Отметим, что необходимость задания теоретического объекта какпроцедуры имеет свои
исторические корни, в частности, применительнок проблеме пространства—времени в понятии
симметрии. В соответствиис исторически первым пониманием симметрии ищут полную
совокупность операций, переводящих данный объект в новое положение, неотличимоеот
прежнего. Таким образом, процедура перевода объекта в новоеположение выступает как способ
задания симметричного объекта,процедура как способ задания объекта заложена в основании
понятия симметрии. Однако указанная интенция задания объектов в дальнейшемполучила
математическую, теоретико—множественную интерпретацию.Процедура реализуется через
математическое преобразование —поточечный переход от одних точек, из которых
«состоят»пространственные фигуры, к другим. А главное, вместо процедурыперехода мы имеем
начальное и конечное пространственные состояния,не обладающие никакими соотносительными
признаками, зафиксированнымив языке теории.
Другой способ решения проблемы описания целостных объектовпредлагает И.З.Цехмистро
[39]. Он в онтологическом аспекте обсуждаетпроблему целостности в квантовой механике в
связи с анализомпарадокса Энштейна—Подольского—Розена [15; 20]. Суть этого и
рядародственных парадоксов в том, что подсистемы, входившие в единуюквантовую систему,
сохраняют специфическую корреляцию состояний дажена таких расстояниях, на которых всякое
их взаимодействие, казалосьбы, исключено. В [39] разрешение парадокса видится в
постулированиипринципа неразложимости квантовых систем на множество
элементов,обосновываемого с помощью квантово—механического принципадополнительности. При
этом, поскольку всякое математическое описаниеквантовых систем имеет теоретико—
множественную природу и требуетиспользования элементов, этим элементам придается
статуспотенциальных возможностей. Таким образом, И.З.Цехмистро видит решение задачи
теоретического описания целостных по своей природеквантово—механических объектов не в
создании принципиально новогоформального аппарата, но в осознании онтологической
значимости этойприроды и сохранении старого теоретико—множественного аппарата.
В заключение отметим, что сегодня, на наш взгляд, сделаныпервые шаги в направлении
создания логически обоснованногоформального аппарата для целостного описания явлений.
Остраянеобходимость создания такого аппарата ощущается во многих сферахмыследеятельности.
В этой статье наряду с общим рассмотрениемсинергетики с позиций методологии системных
исследований мы хотелина материале синергетики привлечь внимание исследователей к
этойважной проблеме и тем самым стимулировать дальнейший поиск.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автоволновые процессы в системах с диффузией. Горький, 1981.
2. Аристотель. Физика. М., 1937.
3. Белинцев Б.Н. Диссипативные структуры и проблема биологического формообразования //
УФН, 1983, т. 141, вып. 1.
4. Блауберг И.В., Мирский Э.М., Садовский В.Н. Системный подход и системный анализ //
Системные исследования: Ежегодник, 1982. М., 1982.
5. Блауберг И.В., Юдин Э.Г. Становление и сущность системного подхода. М., 1973.
6. Бурбаки Н. Архитектура математики // Математическое просвещение. М., 1959, вып. 5,
с. 106—107.
7. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы в распределенных
кинетических системах // УФН, 1979, т. 128, вып. 4.
8. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика // Нелинейные волны. М., 1983.
9. Дружинин Д.Л., Иванова А.Н., Фурман Г.А. Моделирование критических явлений в
реакции СO с O на платине // Химическая физика, 1986, N 10.
10. Дружинин Д.Л., Иванова А.Н., Фурман Г.А. Моделирование критических явлений при
гетерогенном окислении водорода на никеле. Черноголовка, Отделение хим. физики АН
СССР, 1985.
11. Евин И.А., Яблонский А.И. Модели развития и теория катастроф // Системные
исследования: Ежегодник, 1982. М., 1982.
12. Жаботинский А.М. Концентрационные автоколебания. М., 1974.
13. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. М., 1976.
14. Климонтович Н.Ю. Без формул о синергетике. Минск, 1986.
15. Кузьмин М.В. Парадокс ЭПР и проблема полноты квантовой механики // Философские
науки, 1980, N 4.
16. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика — теория самоорганизации: Идеи,
методы, перспективы. М., 1983.
17. Маркарян Э.С. Культура как система: Общетеоретические и историко—методологические
аспекты проблемы // Вопросы философии, 1984, N 1.
18. Мирский Э.М. Междисциплинарные исследования и дисциплинарная организация науки.
М., 1980.
19. Моисеев Н.Н. Человек. Среда. Общество. М., 1982.
20. Молчанов Ю.Б. Парадокс Эйнштейна—Подольского—Розена и принципы причинности //
Вопросы философии, 1983, N 3.
21. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979.
22. Ойзерман Т.И. Эмпирическое и теоретическое: различие, противоположность, единство
// Вопросы философии, 1986, N 1.
23. Панченко А.И. Понятие состояния, вероятность и детерминизм // Философские науки,
1986, N 5.
24. Полак Л.С., Михайлов А.С. Самоорганизация в неравновесных физико—химических
системах. М., 1983.
25. Пригожин И. Время, структура и флуктуация: Нобелевская лекция по химии 1977 года
// Успехи физ. наук, 1980, т. 131, вып. 2.
26. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическое моделирование в
биофизике. М., 1975.
27. Рузавин Г.И. Синергетика и принцип самодвижения материи // Вопросы философии,
1984, N 8.
28. Садовский В.Н. Основания общей теории систем. М., 1974.
29. Свирежев Ю.М., Логофет Д.О. Устойчивость биологических сообществ. М., 1978.
30. Серов Н.К. Процессы и мера времени. М., 1974.
31. Слинько М.Г., Слинько М.М. Автоколебания и катализ, 1982, т. 23, N 6.
32. Смирнов Г.А. К определению целостного идеального объекта // Системные
исследования. Методологические проблемы: Ежегодник, 1977. М., 1978.
33. Смирнов Г.А. Об исходных понятиях формальной теории целостности // Системные
исследования. Методологические проблемы: Ежегодник, 1978. М., 1978.
34. Смирное Г.А. Основы формальной теории целостности (часть первая) // Системные
исследования. Методологические проблемы: Ежегодник, 1979. М., 1980.
35. Смирнов Г.А. Основы формальной теории целостности (часть вторая) // Системные
исследования. Методологические проблемы. Ежегодник, 1980. М., 1981.
36. Смирнов Г.А. Основы формальной теории целостности (часть третья) // Системные
исследования. Методологические проблемы: Ежегодник, 1983. М., 1983.
37. Хакен Г. Синергетика. М., 1980.
38. Хакен Г. Синергетика: Иерархии неустойчивостей. М., 1985.
39. Цехмистро И.З. Парадокс Эйнштейна—Подольского—Розена и концепция целостности
// Вопросы философии, 1985, N 4.
40. Щедровицкий Г.П. Автоматизация проектирования и задачи развития проектировочной
деятельности // Разработка и внедрение автоматизированных систем в проектирование М.,
1975.
41. Эбелинг В. Образование диссипативных структур при необратимых процессах М., 1979.
Синергетические стратегии в образовании
Буданов В.Г. (ИФ РАН)
А НАДО ЛИ ?
Глобальный цивилизационный кризис конца ХХ века, проявляющийсяво всех областях
человеческой деятельности, обусловлен двумя основными причинами. Во-первых мы вступили,
по выражению Эрвин Ласло, в «эпоху бифуркаций» порожденную интерференцией многих
циклических социокультурных процессов на неустойчивой границе самоистребления, границе
экстенсивного развития техногенной цивилизации, и, во-вторых, набирают темп процессы
самоорганизации нового информационного общества, ноосферные механизмы которого похоже
могут стать гарантами мягкого сценария выхода из планетарного кризиса. В любом случае
кризис характеризуется гибелью многих параметров порядка, ростом объема информации и
коммуникативных связей в режиме собострением, и, как следствие этого, порождает
фрагментарность восприятия мира, кризис самоидентификации как личности, так и социальных
групп, напряженность в межнациональных и межконфессиональных отношениях , отношениях
человека и природы, культуры естественнонаучной икультуры гуманитарной и т.д.. Ситуация
напоминает библейский сюжет осмешении языков начиная уже с уровня научного
дисциплинарного знания. Кризис современной системы образования, так же лишь часть
глобального кризиса, в немалой степени обусловлен узко прагматическими установками,
ориентацией на узко дисциплинарный подход без горизонтальных связей, жесткое
разграничение гуманитарных и естественнонаучных дисциплин. Следствием этого разграничения
являются не только фрагментарность видения реальности, но и ее деформация, что в условиях
нарождающегося постиндустриального информационного общества «третьей волны» не позволяет
людям адекватно реагировать на обостряющийся экологический кризис, девальвацию
нравственных норм, нестабильность политических и экономических ситуаций. Мы страдаем от
неспособности охватить комплексность проблем, понять связи и взаимодействия между вещами,
находящимися для нашего сегментированного сознания в разных областях.Это также объясняет
действиямногих крупных организаций и властных структур, напоминающие «слепой полет».
Такое положение показывает, что сегодня судьбы цивилизации не могут определяться ни
мудрейшими правительствами, ни международнымиорганизациями, ни учеными до тех пор, пока
их действия не будут осознано поддержаны широкими слоями населения или, говоря языком
постнеклассической науки, пока не будет создана новая самоорганизующаяся среда. И сегодня
новое видение мира, понимание личной ответственности заего судьбу постепенно становятся
непременным условием выживания Человечества и каждого индивидуума. Говоря об этом,
французский социолог Эдгар Морэн отмечает: » Мы нуждаемся в демократии разума, а не в
демократии общества массового потребления, которая сейчас приводит к регрессу демократии,
в особенности из-за того, что ключевые вопросы цивилизации не проходят на уровень
политического сознания. Но демократия разума требует изменения менталитета, который бы
сделал возможнымквалифицированное принятие решений гражданами по глобальным
проблемам.Отсюда потребность в радикальной реформе образования, которая бы сделала
возможным не только анализ , но и взаимоувязывание знаний». По нашему мнению, реформа
образования должна опираться на идеи целостности и фундаметальности образования, но не в
духе традиционногодисциплинарного понимания фундаментальных наук, заложившего
образовательную парадигму со времен первой фазы научной революции, а с учетом
парадигмальных изменений науки рубежа ХХI века, перехода ее в междисциплинарную стадию
постнеклассической науки. Таким образом, реформа образования в школе, как высшей, так и
общеобразовательной, не может сводиться к косметическим мерам, но связана с кардинальным
расширением понятия фундаментальности образования,дающего целостное видение природы,
человека и общества в контекстемеждисциплинарного диалога, в котором одной из наибольших
проблем является проблема взаимопонимания естественника и гуманитария, или, говоря
словами Чарльза Сноу — проблема двух культур. Причем по экспертным оценкам для управления
ситуацией нам отпущен лишь краткий миг истории- два три поколения, иначе последствия
будут глобально необратимы,и кризис пойдет по катастрофическому сценарию. Вот почему
образование должно сейчас нести не только традиционную функцию передачи социального
опыта, но в большой степени опережающую, превентивную функцию — подготовка человека к
жизни в эпоху кризисов.
