Синергетика как учение о саморегуляции и саморазвитии

Термин «синергетика» (от греч. «синергос» – совместно действующий) означает совместные усилия ученых разных об­ластей знании в поиске новой парадигмы познания явлений при­роды, общества и человека с целью создания новой коэволюцонной картины мира, отвечающей новейшим достижениям естест­вознания и гуманитарных наук.

К середине XX века внимание исследователей перехо­дит от явлений устойчивых к сложным – неустойчивым, неупо­рядоченным. Можно считать, что собственно синергетический подход в естествознании начинается с кибернетики, которая признала господство в мире сис­тем открытого характера, в существовании которых значитель­ную роль играют факторы случайности и изменчивости. Систе­мы открытого характера дают возможность рационально объяс­нить мир, как мир множества «возможных миров» (Н. Винер). Именно кибернетикой да­но первое определение самоорганизующихся систем.

К началу 60-х годов наука отвергает идею детер­минизма вообще и ньютоновские законы в частности. Уже в русле постнеклассической науки начинается изучение самоорга­низованных систем, то есть систем с тремя «не»: неравномерно­сти, неустойчивости, необратимости. Важнейший вклад в возникновении синергетической пара­дигмы внесла общая теория систем Л. фон Берталанфи, который изу­чал феномен открытых систем (т.е. систем, которым свойст­вен непрерывный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой, причём возможности такого обмена суще­ствуют в каждой точке системы, а не только через фиксирован­ные каналы), состояние стабильности которых достигается за счёт подвижного равновесия, которое основано на непрекращающихся взаимообратимых связях данной системы со средой.

Универсум есть единая система. Поэтому нельзя сложное явление микромира описать при помо­щи одного языка (это знаменитый принцип дополнительности Н. Бора), так как Вселенная, Универсум (то есть всё то, что доступ­но нашему наблюдению) претерпевают непрерывные изменения, непрекращающуюся эволюцию, которая происходит за счёт внутренних её стимулов, не требующих вмешательства. Иначе, можно говорить о самоорганизации системы. Универсальная эволюция Вселенной происходит за счёт сил, принадлежащих ей самой, за счет внутренних взаимодействий элементов системы. Поэтому процесс эволюции можно назвать процессом самоорга­низации. Таким образом, диалектические законы были дополнены законом роста энтропии и законом рос­та усложнённости систем в ходе их эволюционного развития.

К началу 70-х годов рождается но­вое направление научных исследований – синергетика – наука о самоорганизации (или о случайностях). Воздвигаются также кон­цепции флуктуации, точек бифуркации (где малое воздействие может привести к непредска­зуемым результатам) и когерентности (кооперативности), которые образуют основу новой модели мира и нового нелинейного мышления.

Постепенно начинает формироваться понятийный аппарат синергетики. Понятие «хаос» прочно утвердилось в последнее время в науке. Изучение хаоса перестало быть областью теологии. Если под «порядком» обычно понимают состояние устойчивости и повторяемости отношений между элементами системы, то под «хаосом» обычно подразумевают состояние неустойчивости и неповторимости между ними. Если диалектическая концепция (Г. Гегель, К. Маркс) рассматривала развитие как процесс пере­хода от одного порядка к другому, а хаос – как побочный про­дукт этого процесса, то синергетика рассматривает хаос как та­кой же закономерный этап развития. Причём развитие предстаёт в виде многократного чередования порядка и хаоса. Поэтому си­нергетика являет собой дальнейшее развитие диалектической концепции. В ней хаос рассматривается как творческая сила (способность) спонтанного решения нового порядка.

Хаос является фундаментальным свойством материи в сверхмалых масштабах, то есть на микроуровне предметы пред­стают как хаотически движущиеся молекулы и атомы. Причём, именно это хаотическое движение обеспечивает стабильные свойства вещества. Синергетика обращает внимание на хаос как созидаю­щее начало: хаос осуществляет связи различных уровней орга­низации и превращается в конструктивный механизм эволюции. При синергетическом подходе акцент делается на то, что для сложных систем существует множество альтернативных путей развития. Синергетика даёт возможность понять закономерности протекания лавинообразных процессов и попытаться понять возможность инициирования необходимых процессов в откры­тых системах, избегая при этом вероятности распада сложных структур вблизи моментов веерического развития. С помощью синергетики возможно оперировать сложными системами, наи­более эффективно управлять ими и оптимально направлять об­щественное развитие.

