эффекта: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, т.е. усиление света в результате вынужденного излучения. В активной среде из энергетически возбуждённых атомов при определённой мощности накачки устанавливается самосогласованное монохроматическое излучение.
Попытки построения теорий организации опирались, прежде всего, на способность к сознательной целенаправленной деятельности живых существ. Здесь можно назвать тектологию, кибернетику, семиодинамику..
Тектология (греч. tekton — строитель) была предложена российским медиком, писателем и философом А.А.Богдановым (1873-1928) как всеобщая организационная наука, изучающая единые механизмы образования устойчивых форм [145]. Основные концепции А.А.Богданова были в дальнейшем повторены, продолжены и формализованы в общей теории систем (ОТС), начало которой обычно связывают с именем Людвига фон Берталанфи.
Кибернетика (греч. kybernetike — искусство управления) устойчиво ассоциируется с именем американского математика Н.Винера (1894-1964), книга которого имеет подзаголовок «Управление и связь в животном и машине» [146]. В современной энциклопедии [100] кибернетика трактуется как наука об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации.
Семиодинамика — наука о динамических аспектах теории знаковых систем. Она изучает общие закономерности возникновения, развития и отмирания естественных систем в знаковом представлении. Это течение возникло в Санкт-Петербургском университете в начале 80-х годов XX века. Оно наиболее близко к синергетике [147].
Кибернетика и ОТС изучают процессы гомеостаза, т.е. поддержания равновесия посредством механизмов отрицательной обратной связи (отклонения гасятся). При этом подразумевается заранее поставленная цель и внешнее управление.
Семиодинамика и синергетика изучают качественные изменения, когда обратная связь может быть положительной (отклонения увеличиваются, автокатализ). Цель при этом не задаётся, а ход процессов определяется внутренними свойствами системы.
Как семиодинамика, так и синергетика занимаются структурной динамикой целостных объектов. Различие между ними состоит в том, что первая по предмету шире, так как процессы самоорганизации не исчерпывают качественных изменений, а по методу она уже, так как ограничивается знаковым представлением.
Процессы самоорганизации, саморазвития, самоопределения идут всюду, где есть жизнь, и синергетический поток образовался из очень многих ручейков [148-150]. Тем не менее, можно выделить три научные школы, которые являются корневыми для синергетики. Во-первых, российская школа нелинейной динамики (Л.И.Мандельштам, С.П. Курдюмов, Г.Г.Малинецкий); во-вторых, бельгийская школа диссипативных процессов (И.Пригожин) (лат. dissipatio — рассеяние); в-третьих, немецкая школа лазерной физики (Г.Хакен).
В настоящее время синергетика, решительно преодолевая междисциплинарный статус, быстро превращается в ответственного носителя новой парадигмы [151-157]. Синергетические семинары, конференции, форумы собирают представителей самых разных специальностей, объединённых стремлением выработать и освоить современный стиль мышления [5,158-161]. Воспринятая новая методология внедряется в технику [162], в искусство[163], в информатику [164-166], открывает свежие перспективы в экономике [167], психологии [168,169], прогностике[170,171]. Появляются и учебные пособия [149,172,173].

3.3.2. Нелинейность-когерентность-открытость.
Известные варианты определения синергетики опираются на такие свойства системы как нелинейность, когерентность ( лат. cohaerentia — внутренняя связь, взаимная связанность), открытость, которые действительно необходимы для самоорганизации [152, 174]. Допуская, что они достаточны для устойчивой дефиниции, можно видеть, что в системной триаде нелинейность представляет аналитический аспект (рацио), когерентность — качественный (эмоцио), открытость — субстанциальный (интуицио).
Рассмотрим существующие смысловые спектры указанных слов в стремлении прояснить их место, значение и содейственность в тринитарных структурах [175].
Нелинейность проявляется в очень разных обличиях.
Аналитические характеристики естественно выразить, ориентируясь на основные структуры математики: порядковые, алгебраические, топологические.