О КОНЦЕПЦИИ ЦЕЛОСТНОСТИ В СТАНОВЯЩЕМСЯ БЫТИИ
Лидирующее место в культуре нашей эпохи, бесспорно, занимает наука. Научный
метод,рожденный естествознанием, последние сто лет доминирует в духовном мире, формируя
даже дисциплины о человеке и обществе, ему мы обязаны триумфом техногенной цивилизации,
приведшей нетолько к быстрому развитию экономической и социальной сфер общества,но и
вызвавшей глобальный экономический кризис, отчуждение человека отприроды, все большую
дегуманизацию общества. Причины негативных эффектов глубоки, и одна из них в том, что
сегодня мы должны признать существование двух культур, обладающих разными языками,
критериями и ценностями: культуры естествознания с доминантой научного метода,включающей
науки о природе, технику и т.п., и культуры гуманитарной,включающей искусство,
литературу, науки об обществе и внутреннем миречеловека. Связующим звеном, как и в былые
времена, должна бала быстать современная философия, но не смогла в силу переживаемого ею
кризиса и малой популярности. К тому же в России сформировалось настороженное отношение к
официальной философии: воинствующий материализм в равной мере подавлял как науку, так и
искусство. И сейчас , к сожалению, эти культуры не столько дополняют друг друга сколько
противостоят, все еще разделяя людей на «физиков» и «лириков», не желающих понимать
проблем оппонента, хотя лидеров обоих направлений всегда отличалосинтетическое
мышление.Дело даже не столько в том, что существую врожденные склонности людей (лево-
правополушарники), что отличны предмети метод познания, сколько в исторических корнях
эволюции культур ихпостепенного отчуждения. Наука страдала сначала от церковного
догматизма и спекуляций, затем от вторжения вульгарной философии, а искусство — от
утилитарно-рассудочного техницизма и позитивизма Нового времени, причем после Хиросимы и
особенно Чернобыля в среде гуманитариев возник устойчивый антинаучный синдром. Конечно
так было не всегда. Этому искусственному размежеванию неболее трехсот лет, и сейчас
многие проблемы человечества могли бы быть решены на пути гармонизации частей изначально
единой культуры, например по образцу натурфилософии или даже античной единой культуры,
восходящей к Аристотелю, но на новом уровне развития. Сложность в том, что в преддверии
кризиса Разум человечества глубоко болен: в погоне за мощью абстрактного интеллекта мы на
грани самоуничтожения, забыты принципы единства с окружающим миром, до сих пор не
осознана наша миссия соавторства на пути космической эволюции, мы только сейчас начали
понимать ущербность антропоцентризма, провозглашенного гуманистами Возрождения. Сегодня
раздаются призывы вернуться к национальным корням, назад к природе, возродить религию:
все эти на первый взгляд разные рецепты имеют единый корень — ностальгию по духовно
здоровому социуму, живущему в гармонии с природой. Но возможно ли приблизиться к такому
обществу без существенных потерь материального и культурного потенциалов современной
цивилизации (Чтобы наметить подход к решению,уместно провести параллель между лини-ей
эволюции человечества и путем духовного совершенствования личности,когда за короткий
период одной жизни ученик в восточной традиции иливыбравший «узкий путь» монах на западе
проходят процесс инициации ототносительно стабильного состояния через душевные испытания,
искушенияи хаос к высшей ступени совершенства. Тысячелетние традиции подтверждают, что в
момент инициаций, сильной неустойчивости нельзя доверятьсярассудочным аргументам, они как
правило иллюзорны, основаны на неконт-ролируемых импульсах и могут привести к психической
травме и даже кразрушению личности, поэтому в каждой традиции существуют свои
приемыфиксации, ограничения вариабельности мышления. Единственной опорой и путеводным
лучом в эти периоды служат дополнительные к рациональным нравственные критерии, те корни
и вечные ценности, ядро которых универсально во всех мировых религиях. Экстраполируя эти
механизмы на общество в целом, позволим себе заключить, что оптимизировать выход
изкризиса можно, уравновешивая, синтезируя рациональную и гуманитарнуюкомпоненты
культуры. К аналогии между компенсаторными, антиэнтропйнымимеханизмами высокоразвитых
интеллектуальных систем и моралью приводити более подробный анализ.Так, кризис
техногенного общества конца ХХвека мог бы уже закончиться планетарной ядерной
катастрофой, не появись нравственный мотив в политике 80-х, и теперь есть шанс на
относительно мягкое прохождение кризиса. Сегодня становится очевидной необходимость
привнесения в сферу науки нравственных, этических и даже эстетических категорий, столь
характерных для древних традиций Запада и Востока в опыте единения человека с природой и
космосом. А гуманитариям следовало бы перенять обыкновение ученых не отвергать, а
переосмысливать ряд наколенных ранее истин, попытаться объяснить законы гармонии на языке
более универсальном, чем язык субьективно-эмоциональных переживаний. Таким образом, мы
приходим к необходимости формирования, с учетом знаний современной науки, целостного
видения мира, свойственного нашим предкам. Синтез мудрости древних цивилизаций,
гуманитарных и естественных наук — это путьк новому пониманию природы, человека и
общества. В последние десятилетия такой синтез начался спонтанно в силу логики развития
самой науки,интеграции ее дисциплин, рассмотрения все более сложных систем в физике,
химии, биологии, приближающихся по сложности поведения к живым ор-ганизмам или их
сообществам, моделирующим, как оказалось,также соци-альные и психологические феномены.
Кроме того, сейчас осознана принци- пиальная неустранимость роли человека как наблюдателя
и интерпретатор — эксперимента, т.е. актуален лишь целостный подход: природа +человек.
Это направление науки о сложном — синергетика, — опирающееся насовременные математические
методы и являющееся далеко идущим обобщени-ием дарвинизма, по существу, может быть
названо «эволюционным естествознанием» в широком смысле. От Бытия к Становлению — вот,
следуя ИльеПригожину, ориентация новой научной парадгмы, в контексте которой акцент
переносится с изучения инвариантов системы, положений равновесия,на изучение состояний
неустойчивости, механизмов возникновения нового,рождения и перестройки структур,
самоорганизации. Например, возникает возможность универсальным образом описывать яв-ления
самоорганизации, проясняется значение открытости систем, рольслучайности и конструктивная
роль хаоса, природа катастрофических революционных изменений в системе, механизмы
альтернативного — исторического ее развития и т.д.. Замечательно, Что все эти понятия, до
недавнего времени бывшие исключительно в арсенале гуманитарного образамышления,теперь
приобретают иное, более глубокое звучание. Теперь мож-но говорить о возникновении
некоего, более чем метафорического, едино-го метаязыка естественника и гуманитария.
Намечаются понимание и встречное движение двух культур, возврат к единству на новом
уровнеосознания мира. Этот процесс надо сознательно развивать, что приведет не только
кпримирению , но и взаимообогащению двух культур, так как одна предс-тавляет рациональный
способ постижения мира, другая — диалектическидополнительный — интуитивный, ассоциативно-
образный. Диалектическоеединство заключается в том, что ни одна из культур не
самодостаточнаи, согласно знаменитой теореме Курта Геделя о неполноте, рано или поздно не
сможет развиваться без привлечения методов другой, вырождаясь иначе в застывшую догму,
либо в хаос абсурда. Итак, смена парадигмы, происходящая в науке, переход от ньютоновс-
кой к эволюционной, синергетической парадигме сейчас резонирует с пот-ребностями культуры
человечества в целом. Проблемы социума в большойстепени связаны с укоренившимся линейным,
детерминистским подходом кприроде и технике, который был перенесен на общество и
способствова развитию позитивизма, потребительской иделогии, неумению
предвидетьэкологические и цивилизационные кризисы. В этой связи важной задачей является
создание новых курсов препо- давания естествознания, способных изменить официальную
идеологию, датьодин из ключей к пониманию механизмов потрясений в обществе, столь не-
устойчивом и бурно меняющемся в конце ХХ века, сформировать адекватныйменталитет социума.
Это должны быть курсы, не представляющие собой механическое соединение традиционных
курсов физики, химии,биологии и экологии, но являющиеся продуктом междисциплинарного
синтеза на основе комплексного историко-философского, культурологического и
эволюционносинергетическогоподходов к современному етествознанию. Его преподавание стало
возможным на основе применения новой парадигмы, способной объединить естественноначную и
гуманитарную компоненты культуры, и осознанию универсальной роли метаязыка,
синтезирующего фундаментальные законы естествознания, философии и синергетики.
ИСКУШЕНИЕ СИНЕРГЕТИКОЙ: ЧТО ДЕЛАТЬ?
Итак, сегодня как никогда нужен целостный трансдисциплинарный взгляд на мир, причем
на уровне сознания большинства граждан, иначе вобществе не возникнет когерентного
понимания глобальных проблем и способов их решения. Да и откуда ему взяться, ведь
социальный опыт передается системой образовательных институтов, которые ориентированы
настереотипы линейного стабильного развития в прошлом, а сегодня необходимо ввести
привентивное обучение принципам жизни в неустойчивом нелинейном мире, где временные
масштабы иллюзорны и человек должен научиться жить в динамическом хаосе, постигая его
законы, законы самоорганизации. Для смены образовательной стратегии отпущен лишь краткий
миг истории — рубеж тысячелетий, благо новая холистическая методология ужедостаточно
развита — это междисциплинарное направление науки — синергетика или теория
самоорганизации. На наш взгляд естественно введение синергетики в образовательныйпроцесс
сразу по трем направлениям:
I — СИНЕРГЕТИКА ДЛЯ ОБРАЗОВАНИИ ( SYNERGETICS FOR ): интегративные курсы синергетики в
средней и высшей школе по завершении очередно-го цикла обучения — подготовительная,
начальная, средняя школа, циклфундаментальных дисциплин в высшей школе, цикл специальных
дисциплин,аспирантура, факультеты переподготовки и повышения квалификации учителей и
преподавателей, адаптивные курсы и получение второго образованиялюдьми в зрелом возрасте.
И начинать надо с создания учебной литературы и специальных потоков ФПК. Это путь
спирального восхождения по рубежам осознания целостности мира.
II — СИНЕРГЕТИКА В ОБРАЗОВАНИИ ( SYNERGETICS IN): внедрение вчастных дисциплинах
материалов иллюстрирующих принципы cинергетики — вкаждой дисциплине , будь то
естественнонаучная или гуманитарная дис-циплина, можно найти разделы изучающие процессы
становления, возникно-вения нового, и здесь уместно наряду с традиционным использовать
языксинергетики, позволяющий в дальнейшем создать горизонтальное поле меж-дисциплинарного
диалога, поле целостности науки и культуры.
III — СИНЕРГЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ ( SYNERGETICS OF): синергетичностьсамого процесса
образования, становления личности и знания. Здесь внаибольшей степени сказывается
антропный, постнеклассический характерсинергетики, в процессах диалога и развитии
самореферентных систем.Высокие примеры педагогического мастерства и авторских методик и
естьлучшие образцы приложения целостных синергетических подходов, но сегодня проблема не
в том чтобы создать единую методику, а в том чтобынаучить педагога осознанно создавать
свою, только ему присущую методику и стиль, оставаясь на позициях науки о человеке.
Сегодня идеи синергетики все шире поддерживаются научной и педагогической
общественностью: в частности, в рамках программы новой дисциплины «Естествознание» для
гуманитариев во всех вузах России обязательно изучение большого ( 16 лекций) раздела
«Синергетика», готовитсяряд учебных пособий по синергетики и ее приложениям, создаются
ФПК.
В области синергетических методик обучения начаты активные исследованияв РАО и РАН, а в
ряду наиболее эффективных образовательных синергетических технологий безусловный интерес
вызывает «Автодидактика » В.А.Куринского.
1. Московский Синергетический Форум «Устойчивое развитие в изменяющемся мире». (Январь
1996).Тезисы. Программа. ИФ РАН, ИПМ РАН. 1996.
2. Буданов В.Г.. Концепция естественнонаучного образования гуманитариев:
эволюционносинергетический подход. Высшее образование в России, N4, 1994.
3. Примерная программа дисциплины «Современное естествознание» для гуманитарных
направлений бакалавриата. ( Авторы: Буданов В.Г., Мелехова О.П., Суханов А.Д., под
редакцией академика Степина В.С.) Гос. Ком. Вуз. России, Москва, февраль1995. .
4. Куринский В.А..»Автодидактика», Автодидакт, Москва 1994. В заключении приведем
последний синергетический раздел программы курса «Современное естествознание» для
гуманитариев. Его структура, нанаш взгляд, при определенной адаптации формы и наполнения
содержания,может быть взята за основу интегративных курсов синергетики в высшей исредней
школе, и уже есть опыт такого прочтения.
ЭВОЛЮЦИОННО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА: ОТ ЦЕЛОСТНОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ К ЦЕЛОСТНОЙ КУЛЬТУРЕ
(Синергетика) фрагмент программы «Современное естествознание»
Тема 1. ОТ «БЫТИЯ» К «СТАНОВЛЕНИЮ» Историко- философские аспекты современной научной
картины мира. Креативная триада Хаос — Теос — Космос — от Платона и Плотина до эво-
люционных концепций конца ХХ в.: взгляд естественника и гуманитария. Две концепции
времени у Аристотеля. Революции в естествознании. Пере- ход от Ньютоновской к
эволюционно-синергетической парадигме науки. Принципы синергетики, эволюционная триада и
системньй подход.
Тема 2. ФОРМИРОВАНИЕ ЗВОЛЮЦИОННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Философия нестабильности — от Пуанкаре
до наших дней. Бифуркации и историчность развития. Диалектика и теория катастроф:
структурная устойчивость, универсальность, признаки и предсказуемость катастроф.
Наследственность, изменчивость, отбор в естествознании, роль флуктуа- ций. Бифуркационное
дерево как модель эволюции природы, человека, об- щества.
Тема 3. КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЭВОЛЮЦИОННЫХ ЗАДАЧАХ, НАЧАЛА НЕЛИНЕЙНОГО МЫШЛЕНИЯ
Пространства состояния системы и динамическая модель. Аттракторы. Параметры порядка.
Метаморфозы и иерархия структур. Диссипативные системы вдали от равновесии. Режимы с
обострением.
Тема 4. ДИНАМИЧЕСКИЙ ХАОС — ФУНДАМЕНТАЛЬНОЕ СВОЙСТВО РЕАЛЬНОСТИ Универсальные сценарии
перехода к хаосу. Стохастические структу- ры. фрактальные структуры в природе, принцип
самоподобия. Хаос, квант и проблема времени. Гармония в хаосе, красота фракталов.
Тема 5. САМООРГАНИЗАЦИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ Самоорганизация в физике, химии,
биологии, геологии, экологии. Происхождение галактик и Солнечной системы. Земля -
происхождение и динамика геосфер. Климат — синергетический аспект. Роль океанов.
Сравнительный анализ эволюционных теорий в космологии, геологии, биологии. Возможные
социальные аналогии. Информационные аспекты синергетики. Принцип максимума информации.
Антиэнтропийные механизмы, актив- ные среды, клеточные автоматы. Мозг, как
синергетический компьютер.Распознавание образов. Механизмы языка.
Тема 6. ГУМАНИТАРНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ СИНЕРГЕТИКИ Метапринцип аналогии: эвристическая ценность
переноса методов си- нергетики и традиционных холистических представлений в гуманитарную
сферу. Инклюзивное и зксклюзивное мышление, творчество. Синергетйка и принципы гармонии.
Диалог и анализ «мягких» систем, самопорождение смысла. Типы рациональности и
динамический хаос. Структурная динамика, прогноз в экономике, экологии, культуре.
Цивилизационные кризисы и техносфера. Коммуникативная функция динамического хаоса,
творческая Вселенная. Циклические биосферные и социокультурные процессы. Ноосфера -
человек и эволюция Земли.
Тема 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ЭВОЛЮЦИОННО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА КАК ОСНОВА ЦЕЛОСТНОСТИ КУЛЬТУРЫ
Принципы универсального эволюционизма и проблемы коэволюции. Конвергенция
естественнонаучного и гуманитарного знания — путь к единой культуре. Наука, философия,
религия: новые возможности диалога. Разносторонность и фундаментальность образования и
формирование гармонической личности.
P.S. ДВА СЛОВА О МОДЕ НА СИНЕРГЕТИКУ
Стоит , всеже, подчеркнуть, что понимание синергетики в различных контекстах
различно, и сегодня не существует ее общепринятогоопределения, как, например, не
существует строгого определения фрактала. Кроме того, объем и содержание предмета
взрывным образом расширяются, вызывая неумеренные восторги неофитов и протесты наиболее
строго мыслящих профессионалов, стоявших у «истоков» и сокрушенно следящих заискажением
исторической правды, и приоритетов. Это культурный феномен узнавания, а следовательно и
своего понимания, архетипа целостности вразных областях культуры, и его экспансия идет от
наиболее авторитетной компоненты — науки, да еще междисциплинарной. Можно огорчаться
поповоду моды на синергетику, и ее вольного толкования, но история помнит не одно
увлечение подобного рода: моду на кибернетику, системный анализ, теорию относительности,
ну а если перенестись в XYIII век -салонные вечера Вольтера о новой механике, и даже
общество «ньютонианских дам», что в конечном счете способствовало быстрейшему
внедрению»Начал» Ньютона в университетские курсы Европы (несмотря на сопротивление многих
континентальных авторитетов). Мода конечно пройдет, но воснования культуры будут заложены
принципы и язык синергетики, а времярассеит миражи непонимания. Итак, синергетика
возникла, как теория кооперативных явлений взадачах лазерной тематики, но постепенно
приобретала все более общийстатус теории, описывающей незамкнутые, нелинейные,
неустойчивые , иерархические 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 и т.д.. На
наш взгляд апология синергетики может быть оправдана лишь после введения в рассмотрение
проблематикинаблюдателя, человекомерных систем, самореферентных систем, тем самымрасширяя
методологию синергетики на область целостной культуры. Вот вэтом расширительном
толковании мы и понимаем синергетику в данной работе, философски говоря, синергетика это
наука (точнее говоря, движение в науке) о становящемся бытии, о самом становлении, его
механизмах и их представлении. И здесь важно избежать другой крайности, не профанировать
ее методы, не увлекаться модной синертической фразеологией, произвольно сплетая метафоры;
но оставаясь на позициях конкретной науки,использовать эвристический трансдисциплинарный
потенциал синергетикикак технологию универсалий, реализуемую в практической деятельности.
Самоорганизация в физико-химических
системах: рождение сложного
Основное, чем занимается наука,-это эксперимент, так что давайте оглянемся и составим
некоторое представление об общности и важности сложных явлений.
То очарование, которое все мы испытываем от биологии, ответственно за несколько
расплывчатое отождествление сложности с жизнью в нашем сознании. Хотя это и удивительно,
но именно эти представления будут разрушены первыми в нашей погоне за пониманием
сложного. В самом деле, с 60-х годов мы были свидетелями революционных достижений как в
математике, так и в физике, что ставит в особое положение работу типа описания природы.
Бывшие в течение многих лет параллельными пути развития термодинамической теории
необратимых явлений, теории динамических систем и классической механики в конце концов
сошлись. Это убедительно доказывает, что брешь между «простым» и «сложным», между
«упорядоченностью» и «разупорядоченностью» гораздо уже, чем думалось раньше. Как
известно, простые примеры из вузовской программы по механике не могут продемонстрировать
сложного поведения. Маятник, к которому приложена периодическая возмущающая сила, на
границе между вибрацией и вращением приводит к богатому разнообразию типов движения,
включая возможность случайных квазитурбулентных отклонений от равновесного положения. В
таких обычных системах, как слой жидкости или смесь химических продуктов, при
определенных условиях могут возникать макроскопические явления самоорганизации в виде
ритмически изменяющихся во времени пространственных картин. Короче, ясно, что сложность
присуща не только биологии. Она вторгается в физические науки, и похоже, что ее корни
уходят глубоко в законы природы.
В результате этих открытий интерес к макроскопической физике, т. е. физике явлений,
протекающих в привычных нам масштабах, возрастает чрезвычайно.
СИНЕРГЕТИКА И НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ПРОЦЕССУ ОБУЧЕНИЯ
Е.Н.Князева, С.П. Курдюмов
1. Почему синергетика имеет особое значение для образования?
Междисциплинарность синергетики. Новое направление научных исследований — синергетика
- имеет особый статус. Она междисциплинарна, ибо ориентирована на то, чтобы выявить
законы самоорганизации и коэволюции сложных систем любой природы, независимо от
конкретной природы составляющих их элементов’. Этим определяется прежде всего
специфическая роль синергетики в системе образования.
Синергетические исследовательские программы в последнее время выходят далеко за пределы
естественнонаучного знания, тех областей математической физики, физики лазеров, физики
плазмы и физической химии, в которых были разработаны базовые синергетические модели.
Синергетика плодотворно применяется к исследованию человека, человеческой культуры и
общества, в таких областях как нейробиология и нейроиммунология, когнитивная психология и
пси-хология восприятия, психиатрия и психотерапия, различные области медицины, экономика
и социология, науковедение и культурология.