Неустойчивость и хаос на микроуровне играет существенную роль в протекании процес­сов, то есть из хаоса рождается порядок. Отсюда, И. Пригожин выдвигает основные принципы самоорганизации, уменьшения структурной энтропии, роста отрицательной энтро­пии в открытых неравновесных системах, которые становятся главным основанием для понимания сущности жизни, где про­цессы упорядоченности поддерживаются непрерывным извлече­нием упорядоченности из окружающей среды, то есть живое «постепенно извлекает из окружающей среды отрицательную энтропию». Так возникает идея эволюции как само­развития мира, становление упорядоченных систем из хаоса. Ис­ходя из этой модели мироздания, мы не в силах ни предсказать будущее состояние объекта, ни реконструировать его прошлое.

Если равновесные структуры – это простая форма синтеза порядка и хаоса, то диссипативная структура возникает в про­цессе обмена со средой. Упорядоченность поддерживается за счёт усиления беспорядка во внешней среде (то есть сбрасыва­ния избыточной энтропии во внешнюю среду). Энтропия – это мера беспорядочности физической сис­темы. Таким образом, порядок существует за счёт хаоса, вносимого в среду. Благодаря порядку, структура может реагировать на хаотические воздейст­вия среды и тем сохранять свою устойчивость: в упорядоченно­сти появляются хаотические черты, которые в свою очередь, становятся условием для её упорядочивания. Поэтому хаос – это не деструктивное начало мира, ведущее в никуда, а предвестник нового порядка, новой организации, ибо беспорядок, хаос – это всегда «ломка» иерархических и функциональных структур, то есть «почва» для рождения порядка. Природа хаоса двойственна, амбивалентна: он разрушителен и созидателен одновременно. В этом смысле можно говорить о допустимой мере хаоса, стихий­ности, внутренней неопределённости как конструктивном фак­торе, способствующем естественному выстраиванию развиваю­щейся структуры.

Если энтропия указывает на беспорядочность физической системы, то получение информации соответствует понижению эн­тропии этой системы. Сегодня понятие информации наряду с понятием энергия является одним из важнейших в естествозна­нии. Информацию понимают: как содержание, полученное из внешнего мира в процессе приспособления к нему; как отрица­ние энтропии; как коммуникацию и связь, когда устраняется не­определённость как мера сложности структур; как вероятность выбора; как передача разнообразия.

Под информацией А.Д. Урсул понимает атрибут всей мате­рии наряду с отражением, который может опредмечиваться в ходе передачи образа. Если отражение связано со своим матери­альным носителем и характеризуется пространственностью, энергетичностью и т.д., то информация также неотделима от своего материального носителя, не существует сама по себе. Но «её качественное отличие от вещества энергии состоит в немате­риальном образовании, являясь материальной сущностью. Ин­формация в своём исходном космическом значении, как инфор­мация, идущая от Вселенной независимо от человека и его от­ражательной способности, имеет уравнивающее значение к со­ставляющим её системам. Такое понятие информации позволяет включить её в синергетический процесс самоорганизации Все­ленной в качестве составляющей наряду с веществом и энерги­ей».

Важнейшим свойством системы самоорганизации является бифуркация. Термин ввёл и изучил разнообразные проявления его механизма Анри Пуанкаре. Бифуркация – это такое состоя­ние системы, когда она находится перед выбором возможных вариантов функционирования системы подвижного равновесия, то есть её нахождение в состоянии неравновесности, когда ма­лейшие, случайные обстоятельства могут кардинально изменить направление дальнейшего развития всей системы, закрывая тем самым возможные альтернативные пути ее изменения. Бифурка­ция – это короткий по времени процесс, когда происходит каче­ственная перестройка свойств системы. Определяющее значе­ние в дальнейшем развитии процесса имеют случайные факто­ры.

И. Пригожин подчеркивает уникальность точек бифурка­ции, ибо в этом состоянии вся система теряет свою стабильность и может развиваться в любых режимах своего функционирова­ния. Проблема выбора режима функционирования встаёт перед любой самоорганизующейся системой. Одно из направлений си­нергетики связано с исследованием бифуркации и построением бифуркационных моделей функционирования системы для того, чтобы попытаться обнаружить закономерности в самой случай­ности.

В состоянии бифуркаций перестаёт действовать закон больших чисел, так как незначительная флуктуация (колебание) может послужить началом эволюции системы в совершенно но­вом направлении. Флуктуация представляет собой обусловлен­ное случайными факторами небольшое колебание физических или других величин, которые при определенных условиях могут стать своеобразным «пусковым механизмом» для изменения направленности эволюции всей системы.

