«СИНЕРГЕТИКА: ИСТОРИЯ, ПРИНЦИПЫ, СОВРЕМЕННОСТЬ»
В.Г. Буданов
Сами человеческие отношения носят крайне нелинейный характер, хотя бы потому, что существуют границы чувств, эмоций, страстей, вблизи которых поведение становится «неадекватным». Кроме того, коллективные действия не сводятся к простой сумме индивидуальных независимых действий. В этом и состоит психологическая сложность, нелинейность задачи подбора коллективов фирм, кафедр, компаньонов по бизнесу из профессионалов, формально гарантирующих успех. Нелинейна всегда и задача принятия решения, выбора.
Еще одна иллюзия линейного мышления, играющая с нами злую шутку, —- достижимость бесконечности. Вспомните массовый психоз, азарт игры в финансовые пирамиды; или веру в безудержный материальный прогресс общества. Но прямые графики линейных законов уходят в бесконечность только в теории, а в действительности все конечно, имеет границы и рано или поздно жизнь предъявит жесткий счет разочарований. Линейные стратегии мышления экономны и эффективны, но лишь в ограниченных рамках гомеостаза, вне которых они обманчивы, а порой и опасны.
Иногда говорят о «нелинейном мышлении», красивой метафоре, которую каждый понимает по-своему. Кто-то, под нелинейным мышлением понимает в целом синергетический подход, порожденный свойствами нелинейных дифференциальных уравнений (альтернативность решений, бифуркации и т.д.); кто-то видит в нем просто синоним оригинальности, неожиданности хода мысли, полета фантазии, нарушения стереотипа и т.д. Но иногда гуманитарии призывают «нелинейное мышление» начать последний бой с «линейным мышлением», такая война метафор абсурдна, поскольку линейная математика есть важнейший предельный случай нелинейной математики, а зачастую основа ее приближенных, итерационных методов. Поэтому мы предпочитаем говорить не о метафорическом «нелинейном мышлении», а о нелинейных методах и методологии.
В кризисных ситуациях, повсеместных в наше время, востребуются именно нелинейные методы.
Незамкнутость (открытость). Невозможность пренебрежения взаимодействием системы со своим окружением. Свойство, которое долгое время пугало исследователей, размывало понятие системы, сулило тяжелые проблемы. Поэтому, хотя в природе все системы в той или иной степени открыты, исторически первой классической идеализацией было понятие замкнутой, изолированной системы, системы не взаимодействующей с другими телами.
Важно понять, что любую систему можно с заданной точностью считать замкнутой достаточно малое время, тем меньшее, чем больше открыта система. И если это время существенно больше времен описания-наблюдения за системой, то такая модель оправдана.
Для замкнутой физической системы справедливы фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса), радикально упрощающие описание простых систем. Но самое главное для нас: в замкнутых системах с очень большим числом частиц справедлив второй закон (второе начало) термодинамики, гласящий, что энтропия S (мера хаоса) со временем возрастает или остается постоянной S ? 0, т.е. хаос в замкнутой системе не убывает, он может лишь возрастать, порядок обречен исчезнуть. Итак, замкнутая система не может увеличивать свой порядок, замкнутая Вселенная идет к хаосу— тепловой смерти. Осознание этого факта потрясло умы научной общественности XIX века, но потом вроде привыкли — слишком долго ждать.
Само существование жизни, высоко организованного разума, казалось бы, упорядочивающих этот мир восстает против такой перспективы. Но закон есть закон, и живые организмы и человеческая цивилизация создают порядок в себе и вокруг себя за счет увеличения общего беспорядка, энтропии планеты и окружающего космоса. Сами же живые системы и общество системы открытые, потребляющие вещество и энергию, для них второе начало не применимо, и энтропия может уменьшаться. Именно открытость позволяет эволюционировать таким системам от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из клетки-зародыша. Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняться, только при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями.
В неживой природе диссипация (преобразование системой поступающей энергии в тепловую) тоже может приводить к упорядоченными структурам. Например, эволюция Солнечной системы, или дорожка водоворотов за веслом на быстрой воде. Именно с описания таких систем в химии и теории лазера и началась синергетика.
Более того, наиболее интересные гомеостатические структуры, это структуры не находящиеся в равновесии со средой, т.е. не обладающие максимально возможной энтропией. Они могут существовать лишь в открытых, диссипативных системах, и в больших системах их называют устойчивыми неравновесными структурами, поддерживающими себя за счет внешних потоков. Яркая метафора устойчивой неравновесности это езда на велосипеде: пока энергия подкачивается, т.е. мы крутим педали, велосипед движется вполне устойчиво, когда же перестаем, велосипед останавливается и падает, процесс утрачивает устойчивость и система переходит к другому, примитивному гомеостазу.