Наряду с термином «Междисциплинарность» для характеристики новой теории
самоорганизации и сложности используются также термины «трансдисциплинарность» и
«мультидисциплинарность». Эти понятия близки друг к другу, хотя и имеют некоторые
отличия.
«Трансдисциплинарность» характеризует такие исследования, которые идут «через» и
«сквозь»различные дисциплины и выходят «за пределы» конкретных дисциплин. То есть
исследования выходят на более высокий уровень, некий мета-уровень, который независим от
той или иной конкретной дисциплины. Этот термин используется главным образом французскими
научными центрами по исследованию сложных систем. «Междисциплинарность» же означает
прежде всего перенос ме-тодов исследования и используемых моделей из одной научной
дисциплины в другую. А «мультидисциплинарность» является характеристикой такого
исследования, когда предмет изучается одновременно несколькими научными дисциплинами.
Возможно, целесообразнее го-ворить о «трансдисциплинарных стратегиях» и
«междисциплинарных исследованиях», ибо «трансдисциплинарность» означает отправные пункты
поисковой работы и направленность исследований, тогда как «межлисциплинарность»
показывает основное содержание исследования.
Синтетическая функция синергетики
Благодаря своей междисциплинарности синергетика ведет к новому конструктивному диалогу
между специалистами в различных научных дисциплинах. Синергетика делает шаги в
направлении синтеза естественнонаучных и гуманитарных наук.
Синтетическая функция синергетики не ограничивается наведением мостов между науками о
природе и науками о человеке и культуре. На базе синергетического видения мира стоит
исследовать следующие направления возможного синтеза:
* восточное (холистическое, синтетическое) и западное (аналитическое) видение мира;
* основания науки (строгие модели, математические теоремы, физические механизмы
явлений) и их приложения (включая наиболее отдаленные приложения синергетики к
социальным и человекомерным системам);
* дескриптивные и нормативные аспекты науки, знания и ценности, «единицы информации»
и ценность этой информации для человеческой активности, например, описание спектров
структур-аттракторов, путей эволюции сложных систем и возможностей челове-ческого
выбора, связанного с определенными ценностями, предпочте-ниями человека;
* наука (новая наука о сложности, нелинейности и хаосе) и культура, искусство,
философия; синергетические знания и образы культуры, в том числе философские идеи,
резонирующие с синергетикой; строгие модели эволюции и средства визуальной
репрезентации паттернов эволюции и самоорганизации сложных систем.
Синергетика как стратегия исследования.
Синергетическое знание, будучи обращенным к решению новых научных проблем, становится
методом поисковой деятельности. Речь идет о методологической и эвристической функциях
синергетики. Если установлены общие законы самоорганизации и нелинейного синтеза сложных
систем и формообразований природы, то на основе этого знания можно строить ожидания и
прогнозы о характере протекания процессов структурооб-разования и эволюции структур в
исследуемых областях природной и человеческой реальности.
Декарт, освободитель чистого духа, впервые ввел идею метода как порядка в развертывании
наших мыслей. Синергетика, взятая как метод, становится инструментом поисковой
деятельности. Она может подсказать как сделать в исследовании следующий шаг. Она есть
savoir faire исследователя.
Синергетика выходит далеко за пределы узко специальных при-менений общих
теоретических моделей сложного поведения. Осу-ществляется переход от синергетики
процессов в плазме к синергети-ческому осмыслению социальной реальности, когнитивной и
твор-ческой деятельности человека, к синергетике жизни. Там, где пока не-доступна
математизация, синергетика применяется в качественном ви-де. В таком случае она выступает
как феноменологическая синергетика.
Синергетика и исследование будущего.
Синергетика имеет футурологическое измерение. Синергетическая теория может быть
использована как новый методологический базис для исследования будущего, для глобального
моделирования и построения сценариев развития.
Существует и иная сторона связи синергетики с будущим. Будущее общества во многом
определяется системой образования и воспи-тания подрастающего поколения. Образование,
построенное на прин-ципах синергетики, наиболее эффективно, и отвечает потребностям
всестороннего раскрытия способностей личности и способам непрерывного самообразования.
Синергетика как метод и содержание образования.
Таким образом, роль синергетики в образовании двояка. Речь может идти о синерготических
подходах к образованию, синергетических способах организации процесса обучения и
воспитания, а также об образовании через синергетику, путем передачи и распространения
синергетических знаний. В первом случае синергетика выступает как метод образова-ния, а
во втором — как его содержание.
2. Синергетические методы образования
Самообразование. Самоорганизация — одно из ключевых понятий синергетики. В аспекте
образования это означает самообразование.
Лучшее управление -это самоуправление. Еще даосисты говори-ли, что хорош тот
правитель, который управляет как можно меньше. Переформулируя эту мудрость Востока, можно
сказать, что хорош тот учитель, который учит, вернее поучает, как можно меньше. Главное -
не передача знаний (всего передать невозможно!), но овладение спосо-бами пополнения
знаний и быстрой ориентации в разветвленной си-стеме знания, способами самообразования. А
в передаче этого know how может помочь учитель.
Нелинейный диалог. Парадигма самоорганизации, или синергетическая парадигма, влечет за
собой новый диалог человека с природой. Она приводит также к новому диалогу человека с
самим собой и с другими людьми. Нелинейная ситуация, ситуация бифуркации путей эволюции
или состояние неустойчивости нелинейной среды, ее чувствительности к малым воздействиям,
связана с неопределенностью и возможностью выбора. Осуществляя выбор дальнейшего пути,
субъект ориентируется на один из собственных путей эволюции сложной системы, с которой он
имеет дело, а также на свои ценностные предпоч-тения. Он выбирает наиболее благоприятный
для себя путь, который в то же время является одним из спектра путей, определяемых
внутрен-ними свойствами этой сложной системы, т.е. одним из реализуемых в ней путей.
Синергетику поэтому можно рассматривать как оптимистический способ овладения нелинейной
ситуацией.
С синергетической точки зрения процедура обучения, способ связи обучающего и обучаемого,
учителя и ученика может быть представлена следующим образом. Это -не перекладывание
знаний из одной головы в другую, не просвещение и не преподнесение готовых истин. Это -
нелинейная ситуация открытого диалога, прямой и обратнойm связи, солидаристического
образовательного приключения, попадания — в результате разрешения проблемных ситуаций — в
один и тот же, самосогласованный темпомир. Последнее означает, что благодаря совместной
активности в такого рода ситуации учитель и ученик начинают функционировать с одной
скоростью, жить в одном темпе.
Пробуждающее обучение. Главная проблема заключается в том, как управлять, не управляя,
как малым резонансным воздействием подтолкнуть систему на один из собственных и
благоприятных для человека путей развития, как обеспечить самоуправляемое и
самоподдерживаемое развитие. Проблема также в том, как преодолевать хаос
(неорганизованные и спонтанные устремления обучаемого), его не преодолевая, а делая
творческим, превращая его в поле, рождающее искры инноваций. Синергетический подход к
образованию заключается в стимулирующем, или пробуждающем образовании, образовании как
открытии себя или сотрудничестве с самим собой и с другими людьми.
По-видимому, существуют определенные конфигурации ситуаций познания, обучения или
жизни. Чтобы действовать наиболее эффективно, надо действовать в нужное время и в нужном
месте. Речь идет о так называемых резонансных, топологически правильных воздействиях.
Результаты их могут быть весьма неожиданными и многообещающими.
Обучение как адаптивная модификация. С точки зрения эволю-ционной эпистемологии, которая
использует эволюционные, в том числе и современные нелинейные, синергетические модели для
пони-мания процессов познания, творчества, а также приобретения нового знания в процессе
обучения, обучение предстает как «адаптивная мо-дификация» (К.Лоренц 1965) генетически
врожденного поведения.
Сама возможность обучения означает существенное преимуще-ство человеческого существа в
достижении того, для чего в ходе обыч-ной дарвиновской эволюции потребовалось бы
тысячелетия неопреде-ленных мутационных изменений. Культурная эволюция, в противопо-
ложность историческому развитию биологических видов, является ла-маркианской по своему
характеру, т.е. выражаясь на биологическом
языке, приобретенные индивидом в течение его жизни изменения, его знания и накопленный
опыт, наследуются, передаются следующим по-колениям.
Обучение имеет резонансную природу: осуществляется ускорен-ный переход к новым,
модифицированным структурам знания и поведения. Грубо говоря, происходит «штамповка»,
матричная передача целостных образцов знания, что составляет основу доя последующих
творческих изысканий индивидуального разума.
Обучение как фазовый переход. В результате процесса обучения глубоко перестраивается
личность обучающегося. С синергетической точки зрения, как показывает Скотт Келсо,
обучение протекает как «специфическое видоизменение уже существующих паттернов поведе-ния
в направлении той задачи, которую предстоит решить. Хотя мы не знаем точно, что
происходит в мозгу человека, но есть определен-ные основания предполагать, что обучение
не только усиливает следы памяти и уже существующие синаптические связи, но и радикально
пе-рестраивает всю конфигурацию структуры-аттрактора. «Изучаемый паттерн модифицирует
внутреннюю динамику. Обучение является процессом, в результате которого паттерн попадает
в память. Мы говорим, что паттерн поведения усваивается в той степени, в которой
внутренняя динамика изменяется в направлении паттерна, который предстоит изучить. Когда
процесс обучения завершен, отпечатавшийся в памяти паттерн определяет аттрактор,
стабильное состояние (теперь модифицированной) динамики паттерна».
Длительный процесс обучения или самообразования, творческой работы вообще связан с
целой серией событий качественной пере-стройки аттракторов, своего рода фазовых
переходов. Человек стано-вится иным. Развивая основы диалогического мышления и способа
жизни, немецкий философ экзистенциального направления Мартин Бубер совершенно с другой
стороны приходит к аналогичному выводу:
«Связь есть взаимность. Мое Ты воздействует на меня, также как и я оказываю воздействие
на него. Наши ученики влияют на нас, наши работы строят нас.
Гештальт-образование. Открывая принципы сборки сложного из простого, синергетика строит
новый холизм. Синергетический подход к человеку -это холистический подход. Если речь идет
об образовании. то это гештальт-образование. Процесс обучения, связь обучающего и
обучаемого, предстает как их «синергетическое приключение». при котором в самом обучаемом
обнаруживаются скрытые потенции. установки (структуры-аттракторы) на перспективные
тенденции собственного развития.
‘Тештальт» означает в переводе с немецкого «паттерн» или «конфигурация». Гештальт-
психологи полагают, что восприятие обра-за не может быть разбито на примитивные ощущения,
возникающие от частей этого образа. Восприятие образа возникает в целом, и оно неделимо.