Порядковая нелинейность подразумевает нарушение одномерной упорядоченности; например, попытку «лезть без очереди»; а вообще, выход в многомерное пространство. При одномерном перечислении элементов представители разных областей, модальностей и уровней выстраиваются в одну шеренгу. Или, как пишет П.Д.Тищенко, «текстовое представление философского размышления спрямляет хаотические разнонаправленные опробывающие движения мысли в линейную последовательность логически связанных рассуждений» ([176], с.204). Таким образом, порядковая линейность — это мир с единственным измерением. Любое различение по нескольким критериям требует нелинейной структуры. Более того, даже одномерный процесс, зацикливаясь, выходит в новое измерение. Так, прямая линия, обретая кривизну, свёртывается в окружность и тем самым находит плоскость, т.е. двумерность ([15], с.16). Обобщение понятия размерности открывает дробномерный мир фракталов, ещё более непохожий на линейный.
Алгебраическая нелинейность характеризуется уравнениями, содержащими неизвестные величины не только в первой степени. Простейший пример — квадратное уравнение. Но возможны любые степени и не только целые. Выходя за пределы алгебры, встречаемся с трансцендентными уравнениями, содержащими показательные, тригонометрические, логарифмические и всякие специальные функции. Дифференциальные, интегральные, функциональные уравнения тоже, как правило, нелинейны. Так уравнение теплопроводности с нелинейными источником и коэффициентом
Tt = [k(T)Tx]x + Q(T), k(T) = koT? , Q(T) = qoT? ,
послужило плодотворной моделью для демонстрации многих характерных особенностей синергетики [177,178].
Рассмотрим простейшие нелинейные модели эволюции. Если скорость роста величины x пропорциональна x?, то имеем дифференциальное уравнение x? = ?x?. В линейном случае, когда ? = 1, решение выражается экспонентой x = x0e?t. В нелинейном случае, при ? >1, решение становится бесконечным через конечный промежуток времени. Например, при ? = 2 x = xo(1 — ?xot)-1, так что x > ? при t > (?xo)-1. Учитывая возможность одновременной убыли рассматриваемой величины, возьмём уравнение в более общем виде x? = ?x2 — ?x. Тогда x = ?[? - (? - ?/x0)e?t]-1 и можно различать три режима. При xo > ?/? решение обращается в бесконечность за конечное время, при xo = ?/? решение остаётся постоянным, при xo < ?/? решение монотонно убывает до нуля, когда t > ?. Таким образом, в окрестности точки xo = ?/? имеет место пороговый эффект и возможность вырастания малых начальных величин в большие конечные.
Дискретный аналог рассматриваемого уравнения, в упрощённом варианте, xn+1 = rxn(1 — xn) легко интерпретируется как характеризующий динамику популяций в замкнутой среде или рост банковского капитала при ограничении процента с ростом накопления. Итерационный процесс на основе этого уравнения демонстрирует нарушение устойчивости с увеличением параметра r и появление хаоса.
Топологическая нелинейность ассоциируется с особенностями многомерных отображений, т.е. фактически с выходом за пределы самой топологии, изучающей свойства, которые не меняются при взаимно однозначных и непрерывных отображениях топологических пространств. Особенности гладких отображений составляют предмет теории катастроф [179]. Обобщение этой теории на негладкие отображения ещё не сделано.
Качественный аспект нелинейности проявляется в таких феноменах самоорганизации как неоднозначность, неустойчивость, необратимость. Появление неожиданных качеств становится не исключительным, а закономерным. Бифуркационный кризис, пороговый эффект, странные аттракторы входят в жизнь как паттерны нелинейной динамики [180-183]. Более того, освобождение от детерминизма ведёт к отказу от описания эволюционного процесса в терминах отдельных траекторий [184].
Субстанциальная нелинейность обнаруживается в пространстве смыслов [119]. Здесь возникает потребность в таких словах как озарение, преображение, откровение, которые скорее символы, чем научные понятия, и речь должна идти об онтологическом статусе нелинейности.
Когерентность — термин, взятый из волновой физики, где он означает согласованное протекание колебательных процессов. Например, колебания когерентны, если разность их фаз остаётся постоянной. В результате сложение большого числа малых величин даёт мощный (лазерный) эффект.