На языке иерархических уровней принцип открытости подчеркивает два важных обстоятельства. Во-первых, это возможность явлений самоорганизации бытия в форме существования стабильных неравновесных структур макроуровня (открытость макроуровня к микроуровню при фиксированных управляющих параметрах). Во-вторых, возможность самоорганизации становления, т.е. возможность смены типа неравновесной структуры, типа аттрактора (открытость макроуровня к мегауровню меняющихся управляющих параметров системы).
Оказывается, что при переходе от одного положения гомеостаза к другому, в области сильной нелинейности система становится обязательно открытой в точках неустойчивости. Даже если вы использовали первоначально замкнутую модель, в таких точках ее следует расширить до открытой.
Неустойчивость. Последнее из трех «НЕ»-принципов (нелинейность, незамкнутость, неустойчивость) содержит в себе два предыдущих, и, вообще, долгое время считалось дефектом, недостатком системы. Ну кто будет конструировать неустойчивый велосипед или самолет? В механизмах, двигателях это «мертвые» точки, которые надо проскакивать по инерции — особая инженерная задача. Так было до недавнего времени, пока не понадобились роботы нового поколения, перестраеваемые с одной программы-гомеостаза на другую; обучающиеся системы, воспринять разные модели поведения. Здесь всякий раз система подходит к точке выбора.
Будем говорить, что состояние, траектория или программа системы неустойчивы, если любые сколь угодно малые отклонения от них со временем увеличиваются. Если это справедливо лишь для некоторых типов отклонений, то говорят о частичной неустойчивости.
Согласно Илье Пригожину, архетипом, символом неустойчивости, и вообще, становления можно считать перевернутый маятник, который готов упасть вправо или влево в зависимости от малейших воздействий извне, или случайных тепловых колебаний материала маятника, ранее абсолютно несущественных. Таким образом, в точке неустойчивости система (даже замкнутая) действительно становится открытой, является чувствительным приемником воздействий других уровней бытия, получает информацию ранее недоступную ей.
Такие состояния неустойчивости, выбора принято называть точками бифуркаций (буквально двузубая вилка, по числу альтернатив, которых может быть и не две), они непременны в любой ситуации рождения нового качества и характеризуют рубеж между новым и старым. Например, высшая точка перевала отделяет одну долину от другой, это неустойчивое положение шарика на бугорке.
Значимость точек бифуркации еще и в том, что только в них можно не силовым, информационным способом, т.е. сколь угодно слабыми воздействиями повлиять на выбор поведения системы, на ее судьбу.
Открытие неустойчивости, непредсказуемости поведения в простых динамических системах содержащих не менее трех степеней свободы в шестидесятые годы, совершило революцию в понимании природы сложности нашего мира, открыло нам миры динамического хаоса, странных хаотических аттракторов и фрактальных структур. Именно свойство неустойчивости в критические моменты развития систем позволяет понять «роль личности в истории», позволяет расширять пространства состояний систем (теория джокеров Г.Малинецкого), генерировать информацию в перемешивающем хаотическом слое (динамическая теория информации Д.Чернавского).
Существуют системы, в которых неустойчивые точки почти повсеместны, например развитая турбулентность, и тогда наступает хаос, бурлящий поток, влекущий систему в неизвестность. Синергетика располагает средствами описания и таких систем.
Динамическая иерархичность (эмерджентность). Это обобщение принципа подчинения на процессы становления — рождение параметров порядка, когда приходится рассматривать взаимодействие более чем двух уровней и сам процесс становления есть процесс исчезновения, а затем рождения одного из них в процессе взаимодействия минимум трех иерархических уровней системы, здесь, в отличии от фазы бытия, переменные параметра порядка, напротив, являются самыми быстрыми, неустойчивыми переменными, среди конкурирующих макрофлуктуаций.