Следуя этой традиции, гештальт-образование можно истолковать как передачу целостных
блоков информации, качественную смену схем. паттернов мышления, а также как перестройку
самой конфигурации ситуации обучения. Научиться мыслить синергетически -значит научить
мыслить нелинейно, мыслить в альтернативах, предполагая возможность смены темпа
развертывания событий и качественной ломки, фазовых переходов в сложных системах.
3. Возврат к визуальному мышлению
Новые синергетические знания и новые подходы к образованию требуют иных, отвечающих
уровню сегодняшнего дня способов пере-дачи и распространения этих знаний. Прежде всего
представляется це-лесообразным всесторонне разрабатывать средства визуализации си-
нергетических знаний на компьютерах. А для этого необходимо перевести основные понятия и
представления синергетики на язык образов мировой культуры, соотнести их с философскими
воззрениями, с символикой мифологии и религии.
Известно, что у человеческих существ именно зрительный канал является наиболее мощным в
восприятии и переработке поступающей информации. Более половины нейронов коры головного
мозга челове-ка связаны с обработкой визуальной информации. Поэтому наиболее эффективны
такие способы передачи знаний, как «текст 4- образ», формула + визуализация описываемого
ею хода процесса».
В этой связи стоит напомнить, что первобытное, архаическое мышление было по
преимуществу образным, если можно так выразиться. «правополушарным». Это было мышление в
представлениях и символических образах. Дальнейший многотысячелетний ход эволюции
культуры и науки, в особенности западной, привел к всестороннему развитию логических,
аналитических, вербальных средств обработки информации и презентации знаний, основанных
на логико-понятийном, «левополушарном» мышлении. При этом наглядность и образность
архаического мышления была во многом утрачена. Существовала даже склонность специально
изгонять наглядность, якобы, мешавшую пониманию абстрактно-теоретических результатов
фундаментальных научных исследований. Такого рода тенденция наблюда-лась, например, при
переходе от геометрических к алгебраическим до-казательствам, а также во время разработки
квантово-механической теории.
В результате нынешнего бурного развития математического мо-делирования,
вычислительного (на компьютерах) эксперимента, компьютерной графики открываются
возможности для нового синтеза, синтеза видео, аудио, текстуальных и формализовано-
математических средств передачи научной информации, а стало быть, для одновремен-ного
использования преимуществ и «левополушарного» (логико-понятийного), и «правополушарного»
(наглядно-образного) мышления. Прорыв к новому осуществляется путем возврата к старому.
Образное мышление древних возрождается на новой основе. Способности продуктивного
воображения и творческой интуиции получают новые импульсы для развития благодаря
погружению человека в виртуальные реальности, моделируемые компьютером. Не случайно в
наши дни наряду с гипертекстами электронных пособий необычайно широким спросом начинают
пользоваться визуальные энциклопедии с фото и картинками даже для взрослых.
Через синергетику оказывается возможным соединение двух вза-имодополнительных
способов постижения мира -постижение через образ и через число. Синергетика позволяет
сблизить Восток и Запад, восточное, наглядно-образное, интуитивное восприятие мира и
западное, логико-вербальное.
4. Синергетика как способ интеграции естественнонаучного
и гуманитарного образования
На основе синергетики возможно также сближение гуманитарного и естественнонаучного
образования.
Гуманитарное образование все более математизируется. Использование компьютерных программ,
визуализирующих синергетические знания, -это реальный путь для гуманитариев усвоить
глубоко содер-жательные понятия и идеи, получаемые на самом передовом крае математической
и физической наук, вовлечения в оборот своего мышле-ния важных мировоззренческих
следствий и выводов из сложных аналитико-математических расчетов и математического
моделирования процессов образования и эволюции сложных структур в нелинейных средах.
Для специализирующихся в области естествознания — это способ повышения их общей
культуры мышления, расширения их культуроло-гического образования.
5. Обучающие компьютерные программы по синергетике
Разработка обучающих компьютерных программ по синергетике началась в 1992 году в
рамках математического факультета Российского открытого университета. Эта весьма объемная
работа пока не за-вершена. В основе ее лежат результаты многолетних исследований научной
школы в Институте прикладной математики им. М.В.Келдыша и Институте математического
моделирования РАН. Математические модели (дифференциальные уравнения типа
теплопроводности, квазилинейные, с источником), визуализированные на экране компьютеров
посредством графиков, несут в себе глубоко содержательные идеи, которые становятся
доступными даже для не владеющих математическим аппаратом. Даже на обычном персональном
компьютере можно воспроизводить реальные процессы эволюции, протекающие в откры-тых
нелинейных средах. И это открывает возможности для массового обучения синергетике,
синергетическому видению мира.
Посредством использования компьютеров решается одна из важ-нейших задач образования -
налаживание прочной обратной связи между обучающим и обучаемым, развитие диалога между
репрезентантом новых знаний и воспринимающим их субъектом, а также расширение
возможностей выбора изучаемого материала, свободное движение в учебном проблемном поле
поиска. Открывается возможность решения задачи -передать не «знание что», а «знание как»
«know how», т.е. включить у обучающегося внутренние механизмы переработки и
продуцирования новых знаний согласно усвоенным общим методам, моделям и схемам, зажечь
внутренний огонь творчества в его душе.
Обучающая компьютерная программа в идеале должна строиться как некая увлекательная
игра, как драма идей, театр идей. За графическими образами, картинками, представляющими
ход процессов в открытых нелинейных средах, скрываются сложные математические вы-кладки,
многолетние исследовательские работы специалистов в этой области. А сами картинки
оказываются доступными многим, даже незнакомым с математикой.
Перед обучающимися, пользователем компьютерного продукта ставятся некоторые вопросы,
на которые он самостоятельно пытается найти ответ. Далее осуществляется проверка и дается
объяснение, почему именно этот ответ является правильным.
Персональный компьютер становится установкой, на которой можно воспроизводить
реальные процессы, протекающие в открытых нелинейных средах. Пользователь получает
возможность экспериментировать, «играть» ходом процессов и достигать понимания, почему
процессы протекают так, а не иначе.
Чтобы в компьютерный продукт, обучающую дискету была заложена такого рода игра, чтобы
ввести игровые и диалоговые элементы в процесс взаимодействия человека и компьютера,
нужно смоделировать на компьютере простейшие проявления человеческой личности. Ведь образ
психики творящего человека — это фактически образ постоянной игры ума, блуждания по
мицелию возможных мыслительных ходов. Это -диалог между скептиком и догматиком,
фантазером и реалистом, между выходящим далеко за пределы жестко установленного и
осторожным, узко профессионально ориентированным специалистом. Эти ролевые типажи живут в
более или менее выраженной форме в каждом из нас. А значит, обучающая дискета неизбежно
несет на себе печать личности ее творца. Создатель обучающей дискеты доводит до
потребителя свою собственную энергетику, аромат своей собственной души.
Компьютерная графика, будучи одним из современных способов синтеза науки и искусства,
имеет немаловажное дидактическое значение. Видеофильмы и обучающие компьютерные дискеты
делают новейшие результаты научных исследований наглядными, легко воспринимаемыми и
понимаемыми. Кроме того, они позволяют передавать информацию в максимально сжатой форме.
Возможна разработка самых различных типов обучающих дискет по синергетике, разного
информативного содержания и разного дидактического уровня сложности. Возможны дискеты
чисто справочного характера (руководства по новым методам аналитических расчетов и
математического моделирования), а также дискеты, инициирующие научный поиск, показывающие
границы проведенных на сей день исследований и круг задач, которые еще предстоит решить.
А каждый исследователь на своем собственном опыте знает, что правильная постановка
проблемы, понимание направления поиска, видение перспективных шагов исследований, часто
даже важнее самой реализации этих шагов, решения проблемы.
Разработка и массовое распространение нетрадиционных, образовательных средств,
компьютерных программ, видеофильмов и обучающих дискет для визуализации новых
представлений о самоорганизации и коэволюции в природных и социальных системах призвано
привести к тому, что знание станет товаром, причем одним из наиболее ценных, социально-
значимых. Ибо синергетические знания, как мы пытались здесь показать, -это не просто
информация, но новый способ мышления и видения мира, способ продуцирования новых знаний,
т.е. знание метода. Все это может принципиально изменить социальный статус ученого.
Ученый будет способен производить продукты, которые разойдутся миллионными тиражами,
быстро раскупятся, получат массового потребителя. Создание «золотой» дискеты по
синергетике есть ключ ко многим областям современного образования.
Синергетика
http://www.chat.ru/~cuiet/synergetics.htm
Введение
- Итак, вы хотите знать, каков простой и ясный ответ
на Великий Вопрос Жизни,Вселенной и всего остального?
вопросил Проницательный Интеллектоматик.
-Да! Немедленно!-воскликнули инженеры.
-Сорок два,с беспредельным спокойствием сообщил
компьютер.
(Дуглас Адаме, Руководство для путешествующих автостопом по галактике)
Существует целый класс задач, которые состоят в описании поведения сложных систем,
при решении которых изучение поведения отдельных эле-ментов системы не позволяет
эффективно описать процессы, идущие в системе на макроуровне. Речь в данном случае идет о
процессах самоорганизации, хаотическому возникновению в различных средах упорядоченных
структур за счет подвода к ним энергии.
С другой стороны, хотя подобные системы имеют совершенно различную природу, число
математических моделей, которые используются для описания процессов в них невелико. То
есть, там, где присутствует упорядоченность, внутренняя сложность макросистем не
проявляется, они ведут себя схожим образом. Собственно синергетика занимается поиском и
изучением моде-лей сложных систем, вопросами возникновения порядка из хаоса и перехода от
упорядоченных структур к хаотическим.
В качестве примеров самоорганизующихся систем можно назвать поток жидкости, который
по мере увеличения скорости перестает быть ламинарным, в нем образуются сложные
упорядоченные структуры. При дальнейшем увеличении скорости течения выделить
упорядоченность становится все сложнее и поток приобретает хаотичный вид. К сложным
самоорганизующимся системам относятся живые организмы любого уровня, от клеток до
социумов. В неживом мире примеры самоорганизации также можно найти везде, вплоть до
крупномасштабного строения вселенной [15]…
Глава 1. Физические системы
Последние несколько десятилетий развития физики показали, что упорядоченность
образуется в открытых системах (обменивающихся веществом и энергией с окружающей средой),
находящихся в неравновесном состоянии. Такие системы обычно оказываются неустойчивыми, не
всегда возвращаются к начальному состоянию. Им свойственно наличие бифуркационных точек,
где нельзя однозначно предсказать дальнейшую эволюцию системы. При этом малое воздействие
на систему может привести к значительным непредсказуемым последствиям (к раскрытию
неустойчивости). В открытых системах, далеких от равновесия, возникают эффекты
согласования, когда элементы системы кореллируют свое поведение на макроскопических
расстояниях через макроскопические интервалы времени. В результате согласованного
взаимодействия происходят процессы возникновения из хаоса определенных структур, их
усложнения.