Явление бифуркации имеет огромное значение для коэволюционного развития мироздания, ибо оно свойственно всем открытым системам, которые являются господствующим типом систем в мире, существование которых основано на принципе взаимообратимых связей со средой. Бифуркация свойственна и энтропии как движению в состоянии хаоса, которое можно при­нять как разрушение способности системы к самоорганизации. Энтропия представляют собой количественную меру неопределенности ситуации и упорядоченности системы, а также способ­ность системы пребывать в таком состоянии, которое основано на возможностях её энергии к превращениям и направленности этих превращений в сторону максимума. Достигая максимума энтропии, система характеризуется наступлением равновесного состояния, в котором невозможны дальнейшие энергетические превращения. Вся энергия системы с наступлением равновесно­го состояния превращается в теплоту и, таким образом, наступа­ет состояние теплового равновесия всей системы. Отсюда роди­лось понятие «тепловой смерти» Вселенной (при этом под Все­ленной скорее следует понимать всю совокупность количест­венно различных форм материи, а не совокупность звездных систем, галактик и метагалактик).

Процесс самоорганизации в природе – это сложная про­грессивная эволюция, в ходе которой материя проходит опреде­лённые этапы, поднимаясь на всё более высокие уровни. При этом сущность развития заключается не только в усложнении последующих уровней, но и в большей организованности и уси­лении дифференциации форм с повышением интеграции подструктурной системы. Но экстенсивное усложнение имеет пре­делы устойчивости, после чего наступает фаза эволюционного кризиса. Происходит бифуркационный (фазовый) пере­ход, который вызывает к жизни новые механизмы взаимодейст­вия. Причём система способна к самоорганизации как за счёт внутренних возможностей, так и за счёт внешнего воздействия.

Явление бифуркации тесно связано с понятием аттрактора, которое является своеобразной внутреннюю направленностью системы к новой форме организации (эта направленность в виде «куколки» заложена в ней, как один из возможных вариантов её дальнейшего развития), но реализация которой зависит от сово­купности складывающихся условий. Аттрактором и является эта совокупность условий, при которых выбор дальнейших путей эволюции разных систем происходит как бы в направлении при­тягивания к одной точке. Аттракторы эволюции – это монады любой сложной системы. Аттрактор представляет собой своеобразное конусоподобное пространство, созданное совокупностью условий, где любая система, попавшая в эту пространственную «воронку», постепенно смещается в заданном направлении (её принято называть «зоной аттрактора»). Для устойчивых систем характерно состояние точки (или предельного цикла), но для не­устойчивых систем, находящихся, в бифуркации, свойственно состояние, называемое «странным аттрактором» Лоренца, когда невозможно определить поведение системы в каждый момент. И хотя эта система и находится в зоне аттрактора, всё равно ей свойственны случайные суждения. Это целые области фазового пространства, целиком за­полненные траекториями системы, притягивающие к себе другие траектории системы. И при этом две, сколь угодно близкие в на­чальный момент, траектории будут затем, внутри странного ат­трактора, вести себя совершенно по-разному. Они как бы забы­вают свою прошлую близость и оказываются неотличимыми от траектории случайного процесса. При этом системы, которые обладают странным аттрактором, – это вполне детерминирован­ные системы, они не содержат стохастических составляющих.

Эти свойства странного аттрактора отражаются в понятии фрактал, введённым в науку в 1975 году Б. Мандельбротом. (Слово фрактал произведено от латинского fraktus, fraktional – дробь, дробный). Фракталами обозначают явления, обладающие свойством масштабной инвариантности, что означает подобие любого малого фрагмента структуры объекта другому, более крупному, и всей структуре в целом. Это свойство отражается в таких явлениях, когда последующие формы самоорганизации материальных и социальных систем напоминают по своему строению предыдущие.

Формируя свой категориальный аппарат, синергетика пы­тается установить закономерности, отражающие специфику но­вого мировидения. Так постепенно в науке вызревает появление синергетической картины мироздания. Если символом картины мира времен промышленной революции является паровой двигатель, то сим­волом системно-синергетическои картины мира стал танец Ши­вы, ибо в этом танце четко просматривается трудноуловимый переход от покоя к движению, от времени остановившегося ко времени текущему.

Сегодня синергетика представляет собой общую направленность научной рациональности, основанную на нелинейном мышлении, которое свойственно только открытым системам, способ­ным осуществить в любой своей точке непрерывный обмен ве­ществом, энергией и информацией с окружающей средой и по­этому имеющих возможность выбирать альтернативу своего развития для выявления общих закономерностей самоорганиза­ции и становления её устойчивых структур. Она превращается в новое миро-видение, изучающее универсальные процессы во Вселенной.

Синергетика даёт основание уяснить, что сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути их развития. Наука может только способствовать тенденциям их развития, выводя общественные системы на эти пути. Иными словами, управляе­мое развитие должно принять формы самоуправляемого разви­тия. Возможности практического применения достижений синергетики огромны и еще не до конца исследованы. Беря за основу антропный принцип и достижения синергетики, научным сообществом ставится задача перехода от информационной к антропогенной цивилизации, где основной ценностью был бы человек, а также имела место коэволюция человека и окружающей среды.