Это основной принцип прохождения системой точек бифуркаций, ее становления, рождения и гибели иерархических уровней. Этот принцип описывает возникновение нового качества системы по горизонтали, т.е. на одном уровне, когда медленное изменение управляющих параметров мегауровня приводит к бифуркации, неустойчивости системы на макроуровне и перестройке его структуры. Каждому знакомы метаморфозы воды (пар-жидкость-лед), происходящие при строго определенных температурах фазовых переходов, бифуркационных температурах — критических значениях управляющих параметров. На уровне качественного описания, взаимодействия мега- и макро- уровней все привычно, но и необъяснимо. Необходимо включение в описание третьего, микроуровня, которое стало осмысленным лишь во второй половине ХХ века. Именно тогда на языке трех мега-, макро-, микро- уровней удалось описать процесс исчезновения и рождения в точке бифуркации . В точке бифуркации коллективные переменные, параметры порядка макроуровня возвращают свои степени свободы в хаос микроуровня, растворяясь в нем. Затем в непосредственном процессе взаимодействия мега- и микро- уровней рождаются новые параметры порядка обновленного макроуровня.
Адекватный конструктивный взгляд на становление существовал в культуре всегда. Он представлялся, говоря современным системным языком креативной триадой: Способ действия + Предмет действия = Результат действия, и закреплен в самих глагольных структурах языка.
В синергетике креативная триада представлена как процесс самоорганизации, рождения параметров порядка, структур из хаоса микроуровня: В точке бифуркации макроуровень исчезает и возникает прямой контакт микро- и мега- уровней, рождающий макро-уровень с иными качествами. Точка бифуркации-мгновение на макро- и мегауровне, является протяженной во времени областью кризиса на микроуровнях.
«управляющие сверхмедленные параметры верхнего мегауровня» +
«короткоживущие переменные низшего микроуровня» =
«параметры порядка, структурообразующие долгоживущие коллективные переменные макроуровня».
Символически этот процесс порождения нового макро-уровня или самоорганизации становления, выглядит так:
МЕГА + МИКРО = МАКРО
Отсюда следует парадоксальный на первый взгляд результат (Ю.Л.Климонтович), он состоит в том, что возникновение турбулентности, вихрей текущей жидкости, вовсе не есть увеличение беспорядка, но рождение коллективных макродвижений, макростепеней свободы, параметров порядка из хаотических броуновских, тепловых движений микроуровня жидкости — рождение порядка. Беспорядок же ощущается нами с позиции макроуровня, как увеличение его сложности и непредсказуемости.
Мгновение между прошлым и будущим — точка бифуркации, на микроуровне является целой эпохой перемен-трансформаций. Именно здесь происходит выбор, точнее, эволюционный отбор альтернатив развития макроуровня, которому уделяется особое внимание в теории динамического хаоса.
Наблюдаемость. Именно последние два принципа включают принципы дополнительности и соответствия, кольцевой коммуникативности и относительности к средствам наблюдения, запуская процесс диалога внутреннего наблюдателя и метанаблюдателя. Принцип, наблюдаемости подчеркивает ограниченность и относительность наших представлений о системе в конечном эксперименте. В частности, это принцип относительности к средствам наблюдения, ярко заявивший свои права в теории относительности и квантовой механике. В теории относительности метры и секунды свои для каждого движущегося наблюдателя, и то, что одновременно для одного не одновременно для другого. В квантовой механике, измеряя точно одну величину, мы обречены на неведение относительно многих других (принцип дополнительности Бора). В синергетике это относительность интерпретаций к масштабу наблюдений и изначальному ожидаемому результату. С одной стороны, то, что было хаосом с позиций макроуровня, превращается в структуру при переходе к масштабам микроуровня. Т.е. сами понятия порядка и хаоса, Бытия и Становления относительны к масштабу-окну наблюдений. И целостностное описание иерархической системы складывается из коммуникации между наблюдателями разных уровней, подобно тому, как коммуницируют наблюдатели разных инерциальных систем отсчета в теории относительности, или создается общая научная картина мира из мозаики дисциплинарных картин.
С другой стороны, проблема интерпретации сродни проблеме распознавания образов. Грубо говоря, мы видим в первую очередь то, что хотим, что готовы видеть, как на литографиях Мориса Эшера. Вспомните игру фантазии при разглядывании причудливых форм облаков. Отчасти и наука не свободна от этой игры, ведь ее делают люди. Мы приводим аргументы и объяснения из арсенала культурно-исторических доминант в которых воспитаны, научных парадигм, которым следуем, авторитетов, которым верим. И очень часто открытие лежащее на поверхости, в руках ученого, отбрасывается, как методическая или приборная погрешность. И тех, кто могли, но не стали нобелевскими лауреатами намного больше, чем тех, кто осмелился думать и видеть мир иначе.