Собственно синергетика возникла из объединения трех направлений исследований:
разработки методов описания существенно неравновесных структур, разработки термодинамики
открытых систем и определения качественных изменений решений нелинейных дифференциальных
уравнений.
Диссипативные системы
Открытые системы, в которых наблюдается прирост энтропии, называют диссипативными. В
таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного
хаотического движения, в тепло. Если замкнутая система (гамильтонова система), выведенная
из состояния равновесия, всегда стремится вновь придти к максимуму энтропии, то в
открытой системе отток энтропии может уравновесить ее рост в самой системе и есть
вероятность возникновения стационарного состояния. Если же отток энтропии превысит ее
внутренний рост, то возникают и разрастаются до макроскопического уровня крупномасштабные
флюктуации, а при определенных условиях в системе начинают происходить
самоорганизационные процессы, создание упорядоченных структур.
При изучении систем, их часто описывают системой дифференциальных уравнений.
Представление решения этих уравнений как движения некоторой точки в пространстве с
размерностью, равной числу переменных называют фазовыми траекториями системы. Поведение
фазовой траектории в смысле устойчивости показывает, что существует несколько основных
его типов, когда все решения системы в конечном счете сосредотачиваются на некотором
подмножестве. Такое подмножество называется аттрактором. Аттрактор имеет область
притяжения, множество начальных точек, таких, что при увеличении времени все фазовые
траектории, начавшиеся в них стремяся именно к этому аттрактору. Основными типами
аттракторов являются устойчивые предельные точки, устойчивые циклы (траектория стремится
к некоторой замкнутой кривой) и торы (к поверхности которых приближается траектория).
Движение точки в таких случаях имеет периодический или квазипериодический характер.
Существуют также характерные только для диссипативных систем так называемые странные
аттракторы, которые, в отличие от обычных не являются подмногообразиями фазового
пространства (не вда-ваясь в подробности, замечу, что точка, цикл, тор, гипертор -
являются) и движение точки на них является неустойчивым, любые две траектории на нем
всегда расходятся, малое изменение начальных данных приводит к различным путям развития.
Иными словами, динамика систем со странными аттракторами является хаотической.
Уравнения, обладающие странными аттракторами вовсе не являются экзотическими. В качестве
примера такой системы можно назвать систему Лоренца, полученную из уравнений
гидродинамики в задаче о термоконвекции подогреваемого снизу слоя жидкости.
Замечательным является строение странных аттракторов. Их уникальным свойством является
скейлинговая структура или масштабная самоповторяемость. Это означает, что увеличивая
участок аттрактора, содержащий бесконечное количество кривых, можно убедиться в его
подобии крупномасштабному представлению части аттрактора. Для объектов, обладающих
способностью бесконечно повторять собственную структуру на микроуровне существует
специальное название — фракталы.
Для динамических систем, зависящих от некоторого параметра, характерно, как правило,
плавное изменение характера поведения при изменении параметра. Однако для параметра может
иметься некоторое критическое (бифуркационное) значение, при переходе через которое
аттрактор претерпевает качественную перестройку и, соответственно, резко меняется
динамика систе-мы, например, теряется устойчивость. Потеря устойчивости происходит, как
правило, переходом от точки устойчивости к устойчивому циклу (мягкая потеря
устойчивости), выход траектории с устойчивого положения (жесткая потеря устойчивости),
рождение циклов с удвоенным периодом. При дальнейшем изменении параметра возможно
возникновение торов и да-лее странных аттракторов, то есть хаотических процессов.
Здесь надо оговорить, что в специальном смысле этого слова хаос означает нерегулярное
движение, описываемое детерминистическими уравнениями. Нерегулярное движение
подразумевает невозможность его описания суммой гармонических движений.
Распределенные системы
В системах, рассмотренных выше, предполагалась ограниченность числа фазовых
переменных. Однако более близкими к реальности являются распределенные системы с
бесконечномерным фазовым пространством, типичным примером которых являются активные
среды. Исследования показывают, что в этих системах могут существовать конечномерные
аттракторы. Существование бесконечномерных аттракторов еще не изучено.Реакция Белоусова-
Жаботинского
До пятидесятых годов нашего века считалось, что в реакциях неорганических компонентов
периодические явления наблюдаться не могут, хотя первые сведения о наблюдении таких
реакций датируются концом XIX века. Современный этап в исследовании колебательных
химических реакций начался со случайного открытия, сделанного в 1958 году Б. П.
Белоусовым, который заметил, что если растворить лимонную и серную кислоты в воде вместе
с броматом и солью церия, то окраска смеси изменяется периодически от бесцветной до
бледно-желтой. Систематическое исследование этой реакции провел через несколько лет А. М.
Жаботинский. Он же отметил возникновение в ходе этой реакции различных упорядоченных
структур. Сразу после этого было создано множество вариантов реакции с более быстрыми и
более медленными осцилляциями. Однако детальное изучение глубинных механизмов реакции
было проведено только в семидесятых годах авторами работы [19].
Интересно рассмотреть типы регулярных структур, возникающих во время реакции.
Наиболее простыми из них являются ведущие центры, спонтанно возникающие точки, из которых
исходят концентрические волны. Природа таких центров до конца не изучена, но так как в
ходе экспериментов такие центры имели тенденцию к появлению в одном и том же месте, можно
сказать, что их вызывают посторонние примеси в растворе, в окрестностях которых элементы
среды переходят в автоколебательный режим.
Нередко в среде можно обнаружить или вызвать возникновение спиральных волн. Все
спиральные волны имеют одну частоту, центр спирали может перемещаться. Эксперименты на
клеточных автоматах показали, что причиной появления спиральной волны может являться
разрыв сложного фронта волны возбуждения, их существование является исключительно
свойством самоорганизации среды и не связано с внешними воздействиями. Перемещение центра
спиральной волны тоже является замечательным свойством, так как является резонансом волны
с некоторым внешним периодическим воздействием.
Описанные структуры способны взаимодействовать. В исследованиях отмечены эффекты
подавления одного ведущего центра другим, более высокочастотным. Неподвижные спиральные
волны способны к сосуществованию, с другой стороны, можно создать две перемещающиеся
спиральные волны, которые при столкновении саннигилируют. Такие взаимодействия позволяют
говорить о построении на базе структур активных сред логических элементов (описанный
пример представляет собой элемент исключающее или , сигнал на выходе присутствует тогда и
только тогда, когда есть сигнал только на одном из входов).
На практике также была доказана возможность хаотического поведения реакции Белоусова-
Жаботинского, когда появление и поведение структур не подчинялось никакому гармоническому
закону, т.е. у системы появлялась физическая реализация странного аттрактора.
Колебательные процессы в химических реакциях вероятно являются ключом к разгадке
некоторых свойств живых существ:сложных биологических часов, транскрипции ДНК, процессов
в мускулах.
Турбулентность
Классическое уравнение гидродинамики — уравнение Навье-Стокса — представляет поток
жидкости как сумму движущихся частиц. Однако такой подход применим, только если речь идет
о ламинарном потоке. По мере увеличения скорости потока в жидкости сначала появляются
устойчивые вихри. Их число незначительно а расположение и скорость постоянно (вырожденная
турбулентность). При дальнейшем росте скорости число вихрей растет, они начинают
перемещаться, образуя повторяющуюся картину (частично упорядоченная турбулентность).
Наконец, стройная картина рушится, уступая место хаотической смеси вихрей.
Ведущая роль в анализе перехода течения жидкости с турбулентное состояние принадлежит
О. Рейнольдсу. До него были установлены эмпирические закономерности для различных
случаев, но именно Рейнольдс обнаружил, что возникновение турбулентности связано с
превышением скоростью потока некоторой критической величины. Ему удалось вывести
соотношение, связывающий радиус трубы, скорость течения и вязкость жидкости, которое дает
универсальный критерий перехода в турбулентную фазу. Однако теоретически обосновать его
значение Рейнольдс не смог. Проявление турбулентности, как изменения макроскопической
вязкости жидкости связанной с явлениями перемешивания, турбулентной диффузии было
математически описано Прандтлем и, позднее. Карманом. Они сформулировали понятие подобия
пульсации скорости. Дальнейшее развитие теории турбулентности было сделано Колмогоровым,
описавшим закон распределения энергии по пульсациям потока.
Численное решение произвольных задач с турбулентными потоками на базе уравнений Навье-
Стокса и Рейнольдса имеющимися в настоящее время вычислительными средствами не
представляется возможным. Помимо этого, есть вероятность, что упрощения, сделанные при
выводе этих уравнений, а именно игнорирование слабых взаимодействий между группами
атомов, может сделать такую методику неприменимой, так как именно эти детали могут быть
критическими при описании сложных потоков.
Удачным походом в данном случае может быть статистическое описание движения. Для это
строятся функции корреляции значений скорости различных рангов. Такие функции, будучи
весьма обобщенной моделью системы, нечувствительны к начальным данным и дают
удовлетворительное соответствие макроскопическому поведению системы. Основной проблемой
статистической гидромеханики является построение конечной цепочки корреляционных функций,
обнаружения внутренних взаимозависимостей законов распределения и изменения скоростей.
В статистической гидромеханике на первом месте стоит изучение поведения структур,
возникающих в пограничном слое. Именно структура потока в этом слое определяет величину
вязких сил, действующих на поверхность обтекаемого тела и поэтому основными приложениями
теории стали практические задачи, возникающие при конструировании летательных аппаратов и
скоростных судов.
Диффузный рост
При изучении форм растущих в условиях неоднородностей кристаллов было замечено, что их
структура фрактальна, т.е. повторяется на разных уровнях масштаба. Причины, по которым
возникает такая упорядоченность в деталях неизвестны.
Говоря о процессе осаждения частиц при электролизе, Л. Сандер [13] предположил, что
появление скейлинговой регулярности может быть связано с тем, что вероятность прилипания
частицы к выпуклому участку поверхности выше, чем вероятность ее проникновения во
впадины. Таким образом, стимулируется развитие отростков. Однако процесс является
неустойчивым и на отростках в свою очередь появляются зародыши роста боковых ответвлений.
Таким образом, взаимодействие стохастических процессов и процессов роста приводит к
образованию огромного диапазона различных узоров.
В пользу такой теории говорит поразительное соответствие между компьютерной моделью
диффузного роста кристаллов и реальными природными образованиями.
Фрактальная структура свойственна не только кристаллам. Похожую форму имеют пальцы,
образующиеся при взаимодействии двух жидкостей различной вязкости, например, между водой
и нефтью. Совершенно иную природу но похожий вид имеет электрический разряд в газе.
Сандер предполагает, что такой подход к описанию возникновения фрактальных структур может
быть применен для объяснения биологических объектов, коралловых рифов, ветвления сосудов
кровеносной системы.