В синергетике понятие когерентности становится более общим, означая такую согласованность взаимодействия элементов, которая проявляется в масштабе всей системы. При этом согласование может осуществляться не обязательно через фазы колебаний, а вообще через корреляции. Согласованное взаимодействие, порождающее макроэффекты, является центральным нервом самоорганизации.
В аналитическом аспекте когерентность можно рассматривать, привлекая механизм резонанса; в качественном — опираясь на явление кооперативности, когда в системе, при наличии многих реагирующих единиц, реакция первой единицы облегчает ответ второй, реакция второй — ответ третьей и т.д.; в субстанциальном — доминирует синергия как соработничество Божественной и человеческой энергии [185].
В процессе самоорганизации осуществляется связь структурных уровней разного масштаба, и сам процесс можно рассматривать как вертикальный переходный слой. В таких слоях действуют смешанные языки, рождаются новые смыслы, формируются параметры порядка, регулирующие процесс на системном уровне. Кооперация частей системы с возникновением нового качества, характеризуемого параметром порядка, — это центральная тема синергетики ([186], с.105). Представление о таком параметре возникает аналогично порождению образа-гештальта в теории распознавания. При этом происходит существенное сжатие информации, воплощаемой в новый смысл.
Обобщение понятия когерентности на био-, антропо- и социосистемы нуждается в более гибком, образном, метафорическом языке. Сопоставляя масштабное каналирование с процессом познания, можно воспользоваться известными метафорами оттиска на восковой табличке (образ пресловутой теории отражения) и сосуда, наполняемого извне. Дополняя их метафорой загорающейся свечи [170], получаем системную триаду, целостность которой выразима метафорой прорастающего зерна, неоднократно упоминаемой в Евангелии.
В развитии общества переходное время формирует тип человека, получивший название гомо-цвишенс (нем. zwischen — между) [187], человека дезориентированного, без русла, но потенциального джокера [188], способного занять любую социальную нишу.
Открытость внешнему миру, с которым происходит обмен веществом, энергией и информацией, имеет место в пространстве, времени и масштабе. В ней скрывается невозможность полной формализации целостности, ибо (вспоминая Гёте) когда целое вполне обнаруживает себя, оно указывает на всё остальное, и в этом понимании лежит величайшее дерзновение и величайшее смирение [62].
Следует подчеркнуть, что наличие обмена ещё не означает открытости, если этот обмен контролируем, как это бывает при математической постановке задачи, когда граничные и начальные условия и масштабные коэффициенты задаются, чтобы обеспечить однозначную разрешимость. «То, что полностью контролируемо, никогда не бывает вполне реальным. То, что реально, никогда не бывает вполне контролируемым». Эти слова, которыми И.Пригожин и И.Стенгерс, следуя К.Хейлес, характеризуют метафизику В.Набокова, напоминают известный афоризм А.Эйнштейна: «As far as the laws of mathematics refer to reality, they are not certain; and as far as they are certain, they do not refer to reality»([189], p.228). Таким образом, подлинная открытость не подвластна жёсткому контролю. Изучая такие, существенно открытые системы, синергетика нуждается в соответствующей, т.е. тоже открытой методологии [5]. Взгляд, воспитанный на детерминизме, затрудняется скользить по масштабам ([186], с.155-158).
К открытости обращались всегда, когда требовалось объяснить антиэнтропийность жизни: открытая система черпает энергию извне. Но как тогда объяснить существование Вселенной? Куда она открыта? Другим измерениям? Вакууму? Богу? Как понимать неполноту бытия? [63]. Здесь нет однозначного ответа.
Концепция открытости тесно связана с феноменом свободы. По существу это одна проблема.
Всякое определение призвано выразить смысловую суть рассматриваемого предмета, очертив одновременно его границы, пределы. Принимая нелинейность-когерентность-открытость за системное определение синергетики, мы получаем возможность ставить и решать вопрос о её границах, устанавливая допустимые пределы по каждому из этих параметров [190].