Принцип наблюдаемости понимается нами как открытый комплексный эпистемологический принцип, его включение делает систему принципов синергетики открытой к пополнению философско-методологическими и системными интерпретациями. Например, для живых и социальных систем естественно было бы добавить принципы репликации, сопряжения со средой, коэволюции, для исследования сознания принцип рефлексии и т.д.
В заключении отметим ограниченность самой схемы разбиения реальности на бытие и становление в чистом виде. В последние десятилетия активно изучаются системы, в которых хаотическое поведение является нормой, а не кратковременной аномалией, связанной с кризисом системы. Это, прежде всего, турбулентность, климатические модели, плазма. Это означает перекрытие разных иерархических уровней на одном масштабе наблюдения, присутствия неустойчивости, хаотичности на уровне бытия — так называемые странные аттракторы, аттракторы с хаотической компонентой. Т.е. следует различать хаос бытия и хаос становления. Примером хаоса бытия является разнообразие форм жизни биосферы, гарантирующее ее устойчивость; наличие легкой хаотичности ритмов сердца, являющееся признаком хорошей адаптивности сердечно-сосудистой системы, необходимый для устойчивости элемент стихийности рынка и. т.д. Для таких систем вполне применим образ бытия в становлении.
СИНЕРГЕТИКА В СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ
Одна из центральных идей синергетики — идея параметров порядка. Эти параметры определяются в ходе самоорганизации и далее сами начинают определять динамику всех степеней свободы. Для отечественной синергетики, такими параметрами на наш взгляд, являются научные школы или семинары. Именно они в трудное время выполняют роль «центров кристаллизации» научных идей, молодёжи, исследователей, решивших несмотря ни на что остаться в науке.
Не претендуя на полноту, обратим внимание на некоторые из них. И начнем с тех, которые находятся не в столице. Там сохранить научный уровень, развить новые идеи, не утратить связь с образованием и труднее, и важнее.
Саратовская научная школа сейчас является ведущей в России. Эта школа возникла благодаря активному развитию теории колебаний в связи с задачами радиоэлектроники и радиолокации. В бытность её руководителя — член-корр. РАН Д.И. Трубецкова — ректором Саратовского университета им. Н.Г. Чернышевского удалось сделать очень много. От ежегодных конференций «Хаос» и » Нелинейные дни для молодых» до проведения обширной программы оригинальных исследований, связанных с приложениями синергетики.
Очень ценной оказалась инициатива начинать конкретное знакомство с синергетикой со школьной скамьи. Особенно важным являлось в течение последних десяти лет издание журнала «Известия ВУЗов. Прикладная нелинейная динамика» — ведущего издания в области синергетики в России. Однако тираж журнала — немногим более 200 экземпляров — внушает обоснованную тревогу о судьбе всего синергетического сообщества России.
Одной из старейших в нашей стране научных школ является горьковская, у истоков которой стоял ещё А.А. Андронов. Её развитие также связано с большим комплексом задач, которыми в разные годы занимался Институт прикладной физики РАН. В городе есть и ряд других исследовательских центров и семинаров. Огромный вклад горьковской научной школы был внесен в математические исследования, связанные с синергетикой. Начиная с классических работ Л.П. Шильникова и его учеников по аттрактору Лоренца и аттрактору Шильникова, и кончая последними достижениями.
Большой интерес представляет семинар Б.Г. Пойзнера в городе Томске, где присутствует и «естественнонаучная компонента», связанная с исследованиями физики лазеров, и глубокое философское осмысление истоков, связей, перспектив синергетики.
Большие традиции междисциплинарных исследований есть в Санкт-Петербурге. Ещё в 70-х годах в Ленинградском университете начинал работать под руководством Р.Г. Баранцева семинар по семиодинамике — междисицплинарном направлении, сосредоточившем внимание на динамике развития знаковых систем. Можно сказать, что семодинамика была предшественницей синергетики. Более того, она рассматривала сущности, явления и взаимосвязи, не укладывающиеся в традиционную синергетическую парадигму. Поэтому вполне возможно, что время семодинамики в будущем. В течение ряда лет в Ленинграде успешно работал семинар по синергетике, сыгравший важную роль в становлении этого подхода.