Глава 2. Информационные системы
Человеческий мозг — это гигантская сеть из десятков миллиардов нервных клеток,
связанных между собой отростками (дендритами и аксонами). Благодаря работам
нейрофизиологов достаточно хорошо известен механизм действия отдельного нейрона.
Отвлекаясь от быстрых переходных процессов, можно сказать, что нервная клетка способна
находиться в одном из трех дискретных состояний: покое, возбуждении и невозбудимости
(рефрактерности). Переходы между состояниями управляются как процессами внутри самой
клетки, так и электрическими сигналами, поступающими к ней по отросткам от других
нейронов. Переход от состояния покоя к возбуждению происходит пороговым образом при почти
одновременном поступлении достаточно большого числа импульсных сигналов возбуждения.
Оказавшись в возбужденном состоянии, нейрон находится в нем в течение определенного
времени, а потом самостоятельно переходит к состоянию рефрактерности. Это со-стояние
характеризуется очень высоким порогом возбуждения: нейрон практически не способен
реагировать на приходящие к нему сигналы возбуждения. Через некоторое время способность к
возбуждению восстанавливается и нейрон возвращается в состояние покоя.
Кроме устройства отдельной нервной клетки относительно хорошо изучены глобальные
аспекты деятельности мозга — назначение его отдельных областей, связи между ними. Однако
попытки описать работу мозга с позиций текущих принципов функ-ционирования вычислительных
устройств с линейной организацией вычислений приводят к фантастическим цифрам скорости
передачи информации. Несколько ближе оказываются распределенные вычислительные сети, но
они и построены на дискретных принципах, в то время как мозг использует аналоговую
обработку.
Непрекращающиеся попытки построить подобные мозгу вычислительные системы привели к
идее использования нечеткой логики. Большие надежды связаны с нанотехнологиями и
молекулярными компьютерами, что требует нового взгляда на проблему обеспечения
надежности, так как вероятность прекращения функционирования отдельного элемента
достаточно высока. Видимо и программирование такого компьютера будет отличаться от
традиционного подхода, возможно более напоминая процесс тренировки/обучения.
Клеточные автоматы
В качестве модели таких устройств сейчас рассматриваются клеточные автоматы. Ими
обычно называют сети из элементов, меняющих свое состоя-ние в дискретные моменты времени
по определенному закону, в зависимости от того, каким было состояние самого элемента и
его ближайших соседей по сети в предыдущий дискретный момент времени.
Самым известным клеточным автоматом является игра Жизнь. Здесь сеть представляет
собой двумерную или трехмерную решетку элементов, каждый из которых может иметь два
состояния: жив или мертв. Смерть, жизнь или оживление клетки определяется количеством
живых соседей: в пустоте или при перенаселенности клетка гибнет, в некотором диапазоне
числа соседей продолжает жить, такое же число может воспроизвести новую клетку. Более
сложные автоматы могут иметь большее количество состояний элементов, элементы могут быть
подвержены случайным возмущениям и т. п. По своему поведению клеточные автоматы делятся
на четыре класса. К первому классу относятся автоматы, приходящие через определенное
время к устойчивому однородному состоянию. Автоматы второго класса через некоторое время
после пуска генерируют стационарные или периодические во времени структуры.
В автоматах третьего класса по прошествии некоторого времени перестает наблюдаться
корреляция процесса с начальными условиями. Наконец, поведение автоматов четвертого
класса сильно определяется начальными условиями и с их помощью можно генерировать весьма
различные шаблоны поведения. Такие автоматы являются кандидатами на прототип клеточной
вычислительной машины. В частности, с помощью специфических клеточных конфигураций игры
Жизнь, которая как раз и является автоматом четвертого типа, можно построить все
дискретные элементы цифрового компьютера.
Клеточные автоматы используются для моделирования гидродинамических течений, так как
уравнения гидродинамики соответствуют математической модели, описывающей поведение
решетчатого газа, одного из клеточных автоматов, на макроуров-не. Структуры, возникающие
в игре Жизнь , очень точно повторяют возмущение поведение поверхности потока жидкости
механическим препятствием. Примитивные одномерные клеточные автоматы мо-гут моделировать
процесс горения различного характера.
Автоматы — колонии
Такие автоматы используются для моделирования поведения во времени и пространстве
популяций живых организмов. Чтобы пояснить, о чем идет речь, опишем автомат Aquatorus ,
предложенный Аланом Дьюдни [2]. Здесь элементами автомата являются не просто участки
среды, а объекты различных типов, способные перемещаться в среде и взаимодействовать
между собой. В автомате Дьюдни таких типов два: акулы и рыбы. Некоторый временной
параметр задает период, после которого у объектов каждого типа возникает потомство, т.е.
новый объект того же типа. Еще один параметр задает время жизни объектов каждого типа,
причем для акул он меньше, но последние могут продлить свое существование, поглотив
объект типа рыба .
При достаточно большом размере виртуальной среды, не представляет большой сложности
подобрать вышеназванные параметры таким образом, чтобы система существовала достаточно
долго. При этом количество рыб и акул будет испытывать колебания, но не упадет до нуля.
Наблюдения за мо-делью показали, что возникновение упорядоченности в характере
распределения объектов разных классов по среде, как правило, приводило к гибели одной из
популяций.
Как отмечает Дьюдни, статистические данные по колебанию числа особей каждого вида
намного лучше описывают встречающиеся в природе изменения количества хищников и жертв,
чем решение уравнений аналитической модели.
Память и распознавание образов
Существует масса приложений, требующих реализации эффективной системы распознавания
образов. Один из возможных путей ее создания — построение динамической системы,
аттракторами которой в ее конфигурационном пространстве были бы типичные картины-образы.
Начальные условия всегда окажутся в области притяжения одной из картин, с течением
времени система трансформирует начальные параметры, приведя их к наиболее близкой
структуре-аттрактору. То есть произойдет автоматическое распознавание образа.
Теоретическая модель подобной динамической системы была предложена Дж. Хопфилдом и
названа спиновым стеклом. Спиновое стекло состоит из набора элементов, каждый из которых
обладает положительным или отрицательным спином. Задается некоторая матрица попарных
взаимодействий элементов, определяющая суммарную энергию взаимодействующих спинов. Со
временем состояние элементов меняется таким образом, чтобы понизить полную энергию
системы.
Оказывается, матрица взаимодействий может быть записана таким образом, чтобы
соответствовать состояниям с минимумом энергии для нескольких картин состояния элементов.
При этом некоторое начальное состояние элементов со временем сэволюционирует в ближайшее
с минимумом энергии, или, что то же самое, в наиболее похожее, запрограммированное в
матрице. Собственно в этом и состоит процесс распознавания образов. На спиновых матрицах
можно построить и обучающиеся системы. В них элементы матрицы взаимодействия имеют
состояние программирования, когда их значение меняется по определенному закону,
учитывающему демон-стрируемый образ, то есть текущее состояние спиновых элементов.
Недостаток такой схемы системы распознавания образов состоит в невозможности анализа
закономерностей во входных данных. Его лишены так называемые персептроны, принцип
действия которых описан далее. Персептрон имеет сетчатку, т.е. набор клеток, принимающих
входной образ. Помимо сетчатки в персептроне присутствуют элементы (надо заметить, что их
количество превышает число клеток сетчатки), анализирующие состояние определенного
подмножества клеток сетчатки. Выходной сигнал такого элемента передается на следующий
логический уровень. Выходной сигнал является положительной реакцией на появление во
вверенной такому элементу части сетчатки одного из заданных образов. В конце концов,
сигналы поступают на центральный анализатор, который умножает их на соответствующие
весовые коэффициенты, складывает их и оценивает уровень результата на предмет превышения
им некоторого заданного порога.
Возможно построить прибор, обнаруживающий некоторые несложные зависимости в
демонстрируемых образах, типа наличия линий определенной ориентации, геометрических фигур
и т.п. Персептроны также могут иметь механизм обучения.
Необходимо заметить, что на описанных в этом параграфе принципах строятся
практические (и коммерческие!) реализации электронных схем распознавания образов.
Решение оптимизационных задач
Часто в различных сферах деятельности возникают задачи нахождения оптимального
варианта из неограниченного числа возможных. Точного решения, как правило, не требуется,
но дискретный компьютер не способен эффективно дать даже приблизительно оптимальный
результат. Рассмотрим в качестве элементарного примера задачу о прокладке трубопровода
между двумя населенными пунктами, причем стоимость прокладки зависит от территории, по
которой пройдет трасса, а целевой функцией является максимальная дешевизна работы.
Для ее решения существует оригинальная модель аналогового компьютера, представляющая
собой два листа некоторого материала, изображающие территорию строительства, соединенных
двумя шпильками, в местах, соответствующим населенным пунктам. Расстояние между листами
неравномерно по всей поверхности и моделирует распределение стоимости прокладки на данном
участке местности. Прибор опускается в мыльный раствор и образовавшаяся пленка,
автоматически придя к состоянию с наименьшей энергией, ляжет на линии одного из наиболее
оптимальных маршрута.
В серьезных задачах пользуются описанным в предыдущем параграфе спиновым полем. В
частности, для задач поиска разбиения графа на группы с минимальным числом связей между
ними, для спиновой сетки задается матрица связей со значениями О или 1 для несвязанных и
связанных элементов соответственно. Суть решения сводится к переходу в состояние с
минимумом энергии. Отличие от системы распознавания образов состоит в подборе функции
энергетических переходов элементов. Функция должна позволять элементу переходить вверх по
поверхности потенциальной энергии, чтобы обеспечить возможность прохождения локального
минимума. Проблема решается введением вероятностного алгоритма переходов, т.е. переход с
приростом энергии возможен, но с вероятностью, обратно пропорциональной этому приросту.
Генетические алгоритмы
Представим себе клеточный автомат, для клеток которого дополнительным условием
выживания является выработка некоторой последовательности выходных данных (назовем ее
условно реакцией) в ответ на последовательность входных данных (являющейся свойством
среды, раздражение), предсказывающая следующее состояние среды. Чтобы такой автомат
функционировал, добавляется также механизм случайного изменения правил выработки реакции
(мутации) и передачи вновь возни-кающим клеткам информации о правилах реагирования
соседей (наследования). Помимо исследования условий развития моделей живых систем, такой
подход позволяет решать и некоторые практические задачи, в частности поиск кратчайшего
пути на графе. Структура графа кодируется некоторым образом в хромосомах клеток.
Предполагается, что алгоритмы, приобретенные вследствие мутаций и наследования, будут
соответствовать решениям задачи.
Заключение
Иллюзия того, что процессы, происходящие в природе, можно моделировать и
предсказывать чисто детерминистическими методами постепенно развеялась, когда стало ясно,
что вычислительные средства в обозримом будущем не смогут достичь необходимой мощности и
что точность имеющихся моделей недостаточна для объяснения макроскопических процессов.
Наступил кризис парадигмы.
Синергетика предлагает вместо аналитических построений заняться поиском общих
закономерностей в разнообразных явлениях. Об успехе такого подхода свидетельствует то,
что дисциплина, возникшая как отрасль физики, теперь находит свои приложения в биологии,
социологии, психологии, изучении развития науки и философии вообще. Говорят о применении
синергетики в теории искусства. Итак, уже можно сказать о появлении жизнеспособной новой
парадигмы. Ей еще нет полувека, но результаты исследований, основанных на ней уже
приносят практическую пользу.
Отдельно необходимо отметить приложения различных отраслей синергетики в компьютерной
технике и информатике. Их можно видеть на каж-дом шагу: устройства управления
температурными режимами, автофокусировка оптических устройств, системы автоматического
распознавания текста.
Изучение структур и свойств фракталов неожиданно привело к появлению нового направления в
изобразительном искусстве, сложность и естест-венность этих структур оказались
необыкновенно эстетически привлекательны.
Литература
1. В. Васильев, Ю, Романовский, В. Яхно, Автоволновые процессы , М. Наука, 1987
2. А. Дьюдни, Акулы и рыбы в компьютерной модели // В мире науки 2 1985 г.
3. А. Дьюдни, Исследование генетических алгоритмов // В мире науки 1 1986 г.
4. А. Дьюдни, Недостатки электронного глаза // В мире науки 11 1984 г.
5. А. Дьюдни, Об аналоговых компьютерах // В мире науки 8 1984 г.
6. А. Дьюдни, Построение одномерных компьютеров // В мире науки 7 1985 г.
7. А. Дьюдни, Странная привлекательность хаоса// В мире науки 9 1987 г.
8. А. Дьюдни, Трехмерные версии игры Жизнь // В мире науки 4 1987 г.
9. В. Коротков, Развитие концепции ноосферы на основе парадигмы синерге-тики,
http://www.nic.nw.ru/noo/Korotkov/Korotkov.html.
10. Дж. Кратчфилд, Дж. Фармер, Н. Паккард, Р. Шоу Хаос // В мире науки, 2 1997 г.
11. А. Лоскутов, А. Михайлов, Введение в синергетику, М, Наука, 1990
12. Новое в синергетике: загадки мира неравновесных структур , М. Наука, 1996
13. Л. Сандер, Фрактальный рост // В мире науки 3 1987 г.
14. Дж. Силк, А. Салаи, Крупномасштабная структура вселенной // В мире науки 12 1983 г.
15. Дж. Уолкер, Восстанавливающиеся фазы // В мире науки 7 1987 г.
16. Г. Хакен, Синергетика, М. Мир , 1980
17. Б. Хейес, Клеточный автомат // В мире науки 5 1984 г.
18. У. Хиллис, Коммутационная машина// В мире науки 8 1987 г.
19. И. Эпстэйн, К. Кастин, П. Кеппер, М. Орбан, Колебательные химические реакции // В
мире науки 5 1983 г.
СИНЕРГЕТИКА И ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ЦЕННОСТИ
К.Х.Делокаров, Ф.Д.Демидов
Философия, «вписывая» открытия науки в «тело культуры», расширяет проблемное и
предметное поле человека. Это относится и к взаимоотношению философии и новой концепции
самоорганизации, которую разные авторы называют одни — синергетикой, другие — концепцией
диссипативных структур, третьи — теорией катастроф.
Философия, уважая себя и неся ответственность за будущее, не может позволить ни
снобистское философствование без учета достижений науки, ни сведение своей функции к роли
комментирования основных достижений научного знания.
При этом роль философии по отношению к фундаментальным достижениям науки зависит от
того, на каком этапе развития науки находится осмысливаемая ею новая научная теория, ибо,
как однажды заметил А.Шопенгауэр научная истина в своем развитии проходит через фазы. В
первой фазе она просто отвергается как абсурд. Во второй фазе она принимается как
возможная гипотеза, которая была высказана уже давно. На третьей стадии эту научную
истину воспринимают уже как очевидную.
Синергетика уже прошла первый этап. Прошли времена, когда, например, работа
Б.П.Белоусова, ставшая классической и вошла в науку как реакция Белоусова-Жаботинского,
относящаяся к началу 50-х годов, долгое время не публиковалась, поскольку подобное
«теоретически было невозможно». Видимо, сегодня мы находимся в процессе перехода из
второй фазы в третью.
Для того, чтобы определить насколько основательны методологические и
мировоззренческие претензии новой области знания, рассмотрим эволюцию научной картины
мира с момента возникновения первой фундаментальной научной теории — классической
механики. Научная картина мира — результат взаимодействия философии и фун-даментальных
естественнонаучных достижений в новоевропейской и мировой культуре с момента
возникновения механики, ставшей ядром первой научной картины мира. Итак, после выхода в
свет эпохальной работы И.Ньютона «Математические начала натуральной философии»
В 1687 году начинается новый этап во взаимоотношении философии и науки. Именно с
этого времени начинается движение знания — мысли не только от философии к конкретно
научным представлениям, но и, наоборот, классическая механика становится источником новых
философских размышлений. Начиная с осмысления классической механики и экстраполяции ее
идей в другие сферы, формируется новый методологический инструмент, — научная картина
мира, — служивший мостом, соединяющим общее и частное, научные и философские
представления. Таким образом появляется первая механическая (классическая) картина мира,
ядром которого выступали базовые идеи классической, ньютоновской механики, с механической
причинностью, абсолютным пространством и временем и абсолютным движением. Категориальной
сеткой, объединяющей различные механические представления о мире, были понятия
пространство, время, сила и движение. Механическая картина мира служила культуре верой и
правдой почти двести лет.
Классическая картина мира была онтологизирована. В ней, по мнению тех ученых и
философов, которые ее создавали, не было ниче-го субъективного. Она отражала объективную
реальность такой какой она есть. В ней действует строго однозначная связь между причиной
и следствием. Поэтому в ней прошлое однозначно определяет настоящее, а настоящее -
будущее. Эта связь часто называют лапласовским детерминизмом.
Прежде чем перейти к следующей неклассической (релятивистской, а затем и к
квантовомеханической) картине мира, сделаем несколько замечаний относительно сути научной
картины мира.
Научная картина мира — синтетическое образование, соединяющее на базе наиболее
фундаментальной научной теории, многообразные гипотезы и идеи в самых различных областях
знания. В отличие от научной теории научная картина мира говорит не о какой-то конкретной
области знания, но о мире в целом. Естественно в процессе такого, «синтезирования»
разнородных учений и экстраполяции идей наиболее развитой научной теории на другие
области нехватающие знания заполняются соответствующими гипотезами. Поэтому научная
картина мира — это картина своеобразно соединяющая объективное и субъективное. Она
стремится стать системой знаний о мире и создает целостную картину на базе наиболее
развитой теории.
Неклассическая научная картина существенно изменила прежние представления о мире,
поскольку приняла за основание результаты релятивистской и квантовой механики. Тем самым
изменилась онтология мира. Пришел в движение весь категориальный аппарат науки. Изменился
стиль мышления, цель научного знания. Из словаря науки были элиминированы прежние
абсолюты — абсолютное пространство движения, абсолютная масса, абсолютный лапласовский
детерминизм.
Тем самым была пересмотрена онтология мира, поскольку изменилось представление о
реальности, причинности, закономерности, цели познания. Она стала включать в себя не
только актуально данное, но и потенциально возможное. Субъект стал возвращаться в теорию.
Вероятность стала законной частью науки, а не результатом незнания. Статистические законы
стали формой описания микропроцессов. Тем самым радикально были пересмотрены основания
классической карти-ны мира и на новой онтологии создана неклассическая картина мира,
которая сложилась примерно в первой трети XX века и господствовала до недавнего времени.
Начиная с 70-х гг. формируется постнеклассическая картина мира, ядром которого
выступают ряд нетрадиционных представлений, получивших название «синергетика» у немецкого
ученого Германа Хакена из Штутгарта, теория диссипативных структур у Ильи Пригожина
(Брюссельская школа), теория катастроф у французского математика Тома Рене.
При этом указанные направления не исключают, а взаимодопол-няют друг друга, делая
акцент на те или иные идеи. Так, И.Пригожий анализирует процессы образования
упорядоченных структур из хаоса (его широко известная популярная работа так и называется
«Порядок из хаоса»), с точки зрения энтропийных процессов — диссипации, тогда как Г.Хакен
и его школа делают акцент на негэнтропию — порядок.
Принципиально важно подчеркнуть, что синергетику или новую концепцию самоорганизации,
нельзя отнести ни к естественным, ни к общественным, ни к гуманитарным наукам в их
традиционном смысле. Это междисциплинарное направление исследования образования
упорядоченных структур из хаоса. По мнению Ю.Л.Климонтовича, синергетика — это не новая
наука, но новое объединяющее направление в науке. Цель синергетики — выявление общих
идей, общих методов и общих закономерностей в самых разных областях естествознания и
социологии.
Таким образом, новое научное направление, которое стремится статья ядром
постнеклассической научной картины мира, продолжает сложившуюся в культуре традицию,
предлагая в очередной раз пересмотреть онтологию мира и построить на новой основе
постнеклассическую картину мира.
Синергетика, утверждая всеобщность нелинейности, заставляет задуматься, критически
пересмотреть сложившуюся линейную модель знания, линейную модель прогресса, в том числе и
социального про-гресса. Если законы синергетики носят глобальный характер, то не следует
ли пересмотреть роль принципа соответствия в структуре познания и вообще кумулятивистскую
модель познавательного процесса?! Некоторые авторы, например, авторы учебного пособия для
сту-дентов и аспирантов «Концепции самоорганизации: становление нового образа научного
мышления», изданного в 1994 г. считают, что широко распространенная модель развития
познания: классическая, неклассическая и постнеклассическая этапы развития науки,
защищаемая В.С.Степиным и рядом других известных исследователей, ошибочна, поскольку сама
того не замечая, следует старой досинергетической линейной парадигме. По мнению этих
авторов в науке нет такого поряд-ка, который исследователи post factum устанавливают, в
ней больше беспорядка, чем это представляется сторонникам линейного мышления.
В этой связи интересно, что спорят не только о сути новой концепции самоорганизации, но и
о ее названии. И это не случайно. Так было всегда. Достаточно вспомнить споры о сути и
названии теории относительности, также дискуссии по философским проблемам волновой или
квантовой механики. Споры о названии новых фундаментальных теорий связаны с тем, что
зачастую за тем или иным названием кроется соответствующее содержание.
Все это свидетельствует о том, что предмет новой науки находится в движении и
философия может принять участие и действительно принимает участие в определении ее сути,
возможностей и границ, размышляя над смыслом новых идей.