В Москве ряд семинаров по синергетике работал и работает в МГУ. Вероятно старшим из них является семинар на физическом факультете МГУ, в руководстве которым долгие годы участвовали Ю.Л. Климонтович и Ю.А. Данилов. Потом эстафета была подхвачена на биологическом факультете Г.Ю. Ризниченко. Эта проблематика регулярно обсуждалась на конференциях «Математика, компьютер, образование», которые она и её коллеги с кафедры биофизики проводят уже более 10 лет. Позже к ним добавился семинар по математическим моделям нелинейных явлений под руководством академика В.А. Садовничего. Более десяти лет участники этого семинара совместно плодотворно работали с И.Р. Пригожиным и представителями его научной школы.
Благодаря руководству, энергии и настойчивости О.П. Иванова выпущено уже 7 томов альманаха «Синергетика» — трудов «семинара по синергетике» на 31 этаже главного здания МГУ. Активным участником этого семинара долгие годы был крупнейший специалист по проблемам теории самоорганизации и эволюционного катализа А.П.Руденко.
Большое значение в становлении синергетики, в пропаганде её идей сыграла научная школа член-корр. РАН С.П. Курдюмова, сложившаяся в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. Исследования этого коллектива начинались с задач газовой динамики, теории взрыва, физики плазмы. Позже в сферу интересов этого коллектива вошёл динамический хаос, проблемы прогноза и парадигма сложности. В институте работает семинар «Будущее прикладной математики». По инициативе С.П. Курдюмова был начат выпуск серии книг, председателем редакционной коллегии которой стал представитель той же научной школы — Г.Г. Малинецкий.
В области математической, теоретической биофизики и биологии синергетические подходы более тридцати лет развиваются в школах Д.С. Чернавского и Ю.М. Романовского ФИАН, МГУ, а в Пущинском центре РАН в школах А.М. Молчанова и Г.Р. Иваницкого, где получены фундаментальные результаты в моделировании живых систем.
Проблемы философии и методологии синергетики и постнеклассической науки около двадцати лет активно разрабатываются в Институте философии РАН под руководством директора института академика В.С. Стёпина и заведующего сектором философии междисциплинарных исследований В.И. Аршинова. В работах этой школы особое внимание уделено не только методологии уже сложившейся синергетической традиции, но и современным коммуникативным подходам в синергетике социо-гуманитарной реальности.
В образовательных средах синергетика так же все более востребована. Уже более десяти лет во всех гуманитарных вузах России идет преподавание курса «Концепции современного естествознания», в государственных программах которого, благодаря усилиям В.Г. Буданова, синергетика представлена достойным образом (до 16 лекций), хотя, хорошего учебника все еще нет. Преподавание синергетики для педагогов и школьников сегодня, например, проходит не только в Саратовском лицее при СГУ, но и в ижевской гимназии № 56, московской школе №363, в лицее Дубны.
Центры и междисциплинарные семинары синергетики для гуманитариев в последнее десятилетие образовали целый континент, требующий особо пристального внимания и методологической поддержки синергетического сообщества. Бурно развиваются синергетические центры в Российской академии государственной службы при Президенте РФ, в Санкт-Петербургском, Томском, Удмуртском, Белгородском государственных университетах и в других вузах России.
С историей, научными достижениями и современной жизнью синергетического движения в России можно познакомиться на сайте www.spkurdyumov.narod.ru Очень важно, что все упомянутые научные и педагогические школы живы, семинары проводятся, труды издаются. Пока есть люди, которые могут передать эстафету. Важно, чтобы в следующем поколении было, кому её принять.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, синергетика возникла, как теория кооперативных явлений в задачах лазерной тематики, но постепенно приобретала более общий статус теории, описывающей незамкнутые, нелинейные, неустойчивые, иерархические, развивающиеся системы. Уже в области естествознания существует оппозиция такому толкованию синергетики. Кто-то предпочитает говорить о нелинейной динамике, или теории диссипативных систем, теории открытых систем, теории динамического хаоса, аутопоэзисе и т.д.
На наш взгляд, апология синергетики может быть оправдана лишь после введения в рассмотрение проблематики наблюдателя, человекомерных систем, самореферентных систем; синергетики как методологии, расширенной на область целостной культуры. Ведь процесс моделирования неизбежно включает эпистемологические принципы синергетики, закольцованные с ее онтологическими принципами. Вот в этом расширительном толковании мы и понимаем синергетику в данной работе.
Философски говоря, синергетика это междисциплинарный подход, рассматривающий проблемы становления, его механизмы и их представления. И здесь важно избежать другой крайности, не профанировать идеи и методы синергетики, не увлекаться модной синергетической фразеологией, произвольно сплетая метафоры; но, оставаясь на позициях конкретной науки, использовать ее потенциал как технологию универсалий, реализуемую в практической деятельности.
